考古地层往往包含各种人造物、动植物残骸，偶尔也会有人类化石，这些都散布在泥土基质里。与以往的关注点不同，我们对承载它们的泥土进行了深入研究。
现在我们能从挖到的那一小撮泥土中发现人类过去的历史，而这些信息此前深藏于时间长河中，无从探索。除了动植物残骸，考古地层中的沉降物同样可能包含年代久远的DNA，提取它们可用来鉴定曾经在这里生存的物种。
西伯利亚南部丹尼索瓦洞（Denisova Cave）的情况正是如此，那里的“沉积物DNA”（sediment DNA）揭秘了尼安德特人（the Neanderthals）和丹尼索瓦人（the Denisovans）的进化图谱，他们曾经生活在那里但现已灭绝。
遗传学研究领域的这一进展给科学家们提供了一个绝佳的机会来研究过去人类种群的地理迁徙、生活时期和行为。由于骨头、牙齿等人类残骸往往很少留存于遗址中，因此能从沉积物中的DNA获得这些线索很重要。
我们的新成果发表在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，从微观尺度上揭示了考古沉积物中DNA的来源。
泥土中的DNA
我们和世界各地的同事一起，对来自13处考古遗址的样本进行了DNA提取。这些样本来自欧洲、亚洲、非洲和北美洲，是早先收集的完整土块，通过树脂固化保存。通过对DNA进行分析，我们识别出各种各样的哺乳动物，其中，就是在来自丹尼索瓦洞的样品中鉴别出了尼安德特人。我们从分析的47个土块中复原了23个样品中的DNA，这些样品来自俄罗斯、德国、法国和土耳其，但在以色列、摩洛哥、南非和美国收集的样本中却未能复原出其中的DNA。
这一结果与之前骨头和牙齿遗骸中的DNA留存情况相一致。环境中各因素的复杂作用（如温度、湿度和土壤成分）决定了DNA降解程度。在寒冷干燥的环境中，DNA降解更慢，而在热带地区或沙漠中，DNA更容易降解。
虽然在合适条件下，DNA能在沉积物中保存上万年，但科学家不得不面临一个问题：这些DNA是否是最初即沉积于此，它们有无可能是通过水流从其他地层来到这里的。
在考古学研究中，知道研究证据来源的准确位置是很重要的。地层在数百万年中不断沉积更新，如果DNA分子能够在新老地层中转移，就会大大影响科学家们年代估算的准确度，差距可达数千年。
弄清真相
为了弄清DNA是否会被水从一个地层带到另一个地层，我们研究了过去有人类和其他动物居住的洞穴中的沉积物样本。我们将洞穴沉积物中用树脂浸泡的土块切成薄片用于显微成像和遗传分析，最终成功从40年前挖出的土块中提取到了DNA。
最初，收集这些土块并保存在固化树脂中是用于了解考古地点土层形成的过程。但是现在，我们能从这些样品中提取出古老的DNA，为探索过去提供了新的可能。
图注：这是来自丹尼索瓦洞的沉积物切片，可以看到里面有骨头、石头和粪便化石。（图片来源：原文）
我们使用牙科钻往沉积土薄片中钻出一些小洞，结果发现了粉末中有远古DNA。所以，我们继续深入研究其特殊的微观特征并针对它们进行遗传分析。
在我们的样本中，DNA集中分布在毫米大小的“热点”上，而这些点与骨碎片（实际是微化石）、粪便化石的分布密切相关。一旦更好地了解DNA在沉积物中的分布情况，在未来的研究中我们便能知道该在显微镜下聚焦哪些地方。
图注：左侧的圆圈为丹尼索瓦洞沉积土切片的钻孔采样位置，圆圈的大小即样本的大小；右侧则为从对应编号样本中复原的远古哺乳动物DNA，圆圈的颜色代表不同的动物种类，圆圈大小代表DNA碎片的多少。其中，编号为5和16的样本中分析出了尼安德特人的DNA。（图片来源：原文）
结果显示，树脂固化保存的土块沉积物中，DNA可以在较长时间内保持稳定，同时也不容易被其他来源的DNA污染，比如现代人类的DNA。世界各地的考古储藏室都存放了大量树脂浸泡的沉积物，为研究古代人类种群和当时存在的动植物提供了一座尚未开发的线索库。
实验室里的“挖掘”
当今新冠疫情肆虐，科学家们无法前往一些考古地点。而这些土块沉积物可能也开创了“科学性挖掘”的新纪元，考古研究可以在实验室中完成，而不必进行田野实地挖掘。
去遥远的现场进行考古本身就劳神伤财，加上疫情影响则更难实现。对已有的的土块沉积物进行分析，则可以减少田野考古的需求。找到考古遗址泥土中的DNA来源可以帮助我们加深这方面的认识，这对于那些缺乏骨头与牙齿残骸的遗址研究尤为重要。
撰文：Mike W Morley，澳大利亚弗林德斯大学副教授；Diyendo Massilani，德国马克斯-普朗克研究所进化人类学博士后研究员；Matthias Meyer，德国马克斯-普朗克研究所进化人类学深度DNA测序技术组组长；Richard'Bert'Roberts，伍伦贡大学澳大利亚生物多样性与遗产保护中心主任。
翻译：孙正杰
审校：安君
引进来源：Theconversation
本文来自：中国数字科技馆
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