在不太可能的地方发现的DNA有助于拼凑古代人类的家谱

这篇文章最初发表于我们2022年1月/2月号。 点击此处订阅阅读更多此类文章。

十万年前，尼安德特人在一个位于今西班牙阿塔普尔卡山脉海拔3000英尺的山洞里聚集。在烹饪和看着孩子们嬉戏打闹时，他们留下了脱落的皮肤、唾液和其他身体排泄物中的DNA在地板上。

泥土堆积起来并保护了这些遗传物质数千年，即使人类和动物曾在此栖身。自2008年以来，在被称为埃斯塔图阿斯（Estatuas）的遗址，考古学家已经发现了大量的石器和动物骨骼。发现的唯一一块尼安德特人骨头——一个像瑞士奶酪一样多孔的脚趾尖——似乎过于珍贵而不能进行DNA分析。因此，科学家们无法阐明居住者的遗传特征以及与其他尼安德特人部落的联系。

取而代之的是，他们搜寻泥土中的游离DNA。2018年，研究人员深入埃斯塔图阿斯遗址的竖井，并收集了7万至11.3万年前形成的沉积层中的沉积物。2017年，他们从南西伯利亚的恰吉尔斯卡亚洞穴和丹尼索瓦洞穴采集了近800份沉积物样本，这些地方已经被证明富含携带DNA的尼安德特人和德尼索瓦亲戚的化石。

在德国的马克斯·普朗克研究所，本杰明·维诺特（Benjamin Vernot）及其同事将人类DNA与属于动物、植物和微生物的序列分离开来。由此产生的《科学》和《自然》杂志论文表明，即使没有化石和人造品的泥土也能隐藏一个基因宝库。在丹尼索瓦洞穴，研究人员从220多个沉积物样本中提取了人类DNA片段——而携带遗传物质的化石只有九块。泥土表明，尼安德特人、德尼索瓦人或智人的谱系在不同时期曾居住于此。

这些结果与早期的化石分析相符——证明了该方法在埃斯塔图阿斯遗址的有效性，该遗址缺乏化石DNA数据。在那里，沉积物显示，大约在10万年前，一个新群体的尼安德特人抵达，并在基因上与前几千年的居民不同。

这些“脏兮兮”的发现树立了一个重要的先例。石器等人造物很常见，但化石却不常见——尤其是那些含有DNA的化石。研究已从沉积物中回收了线粒体DNA（mtDNA），但这个基因组片段只反映了进化树中的一条母系分支。维诺特说：“在没有发现DNA的遗址，无法将遗传学与考古学家在分析人造物时所做的非常细致的工作联系起来。”

至少直到现在：维诺特团队从一些样本中捕获了核DNA，这是一种完整的家谱记录，并比之前研究积累了更多的mtDNA。

2021年，其他实验室搜查了格鲁吉亚和墨西哥的洞穴泥土，并从中获得了冰河时期智人、狼、野牛和熊的基因组DNA。与此同时，哈佛大学和乔斯林糖尿病中心的科学家们搜查了古粪便。这些1000至2000年前的粪便几十年前在犹他州和墨西哥的岩石庇护所被发现，其中含有被消化的食物，包括玉米和蚱蜢。蒙大拿大学的分子人类学家梅拉德斯·斯诺（Meradeth Snow）溶解了小部分粪便，从中提取了曾经构成人们微生物群的细菌DNA。

斯诺的同事重建了181个古代微生物基因组，并将其与来自八个国家的数百份现代粪便样本进行了比较。发表在《自然》杂志5月刊上的结果表明，如今人类的微生物群多样性大大降低，这可能是由于抗生素、加工食品和改善的卫生条件所致。

斯诺说：“当你开始意识到我们现在失去了多少（肠道菌群），真是令人震惊。”这一发现可能有助于改善今天的健康状况，因为微生物群多样性的降低可能导致肥胖、糖尿病和自身免疫性疾病等疾病。