2022-01-13 19:22来源:品阁网
DNA包含着生物指令驱动着每一个生物体的存在,塑造着我们所知道的世界。在先进技术的帮助下,这些复杂的分子也可以揭示人类和生物的秘密。科学家们研究了保存在一系列历史悠久的遗迹中的DNA,从人类遗骸到啮齿动物巢穴的化石,再到中世纪手稿的页数。以下是八件经过DNA测试的物体,它们揭示了地球上生命的历史。
几千年前,斯堪的纳维亚的古人类咀嚼着桦树沥青,这是一种通过加热桦树树皮产生的粘稠物质。这种口香糖被用作制作和修复工具的粘合剂,可能还用于治疗牙齿疾病,因为桦树具有防腐性能。最近,科学家们从大约5700年前丹麦南部一块被咀嚼和吐出的桦树沥青中,对一个完整的人类基因组进行了测序。
咀嚼者是女性,深色皮肤,深色头发,蓝色眼睛。像Ötzi一样,她可能有消化乳制品的困难。口香糖里还残留着她最近吃的一顿饭——鸭子和榛子——的遗传物质,以及她口腔中携带的细菌和病毒的DNA。这项研究表明,桦树沥青对研究人员是多么有价值,尤其是在人类骨骼很少存活的古代;通过从一小块丢弃的口香糖中提取DNA,科学家们能够收集到大量关于女性狩猎采集者外貌、饮食和健康的信息。
1996年,比利时那慕尔(Namur)的一个城市开发项目发现了一件考古宝藏:一系列厕所,里面装满了700年前的人类粪便。通过对粪便化石中的病毒基因组排序——或者,如果我们是科学的——研究人员能够对中世纪排便者的肠道健康有新的认识。事实上,它们的粪便中有更丰富的基因多样性,这些基因可能会保护肠道细菌免受抗生素和有毒化合物的伤害,这表明我们的肠道随着食物和水卫生设施的出现变得不那么耐受性了。
因为粪便中充满了微生物,它们往往很快就会分解。但当粪化石在化石记录中出现时,它们可以讲述关于人类、动物和其他生物的迷人故事,这些生物曾经居住在这个星球上。去年夏天,已知最古老的寄生虫DNA被记录在17000年前沉积在安第斯山脉的美洲狮粪便中。这种大型猫科动物早在人类到达美洲地区几千年前就开始了它们的活动,这推翻了一种寄生虫蛔虫首先通过与人类及其驯化的狗和猫接触而进入美洲食肉动物肠道的理论。
历史学家通常看重几百年前的手稿,因为它们的文字和漂亮的插图——但最近的研究表明,这些珍贵的文本也可能是DNA的宝库。过去的抄写员经常在动物皮制成的羊皮纸上写字,管理员会定期用橡皮擦清理手稿羊皮纸。剑桥大学和哥本哈根大学的马修·柯林斯(Matthew Collins)领导的一个研究小组收集了从《圣经》上擦掉的碎片,并使用高科技的基因分析方法对它们进行了研究。《圣经》是一本被认为是1000年前写于英国的宗教文本。
科学家们发现,羊皮纸主要是由母牛犊的皮肤制成的——这是一个奇怪的发现,因为饲养员希望母牛犊成熟并生育更多的后代。研究人员认为,这些小牛可能死于公元900年晚期不列颠群岛爆发的牛瘟。不仅仅是动物在上面留下了它们的印记;包含誓词的书页上尤其充斥着人类微生物的DNA,这可能是因为它们经常被牧师触摸和亲吻。
骨骼残骸为我们提供了与地球上过去居民最直接的联系。仅仅通过观察骨骼,专家们就能收集到关于一个人的年龄、性别和健康状况的大量信息,但对骨骼中保存的DNA进行分析的进展,为发现骨骼提供了重要的新途径。例如,一项基因研究帮助解决了一场关于肯纳威克人(Kennewick Man)的长期而痛苦的冲突,肯纳威克人是北美迄今发现的最古老、最完整的骨骼之一。在发现这具9000年前的遗骸后,一个由美国土著部落和团体组成的联盟要求将这些骨头归还给他们,以举行仪式埋葬;然而,一些科学家认为肯纳威克人不能确定地与现存的部落联系在一起。2015年,一项从骨骼的手骨中提取的DNA分析证明肯纳威克人在基因上确实是印第安人。两年后,五个部落的成员找到了他的尸骨,将其安葬。
DNA在帮助专家鉴定理查三世(Richard III)的遗骨方面也发挥了关键作用。这些遗骨于2012年在英国莱斯特(Leicester)的一个城市停车场地下出土。这个考古案例的关键在于线粒体DNA (mtDNA),它是由母亲遗传给孩子的。通过煞费苦心地在理查三世的家谱上追踪全是女性的谱系,研究人员能够将两个在世后代的mtDNA与骸骨的mtDNA进行匹配——表明这些遗骸确实属于这位臭名昭著的国王。
和现代同类一样,几千年前的啮齿类动物也是足智多谋的筑巢者。他们从周围的环境中收集碎片,并将这些大杂烩和它们的尿液密封在一起,尿液作为粘合剂,使啮齿动物的住所保存了数万年。这些巢穴中充满了植物、昆虫的部分、骨头、粪便和其他材料,这些巢穴——或者——提供了筑巢时当地环境的快照。贝登斯也含有DNA,科学家已经能够对其进行分析。
其中一项发现来自阿根廷西南部的一个洞穴,在那里,专家们在vizcacha(一种属于栗鼠科的啮齿类动物)留下的一个垃圾堆中发现了“一种独特的粪便沉积物”。线粒体DNA显示,这些粪便来自一种已灭绝的地懒,它曾在该地区游荡。在最近一项更广泛的研究中,科学家们随机对25只堆鼠的DNA片段进行了排序,这些堆鼠的年龄从300岁到4.8万岁不等。研究人员发现了从细菌到昆虫再到玫瑰的所有基因证据,这使他们对古代生态系统有了新的认识。
因为覆盖在我们牙齿上的珐琅质有97%是矿物质,所以人类的牙齿比骨头更坚固,更有可能在考古记录中存活下来。来自我们远古祖先牙齿的DNA序列对专家了解人类家谱至关重要。例如,2010年,在西伯利亚发现的一颗智齿的遗传物质帮助科学家们确定了丹尼索瓦人,这是一个鲜为人知的群体,他们与尼安德特人和尼安德特人都有共同的祖先。
如果牙齿上有一层牙菌斑,那就更好了(尽管牙医可能不同意)。如果不勤刷牙,牙菌斑就会硬化,变成一种叫做结石的物质,在我们活着的时候,它就开始变成化石。这种粘稠物能吸收食物、细菌和DNA——大约是骨骼或牙齿自身DNA的25倍。2017年,科学家们宣布,他们已经对粘在尼安德特人斑块上的一种微生物的基因组进行了排序。这种微生物似乎是在尼安德特人和解剖学意义上的现代人之间交换的,这表明这两个人有接吻的倾向。
古埃及人非常小心地保存他们的尸体,然而科学家们曾经努力从木乃伊遗骸中提取DNA。人们认为,埃及炎热的气候,以及可能的防腐过程,破坏了遗传物质,但新的测序技术的应用表明,DNA确实存在于古代木乃伊的骨骼和牙齿中。例如,来自两具并排埋葬的木乃伊臼齿的遗传物质表明,死者是同父异母的兄弟;他们有同一个母亲,但可能有不同的父亲。
来自地球上更寒冷地区的是世界上最著名的木乃伊之一:Ötzi冰人,约5300年前被谋杀并死于意大利阿尔卑斯山。Ötzi的尸体被寒冷的气候自然地变成了木乃伊,来自他骨盆骨的遗传物质帮助科学家们创建了他的DNA的近乎完整的序列,揭示了这个“冰人”可能有棕色的眼睛,乳糖不耐症,以及心脏病的遗传易感。研究人员还追踪到了Ötzi的一些遥远的、还活着的亲戚;在奥地利发现了19个与这具古代木乃伊有相同基因突变的人。
某些水果、蔬菜和谷物经过了从野生起源到现代食用的漫长旅程,DNA分析可以帮助科学家追踪作物驯化的复杂路径。例如,玉米的进化始于9000年前的墨西哥,当时农民开始选择一种名为大刍草(teosinte)的小型坚韧植物的有利性状。但通过观察11种古代植物的DNA,以及100种现代玉米品种的基因组,研究人员发现,“原始玉米”在驯化过程完成之前就被带到了南美洲,最后的阶段独立地发生在多个地方。
在一个3500年前的埃及墓穴中发现的西瓜叶也有一个类似的迷人的故事。与驯化的西瓜相比,野生西瓜并不是特别美味;它们的肉又白又苦。但是,对这些古老叶子的部分基因组序列显示,决定这种苦味的基因已经被破坏,将红色番茄红素转化为另一种物质的基因也被破坏了。换句话说,西瓜至少在3500年前就被人类驯化了,古埃及人以甜味、红色的水果为食,与我们今天所知道的水果非常相似。