識(shí)骨尋蹤！這項(xiàng)技術(shù)撥開數(shù)百年前歷史迷霧
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用沉睡千年的骨骼碎片揭開生命遷徙的足跡……這聽起來就炫酷的工作，是考古學(xué)、生命科學(xué)交叉融合而來的。當(dāng)“舊”學(xué)科有了新“武器”，我們便有了一個(gè)全新的視角，來看待中華大地上這連綿不絕、精彩輝煌的文明。
早在1998年，吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院與考古系合作成立了國內(nèi)第一個(gè)專業(yè)的古DNA實(shí)驗(yàn)室。在老一輩學(xué)人周慧、朱泓教授的帶領(lǐng)下，吉林大學(xué)古DNA實(shí)驗(yàn)室在分子考古領(lǐng)域一直處于國際領(lǐng)先地位，在考古領(lǐng)域創(chuàng)造了一系列引人注目的成就。
值此中國現(xiàn)代考古百年之際，科技日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)吉林大學(xué)古DNA實(shí)驗(yàn)室，探尋這群用科技手段追溯中華文明起源的“尋寶人”。
識(shí)骨尋蹤 古DNA技術(shù)撥開歷史迷霧
考古是一門根據(jù)古代人類各種活動(dòng)遺留下來的實(shí)物資料研究人類古代社會(huì)的學(xué)科。中華文明源遠(yuǎn)流長，煌煌二十四史、通鑒、筆記等文字材料浩如煙海，古代的歷史有太多我們未知的謎團(tuán)。
“古DNA技術(shù)是考古學(xué)的一種新工具，它能夠幫助我們破解許多謎題，”吉林大學(xué)考古學(xué)院蔡大偉教授說。
而河北沽源的梳妝樓就是很好的例子。梳妝樓位于沽源縣南溝村，是一座圓頂磚結(jié)構(gòu)建筑，頗具域外風(fēng)貌。故老相傳，此樓是遼國蕭太后的行宮。明清史料《口北三廳志》也有類似記載。在晉劇中，還有一出名為《梳妝樓》的戲目，可見該傳說流傳之深遠(yuǎn)。
2000年前后，考古工作者探明，梳妝樓實(shí)際上是一座結(jié)合了蒙元、波斯風(fēng)格的元代貴族墓葬群。在墓葬中，還出土了之前僅見于史料記載的“樹棺”，墓主人以紅樹樁為槨，兩側(cè)各有一具棺槨陪伴。這也是全國唯一一座元代貴族的墓葬，對(duì)于研究元代歷史、宗教史、中西文化交流史都有著重要意義。
但一個(gè)更大的謎團(tuán)隨之而來，困擾著我國考古界：墓主人究竟是誰？
由于多次被盜，墓室?guī)缀醣幌唇僖豢?；尸骨被挪?dòng)，墓志銘也被砸成碎片。唯一可辨識(shí)的文字有“襄闊里吉思”“敕撰 翰”兩段。專家推測(cè)，闊里吉思可能是墓主人。但問題是，闊里吉思這個(gè)名字是元朝信仰景教的信徒們較為常用的名字，即英文中的George，在元代一般翻譯做闊里吉思、闊兒吉思或庫爾(而)古司，元史中，有名有姓的闊里吉思就有好幾位。
最終，學(xué)者們鎖定了三個(gè)目標(biāo)：高唐王闊里吉思；忽必烈的孫子、安西王阿難答以及元順帝時(shí)期，謚號(hào)忠襄的貴族闊兒吉思。
吉林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授崔銀秋帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用古DNA技術(shù)對(duì)梳妝樓元墓中的6個(gè)墳?zāi)埂?3具尸骨進(jìn)行了全基因測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這片墓地埋葬的蒙元貴族并非黃金家族的后裔，身邊的兩位女性有較近的血緣關(guān)系；負(fù)責(zé)測(cè)定同位素的科研小組也發(fā)現(xiàn)，墓主人生命中最后一段時(shí)間并沒有和家人在一起。
“同位素測(cè)定遵循了‘我食即我是’的原理，通過對(duì)古人遺骸各種組織的穩(wěn)定同位素分析，可以揭示其不同時(shí)段內(nèi)的食譜、生活狀態(tài)及生存環(huán)境，”崔銀秋告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
墓主人基因型與黃金家族相去甚遠(yuǎn)，自然排除了阿難答；而闊兒吉思一生在朝廷任職，最后病死家中，也不符合；綜合這些線索墓主人最有可能是汪古部的首領(lǐng)闊里吉思。 闊里吉思是一代名將，先后娶了兩位皇室公主；他一生中大部分時(shí)間在東征西討，生命中最后的時(shí)光在西北平叛。史料記載，元成宗大德二年（公元1298年），闊里吉思在戰(zhàn)斗中被俘。元成宗想盡辦法營救未果，最終闊里吉思被殺害于卜羅（今新疆博樂境內(nèi)）。十余年后，他的兒子術(shù)安才將尸身運(yùn)回安葬。
“我們就像拼圖一樣，當(dāng)一條條線索匯聚，與史料記載嚴(yán)絲合縫的時(shí)候，那種喜悅之情真的很難用語言表達(dá)出來，”崔銀秋說。
尋找生命源頭的腳步永不停歇
早前，吉林大學(xué)考古學(xué)系已擁有較大的古人骨標(biāo)本庫，時(shí)任考古系主任朱泓教授的體質(zhì)人類學(xué)研究在國內(nèi)考古學(xué)界也屬于領(lǐng)先地位。朱泓教授與之前從事分子生物學(xué)研究的周慧教授一道，共同創(chuàng)立了我國第一個(gè)古DNA實(shí)驗(yàn)室。
崔銀秋是1999年來到古DNA實(shí)驗(yàn)室的。20多年來腳踏實(shí)地的歷練，讓她從一名博士成長為一名具有國際聲譽(yù)的專家，也見證了科學(xué)技術(shù)給學(xué)科帶來的突破。
“古DNA研究的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)就是二代測(cè)序技術(shù)（NGS）的應(yīng)用，解決了一代測(cè)序方法的許多局限性，提高了獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)化分析的能力，”崔銀秋說。她打了個(gè)比方，一代測(cè)序好比軟盤，能夠承載的信息非常有限；而二代技術(shù)相當(dāng)于移動(dòng)硬盤，可以承載幾十T的數(shù)據(jù)。
有了數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)能力的進(jìn)步也很關(guān)鍵。崔銀秋回憶，實(shí)驗(yàn)室最早使用的是一臺(tái)2萬元的服務(wù)器，處理一個(gè)樣本基因組數(shù)據(jù)就需要耗費(fèi)一周的時(shí)間?！巴瑯拥墓ぷ?，現(xiàn)在用我身后的這臺(tái)機(jī)器最多只用2小時(shí)，”崔銀秋笑著介紹實(shí)驗(yàn)室里“嬌貴”的寶貝——服務(wù)器集群。
這臺(tái)完全國產(chǎn)的設(shè)備對(duì)溫度、濕度都有要求，“我們大年三十都得先來看它，這樣才能安心回家，”崔銀秋說。
在吉林大學(xué)考古學(xué)院11樓，張帆博士介紹了古DNA實(shí)驗(yàn)室的流程與設(shè)備。處理人骨、動(dòng)物骨骼的設(shè)備分門別類，操作員必須佩戴防護(hù)裝備，經(jīng)由風(fēng)淋室再進(jìn)入。一份樣品，在這里經(jīng)過提取、擴(kuò)增、測(cè)序等步驟，產(chǎn)出的數(shù)據(jù)才能供科研人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
去年，崔銀秋團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》發(fā)表研究性論文，以黃河流域、西遼河流域及黑龍江流域?yàn)橹攸c(diǎn)研究區(qū)域，報(bào)道了55個(gè)中國北方古代人（距今7500—1700年）的全基因組數(shù)據(jù)，為探討中國文明起源、形成和發(fā)展提供了重要證據(jù)。
蔡大偉教授則利用古代動(dòng)物DNA還原絲路文化交流，展現(xiàn)絲路大通道在東西方文化交流中的更多歷史細(xì)節(jié)?！巴ㄟ^對(duì)不同地區(qū)飼養(yǎng)的家畜進(jìn)行DNA分析，能夠準(zhǔn)確反映地區(qū)間的文化交流活動(dòng)，是一個(gè)展現(xiàn)絲綢之路的形成與發(fā)展的全新視角，”蔡大偉教授說。
1998年古DNA實(shí)驗(yàn)室建立以來，研究的地域包括新疆、甘肅、寧夏、青海、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、陜西、山西、河北、河南等地區(qū)20多個(gè)遺址500多個(gè)人類遺骸樣本，這些樣本的時(shí)間跨度達(dá)6000年。通過對(duì)已有準(zhǔn)確考古文化屬性和遺址年代的墓葬中出土的人骨進(jìn)行全基因組分析，科學(xué)家對(duì)整個(gè)中國北方古代人群的起源與遺傳結(jié)構(gòu)有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。
考古竟還能在這些領(lǐng)域發(fā)揮作用
古DNA之所以提取困難，大體上有以下兩個(gè)原因。一是在自然環(huán)境中，DNA會(huì)被降解、破壞，這就導(dǎo)致古DNA基因序列片段比現(xiàn)代DNA更短，因此古DNA獲取比現(xiàn)代DNA也要更復(fù)雜；二是外源性污染。在上千年的自然環(huán)境中，種種不可控因素都有可能導(dǎo)致骨骼樣本被微生物、其他雜質(zhì)所污染，又把測(cè)序難度上升了一個(gè)層級(jí)。但人們很難想象，正是這兩項(xiàng)難點(diǎn)，卻讓分子考古的技術(shù)擴(kuò)展到了看起來“八竿子打不到”的領(lǐng)域。
第一個(gè)是分子法醫(yī)學(xué)。刑事案件中有很多陳舊性樣本，但對(duì)古DNA研究來說，幾十年的樣本實(shí)在算不上“陳舊”，“畢竟我們這里日常測(cè)定的樣本一般都在2000年以上，”崔銀秋笑著說。目前崔銀秋的研究團(tuán)隊(duì)已完成近千例的DNA相關(guān)的司法鑒定工作。
第二個(gè)成果就是病毒檢測(cè)領(lǐng)域。近日，吉林大學(xué)古DNA實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)成果剛剛通過了評(píng)審——新冠病毒檢測(cè)試劑盒的研發(fā)。
這個(gè)項(xiàng)目來自新冠疫情早期頻繁發(fā)生的假陽性結(jié)果。“大部分假陽性結(jié)果很可能是病毒含量太低，而沒能檢測(cè)出來，”崔銀秋說。對(duì)低通量、短片段的基因檢測(cè)，又恰恰是古DNA實(shí)驗(yàn)室的長項(xiàng)。于是，崔銀秋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與吉林省疾病預(yù)防控制中心的吳東林主任的團(tuán)隊(duì)合作，夜以繼日地展開攻關(guān)，最終成功研發(fā)出針對(duì)病毒含量超低樣本的檢測(cè)技術(shù)。
“更重要的是，我們已經(jīng)探索出一整套研發(fā)的流程和方法，希望能夠?yàn)楣残l(wèi)生事業(yè)做一些貢獻(xiàn)，”崔銀秋說。
科技日?qǐng)?bào)記者 楊侖 來源：科技日?qǐng)?bào)
編輯：張爽 審核：王小龍 終審：劉海英 責(zé)任編輯： 科普中國
