古DNA如何破解“人类从何而来”？

——专访四川大学考古文博学院特聘副研究员张帆

现代人何时涉足青藏高原并永久定居？青藏高原人群如何适应高原环境？为破解这些谜团，中国科研团队完成了迄今为止青藏高原采样规模最大、覆盖最广的古DNA研究，还原了青藏高原5100年以来人群的遗传演化与交流互动的历史，于近日在国际学术期刊《科学进展》(Science Advances)在线发表。

古DNA如何破解“人类从何而来”？中国学者在古DNA领域取得了哪些成果？为中国西南地区古代先民进行DNA研究面临什么挑战？四川大学考古文博学院特聘副研究员张帆近日接受中新社“东西问”独家专访，对此进行解读。

现将访谈实录摘要如下：

中新社记者：古DNA考古和传统考古有什么不同？如何进行古DNA考古？

张帆：和传统考古学相比，古DNA是一个比较新的方向，它是利用现代分子生物学、生物信息学等技术对古代DNA分子进行提取和分析，再结合考古学、体质人类学、语言学等多学科证据进而研究人类起源、人群迁徙和混合、古微生物进化机制、古代社会的社会组织和结构等一系列考古学问题的新手段。

在古DNA的研究过程中，最重要的一步就是古DNA分子的提取。整个流程包括人类骨骼样本收集、材料前处理、样本打磨成粉、对骨粉进行古DNA分子的提取、构建二代测序的DNA文库、高通量测序以及后续大量的群体遗传学分析等。

张帆正在观察一份人类骨骼样本。张浪 摄

中新社记者：科学家在古DNA研究方面取得了哪些成果？基因组测序与古人类研究为什么受到2022年诺贝尔生理学或医学奖“青睐”？古DNA如何破解“人类从何而来”？

张帆：近年来海内外在古DNA研究方面取得了突破。以中国为例，2020年，吉林大学崔银秋教授团队在国际学术期刊《Nature Communications》上发表了一篇非常有影响力的古DNA文章，样本覆盖了中国北方地区黄河、西辽河、黑龙江三大流域，是首次测定中国近6000年时间跨度下古代人群高精度全基因组，证实了中原地区人群的主体遗传结构至少在仰韶文化时期就已奠定，为中华文明探源以及中华文明同根同源再添新证。

黄河壶口瀑布。吕桂明 摄

另一较有代表性的成果是北京大学宁超研究员等人2021年发表在《Nature》上的一篇交叉学科论文，利用古DNA、语言学、考古学等方法研究发现，泛欧亚语系的源头是约9000年前中国的一群农耕者，而亚洲东北部地区最初的农业发展是推动泛欧亚语扩散的潜在因素。

2022年诺贝尔生理学或医学奖授予斯万特·帕博，以表彰他对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现和研究，这也是古DNA研究主要的内容之一。斯万特·帕博开创了古DNA的研究方法，将现代分子生物学技术引入考古学研究，建立了古DNA实验的标准流程，保证了实验的真实性和可靠性。斯万特·帕博和他的同事不仅首次从已经灭绝的尼安德特人骨骼上获取了DNA分子并进行测序，还通过DNA发现了一种以前不为人知的人种，就是丹尼索瓦人。

利用现代DNA的方法，人们了解到“现代人走出非洲”这一重要理论，看到了不同地区古代人群的交流与融合，比如尼安德特人与现代人的混血，比如丹尼索瓦人对亚洲人群的两次遗传贡献。从古DNA视角出发，可还原和追溯人类起源演化过程中的诸多细节。

中新社记者：将古DNA技术运用于新疆小河墓地考古，回答了哪些未解之谜？

张帆：距今4000年左右，塔里木盆地罗布泊地区出现了新疆南部最早的考古文化——小河文化。小河文化的代表小河墓地早在1910年就被生活在当地的罗布猎人发现，1934年瑞典考古学家贝格曼开展了对小河墓地的首次考古调查。

1934年至今，小河墓地一直是世界考古学家、语言学家、遗传学家关注的热点。但由于尚未在欧亚草原其他地区发现类似文明，关于小河文化到底来自欧洲还是中亚，到底是西向还是东向，一直不得而知。

罗布泊日落。任晖 摄

早期体质人类学学者发现，小河文化中小河墓地和古墓沟墓地出土的人骨具有一些古欧罗巴人种的特点。考古学家通过对比小河墓地发现的草编篓的形制和其他欧亚大陆古代文化中出土的陶器形制，认为小河文化可能与欧亚草原西部的颜那亚文明和米努辛斯克盆地的阿凡纳谢沃文化有关。语言学家根据在罗布泊地区楼兰遗址中发现的吐火罗文书认为罗布泊早期居民可能来自于讲原始印欧语的欧亚草原人群，因为吐火罗语是原始印欧语中早期分离出的一支古老支系。以上研究认为小河文化可能来自欧亚大陆西部的印欧语系人群。

但也有学者通过对比小河文化所处的沙漠绿洲环境和掌握的农业技术提出其可能来自中亚地区的巴克特里亚·马尔吉亚纳农业文明人群。在小河墓地中发现的大量麻黄也产出于该地区，进一步支持了该假说。

我们利用全基因组测序技术对小河墓地、古墓沟墓地、克里雅河北方墓地中古代个体的全基因组数据分析后发现，距今4000年左右的小河人群并非来自欧洲或中亚，也不是欧罗巴人，而是来源于欧亚大陆东部地区非常古老的、距今两万年前的一种史祖人群。

所以，小河文化体现了东西方交融的多元文化面貌，但从DNA的角度，小河人群的来源是东向的。我们推测罗布泊地区的沙漠环境可能阻隔了外来人群与小河人的遗传交流，最终导致了小河文化人群的长期隔离。虽然小河人群的遗传结构保持稳定，但小河文化受到了周边地区多种文化的影响。

小河人可能学习了欧亚草原西部畜牧人群陶器的形制特点制造了大量的草编篓；小河墓地中发现的大量产于中亚、近东地区的小麦和麻黄可能是通过贸易交流获得；小河文化所使用的农业技术可能学习了中亚BMAC农业文明；另外小河墓地中也发现了小米作物，小米最早发现于黄河流域文明，暗示小河文化也受到了来自东部农业人群的文化影响。

新疆小河墓地文物。确·胡热 摄

中新社记者：为中国西南地区古代先民进行DNA研究面临什么挑战？这一研究将回答哪些未解之谜？

张帆：中国古DNA研究者取得了丰富成果，但大部分位于中国北方地区。因为中国北方较为寒冷，碱性土壤适合DNA保存，而南方大部分土壤呈酸性，不适宜DNA保存，这对开展古DNA研究造成了极大挑战。

事实上，复杂的地理环境造就中国西南地区独特的生物多样性、民族多样性和文化多样性。但长期以来，学界对该区域如何从漫长的狩猎采集时代融入中国早期文明的进程尚不清楚。

以三星堆、滇文化为代表的青铜文明横空出世，刷新了对中国古代文明多样性的认识。然而这些文化的源头及流向目前还存在争议，可尝试利用古DNA方法解决这些问题。另外，古代的巴人与蜀人在DNA水平上到底有什么关联，是否拥有共同的祖先，目前没有定论，我想也可以尝试从古DNA水平对此进行研究。

受访者简介：

张帆，四川大学考古文博学院特聘副研究员，曾参与迄今止中国境内最大规模的古基因组研究，用古DNA构建新疆史前人群的遗传起源与迁徙动态，在Nature、Nature communications、Current Biology等杂志上发表学术论文10余篇，主要研究方向为分子考古学。