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文｜《中國科學報》記者徐可瑩
近日，吉林大學考古學院教授蔡大偉收獲了他學術生涯中的第一篇“CNS”正刊論文。該研究講述了一個極富縱深感的科學故事——在近萬年的時間尺度上，首次還原出東亞地區家養牛類起源及遷徙的完整遺傳圖譜，清楚解答了田間地頭隨處可見的家牛究竟從何而來。
作為第一作者兼通訊作者，蔡大偉為這項研究投入了兩年心血。他曾帶領吉林大學邊疆考古研究團隊奔波于全國50多處遺址，共征集到古代牛科樣本500多例，最終通過對166例有效樣本進行全基因組分析，揭秘東亞家牛復雜的群體演化歷史。
這也是吉林大學在哲學社會科學領域，首次以第一完成單位發表的Science成果。
蔡大偉受訪者供圖（下同）
比想象中復雜
考古學的故事向來有趣。它像一場跨越時空的拼圖游戲，隨著新的圖塊被挖掘出來，敘事也將全面更新。古DNA技術，就是幫助考古學家們找出更多新圖塊的一柄利器。如今常見的東亞家牛，實際是由現已滅絕的原始牛馴化而來。據考證，最早的原牛馴化事件發生在距今約1萬年前的近東地區及8000年前的南亞地區。就東亞地區而言，原牛的滅絕發生在青銅時代，而家牛早在新石器時代晚期，便已由西亞地區傳入。這意味著，二者存在較長的共存時間。
那么，在此期間，家牛與原牛之間是否有過基因交流或融合？
長久以來，很多考古學家認為，家牛的傳入是一次性的。但多年從事古動物研究鍛煉出的直覺告訴蔡大偉，東亞家牛的傳入及對本地野生原始牛的替代并非傳統認知中的“一次性”模式，它們在這片土地上的融合史，一定比想象中復雜。
要還原更多遺傳演化細節，必須借助分子考古的技術手段。蔡大偉是國內最早將古DNA技術引入中國家養動物起源與擴散研究中的學者，曾對中國數百處遺址出土的家養動物，比如馬、黃牛、綿羊、山羊、豬等進行過系統性古DNA分析。
然而，此次圍繞家牛的研究規模是前所未有的。
自2017年起，蔡大偉便帶領團隊著手構建一個龐大的、跨越萬年時空尺度的數據網絡。他們從全國50多個考古遺址里，采集了從一萬年前到鐵器時代的500多例古代牛骨樣本。但由于古DNA極易降解，實驗的成功率極低。最終，只有166個樣本成功產出高質量數據，占比僅約三分之一。
“很多時間都像被‘浪費’了。”蔡大偉坦言，“但你不做，就不知道哪個行。”正是大量的“失敗”，鋪就了成功的基石。
整理好數據后，蔡大偉和韓國首爾大學教授Choongwon Jeong團隊合作，對數據做了進一步分析。他們發現，東亞家牛的演化形成是一個歷經多次外來群體輸入并與本地種群持續融合的漸進歷史過程。
具體而言，他們觀測到了四次關鍵融合事件，分別是：東亞本土原牛向早期家牛的基因滲入、青銅時代晚期新疆相關祖源成分的東向輸入、中國南方瘤牛與北方家牛的融合以及歐洲黃牛成分的輸入。
東亞家牛的四次融合
此外，研究團隊還收獲了兩個重要發現：全新世東亞原牛攜帶的西部歐亞原牛祖先成分比例高于末次盛冰期之前及其后的更新世北亞原牛，普遍呈現東西向遺傳混合；新疆牛與西部歐亞普通牛親緣更近，意味著新疆地區在文化與地理上同西部歐亞草原及中亞之間存在長期聯系。
至此，過去學界普遍認為的“一次性擴散史”已被推翻，取而代之的是一部持續的、多波次的“動態融合史”。并且，東亞家牛群體的每一次基因融合，都指向復雜的人類活動，蘊含著東西方或南北方之間的文明交流及碰撞。
在空白處建立idea
事實上，這項研究衍生于蔡大偉的一個基金項目。2017年，他申請通過了以“古動物DNA視角下的絲路文化交流研究”為主題的國家社科基金重大項目，計劃從分子層面揭示絲綢之路沿線史前文化交流與互動。馬、牛、羊、豬、狗等都被列為研究對象。這篇關于東亞家牛的Science論文，為該系列研究打好了前站。
通過古動物視角來研究絲綢之路上的東西方文明交流，是蔡大偉的首創。因此，研究過程更像為已經搭建好的思路框架補充證據。對理工科出身的蔡大偉來說，設計課題比采集樣本、數據分析要難得多。
蔡大偉在采集樣本
課題的靈感從何而來？
只能靠日復一日的積累。蔡大偉從博士階段就開始從事古動物研究，最早是做馬類研究。在整理分析數據的過程中，他發現，馬類的很多傳播事件都與東西方文明交流有關，發生在“一帶一路”地區。
他舉了一個與祭祀相關的例子。在牛、羊傳入中原地區之前，祭祀主要用家養豬，這時的豬在農耕文化中的地位非常高。但在牛羊傳入后，祭祀制度也隨之發生了改變。這說明，家養動物的擴散傳播深刻影響甚至塑造著人類的生計方式、社會文化及經濟形態。
“古動物DNA視角下的絲路文化交流研究”的課題，便是在這樣的思路中產生。此前，國內從未有人做過類似研究。
蔡大偉用“漂亮”來形容這項研究，因為它完整清晰地實現了他的idea。“搞科學研究，最重要的是idea。你要第一個看到事物的問題所在，按照你的思路去展開研究，那才是原創的。”蔡大偉說。
時間復利
這是蔡大偉第一篇發表于Science正刊的論文，也是吉林大學以第一完成單位在哲學社科領域發表的Science論文。
論文截圖
吉林大學生物考古實驗室成立于1998年，是我國最早的生物考古實驗室之一。蔡大偉的這項成果，標志著吉林大學在分子考古學領域的重大突破。
實際上，在上世紀末，分子考古學曾掀起過一波熱潮。國內有很多高校都建起了同類型的實驗室。但近30年過后，最早的那批實驗室還存在的卻不多了。吉林大學是為數不多在生物考古領域做持續投入的高校。
蔡大偉本人的學術之路，也蘊藏著一種時間復利的哲學。
2002年，蔡大偉考入吉林大學生命科學學院進行碩博連讀，他的導師、分子生物學家周慧是國內最早建立古DNA實驗室的先行者之一。在人類古DNA研究方興未艾之際，導師卻敏銳地將一個“冷門”方向交給了他：研究古代家養動物。
“當時幾乎沒有人做動物研究。”蔡大偉回憶道。盡管最初的職業規劃是從事生物制藥，但古DNA探索人類與文明謎題的巨大魅力，以及自身對歷史源流的濃厚興趣，讓他迅速沉浸其中——從馬的起源研究開啟了這場漫長的學術遠征。
隨后十幾年里，當大多數學者聚焦于人類起源這一“紅海”時，蔡大偉默默耕耘在動物考古這片彼時人跡罕至的“藍海”。他也曾動搖過，想轉向更熱門、更容易發論文的古人類研究，但他最終看到了這個方向的獨特創新價值，堅持了下來。
近年來，關于家養動物的古DNA研究逐漸成為一個新的熱點方向。隨著古人類研究的日漸飽和，越來越多的考古學家開始將目光投向與人類活動密切相關的家養動物。
曾默默深耕“藍海”十幾年的蔡大偉，成為了新一波研究浪潮的先鋒者。
作為一名理科（分子生物學）出身、扎根在考古學院的學者，蔡大偉是文理交叉的完美化身。他深信，分子考古學領域科研的靈魂是提出問題，而最好的問題往往源于人文社科對歷史真相的深刻追問。“分析數據是技術，但分析完了怎么‘講故事’、怎么闡釋其歷史意義，這還得靠考古學的功底。”如今，他領導著一個20多人的團隊，秉持“事必躬親”的指導風格，繼續探索著絲綢之路上家養動物的集群歷史。
對分子考古學而言，跨團隊合作也很重要。在此項研究中，蔡大偉就曾面臨一個典型的交叉學科難題：團隊擁有頂級的考古背景和實驗平臺，但對于日新月異的基因組數據分析方法，他們還需要更專業的伙伴。于是，他便與首爾大學專門從事古DNA數據分析的Choongwon Jeong教授團隊達成合作。
“文科學者提出核心的考古學問題，建立思想與背景；理科伙伴則提供前沿的分析工具、技術及手段。兩者互補，缺一不可。”這種開放的、旨在解決真問題的合作模式，正是蔡大偉多年來一直堅持的。
蔡大偉（右）和Choongwon Jeong
“而且做交叉研究，我本人也需要持續學習新知識、新技術。現在技術迭代更新這么快，如果不能保持一個開放、合作的思維，很容易在領域中落后。沒有人能單打獨斗，學會合作才能雙贏。”蔡大偉說。
目前，蔡大偉團隊仍在繼續前行，關于馬、羊、狗的古DNA故事也將陸續展開。而這條連接古今、融匯東西的探索之路，正隨著更多“第一次”的誕生，向著更遼闊的學術原野延伸。
相關論文信息：DOI: 10.1126/science.adu9904