當現代技術遇上古老DNA

　　猛犸象雖然很萌萌噠，但只能在電影《冰河世紀》中看到。不過，借助最新的技術，我們可以了解這些古代生物的秘密。在這一期的《BioTechniques》中，Nathan Blow回顧了近幾年的研究進展。

　　再見了，猛犸象

　　2015年春天，Eleftheiria Palkopoulou和Love Dalen領導的研究團隊首次發表了兩頭長毛猛犸象的完整基因組序列。盡管猛犸象DNA已在7年前測序過，但Palkopoulou和Dalen實現了更進一步的遺傳分析。通過解碼這兩個完整但不同的猛犸象基因組，科學家能夠更深入地了解這些滅絕動物的生活。

　　像偵探一樣，研究團隊的成員利用從樣本中收集到的遺傳數據，來了解長毛猛犸象的方方面面。他們的數據表明，最后一群幸存的猛犸象實際上經歷了嚴重的種群瓶頸，這大大減少了動物的遺傳多樣性，致使它們最終滅絕。

　　最新的遺傳學技術的出現，才使得研究人員能夠在短短幾年內獲得這些令人難以置信的進展。高通量的新一代測序（NGS）平臺能夠在短時間內破譯數十億個DNA堿基。同時，古老DNA的樣本制備和分析工具也在迅速發展。

　　繞過化石采樣

　　對于古老DNA的研究而言，骨骼殘骸通常是最好的起始材料。然而，它們也是珍貴的文物，需要精心保存。在分析古老DNA時，研究人員需要破壞一些稀有樣本，以提取其中的DNA。因此，樣本保存和樣本分析的人員一直在爭搶這些寶貴資源。

　　如今，世界各地的洞穴都發現了古代的人類遺骸。不過，許多洞穴中往往只有原始的工具，而沒有人類遺骸。其實，這也沒關系。德國馬克斯普朗克進化人類學研究所的研究人員近日提供了讓人驚訝的證據，表明即使洞穴中的骨骼殘骸已丟失，那些曾經使用過洞穴的人的DNA仍然可以回收。

　　Matthias Meyer是這個團隊的成員之一。他一直想知道，是否可以不使用骨骼殘骸而獲得古老的人類DNA。于是，他決定去研究一下那些“空”洞穴中的土壤沉積物。“我以為我們會找到動物DNA。至于人類DNA，我不是很有信心，”Meyer回憶道。

　　研究人員從7個不同地點收集了85個洞穴沉積物樣本。他們從樣本中提取出DNA，并生成單鏈DNA文庫進行測序。初步的分析顯示，大多數的測序讀取無法確定。不過有一個亮點，大約0.05%-10%的讀取可歸到哺乳動物。那么問題來了：如何特異性地獲得人類DNA序列？Meyer嘗試了一些新方法。

　　研究人員采用靶向捕獲的方法來選擇和富集人類線粒體DNA。初步分析顯示，他們的方法可行。于是，他們從洞穴沉積物中提取更多的DNA，創建更多的測序文庫，以便獲得更大量的序列進行分析。通過這些分析，Meyer的團隊已經能夠確定洞穴中回收的DNA是否來源于尼安德特人。這些信息為早期人類的分布提供了新的見解。

　　作者認為，從技術的角度來看，Meyer的洞穴沉積物研究十分重要，這主要有兩方面原因。首先，他們為分離古代DNA提供了獨特的新來源。其次，從土壤中獲得古代DNA，這意味著過去用于分析的化石不會被破壞。

　　隨著越來越多的研究人員開發出這些工具，在更精細的層面上拷問古代DNA，人們才能深入地了解人類和動物的進化，才能透徹地理解人類歷史。