科企岛古代人类的DNA揭示了流行病

　　克里斯托弗·亨特（Christopher Hunt）是专门研究古代遗迹的科学家，他习惯于以考古学的名义进行不寻常的旅行。但他最难忘的一次是他从伊拉克回来，旁边坐着一个尼安德特人坐在飞机座位上。
　　＂她被小心翼翼地装在一个大行李箱里，但把她关进货舱似乎风险太大了——所以我给她买了一张客票，＂他解释道。尼安德特人被命名为Shanidar Z，是从伊拉克北部库尔德地区的Shanidar洞穴挖掘出的最新古代骨骼，亨特和一个由当地和国际研究人员组成的小团队自2014年以来一直在工作。
　　Shanidar是一个重要的考古遗址，最初因大约60年前发现10具尼安德特人遗骸而闻名。当时，考古学家依靠碳测年法来分析发现，这需要对几个罐子的材料进行采样，并花费长达六个月的时间才能得到结果。如今，该团队的大部分研究都集中在基因组测序上-处理古代DNA的微小样本，通常来自一块化石骨骼。该过程可用于绘制出古代人类或其尼安德特人邻居的整个基因组（或至少部分基因组）。
　　古代基因组学通常不会成为迷人的头条新闻 - 现代人类健康的进步更有可能主导主流媒体 - 但对这一领域的兴趣正在增长。越来越多的古代DNA研究揭示了我们现在生活的世界，就像专家想象的那样，几千年前就已经存在了。
　　以我们对传染病的理解为例。今年夏天，从埋藏在中亚的腺鼠疫受害者身上采集的古代DNA帮助确定了吉尔吉斯斯坦北部的一个地区，这是黑死病的零点。通过使用基因组学来重建14世纪造成数千万人死亡的古代瘟疫细菌的基因，生物历史学家发现这些病原体与今天仍然存在的大多数瘟疫菌株都有遗传联系。
　　根据该研究的合著者、德国马克斯·普朗克进化人类学研究所所长约翰内斯·克劳斯（Johannes Krause）的说法，这里的教训是，＂我们不应该低估病原体从相当偏远的地方传播到世界各地的可能性，这可能是由于人畜共患病事件。也就是说，传染病从动物传播到人身上-正如Covid-19所怀疑的那样-然后传播得又远又广，这是一个可追溯到几个世纪前的问题。
　　直到最近，许多科学家一直对试图对古代DNA进行测序的价值持怀疑态度：样本通常太旧，以至于DNA链已经降解和脆弱或受到污染;因此，该过程更加费力和昂贵。
　　因此，许多古代DNA的早期研究都是用线粒体DNA完成的。这种遗传物质 - 位于线粒体中，我们细胞的发电厂，并从母亲传给孩子 - 提供了更可靠的数据。但测序技术的进步意味着最近的研究也能够使用Y染色体（男性）DNA，这通常更重复且难以阅读。结果是随着时间的推移，对遗传变化有了更准确的概述，而Shanidar Z应该从这种方法中受益。
　　在亨特不寻常的飞行回家后，Shanidar Z安全地前往剑桥大学进行数字扫描，并最终将被转移回伊拉克北部，作为新博物馆的核心。这具骨骼可能长达9万年，但它的DNA将用于进一步了解现代人类历史 - 通过分析和统计比较古代DNA与现代人群的基因组，＂以证明不同人群何时分道扬镳，＂亨特说。
　　一旦一个种群分裂成两个或多个生殖隔离的群体，由于随机基因突变以及暴露于各种阻止成功繁殖的环境因素（例如，与新疾病接触），每个新种群中的基因将逐渐向新的方向进化。
　　正是通过这样的工作，科学家们已经能够绘制出过去7万年来地球上不同人群和尼安德特人群体的迁徙，并且还打破了一些关于他们习惯和迁徙模式的神话。我们现在知道，人类和尼安德特人杂交非常普遍，尼安德特人社区可能比我们以前给予他们的信任更有爱心和智慧。根据亨特的说法，沙尼达尔洞穴埋葬仪式的证据＂表明记忆，他们照顾受伤和生病的成员。
　　另外，对古代DNA与现代人类基因组的分析表明，我们仍然携带着几千年前生活在人们身上的一些基因序列。这样的分析甚至有助于在12年前确定一个新的人类亚种——丹尼索瓦人的发现，据信大约在40万年前就存在于亚洲，这表明我们人类的起源还有多少未知。
　　在伦敦的弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute），一个重大项目正在进行中，该项目旨在建立一个可靠的古代人类DNA生物库，以帮助建立这些发现。人口遗传学家Pontus Skoglund正在领导一个耗资170万英镑（210万美元）的项目，该项目将通过从过去5000年的骨骼样本中收集数据，对1000个古老的英国基因组进行测序，并得到大约100个其他英国机构的帮助。他希望从数据库中确定人类遗传学在几千年来如何变化，以应对传染病以及气候，饮食和移民的变化等因素。
　　＂其中一部分是寻找在早期流行病期间可能对过去的人类有利的遗传特征，＂他说。＂毫无疑问，我们可以从中学到一些东西，了解我们如何管理当代疾病和其他疫情。
　　Skoglund的团队从全国各地的考古挖掘或现有藏品的博物馆中获取样本。他最喜欢对骨骼进行测序的是在我们的内耳中发现的骨骼：＂这些骨骼特别擅长保存DNA，因为它们最不容易受到微生物入侵和其他可能导致DNA恶化的因素的影响，＂他解释说。
　　将骨头磨碎以通过测序机运行，其方式与任何DNA样本大致相同。但古代DNA需要＂专业方案——现代DNA有很长的片段，这些片段基本上是完整的，而对于古代DNA，我们平均只能得到总碱基对的35%左右。
　　该团队还在研究减轻古代样品污染的新方法，为更可靠的数据分析开辟了一条全新的途径。这在观察古代人类疾病的存在时特别有用。一些感染古代人类的致病微生物会在他们的骨骼上留下病变 - 在这些病变中，一些病原体的遗传物质将存活下来。在寻找不会留下这些独特病变的古代病原体时，研究人员通常会研究牙齿内部的牙髓。＂通常，检测它们的最佳方法是对我们可以从样品中获得的所有DNA进行测序 - 这些DNA通常包含来自土壤和当今污染的微生物DNA，＂Skoglund实验室的博士研究员Pooja Swali解释说。
　　当研究人员拥有DNA的＂汤＂时，他们使用宏基因组学 - 样品中微生物的基因组分析 - 来鉴定所有成分。Swali解释说，如果他们检测到导致疾病的东西，那么发现就会经过身份验证检查，以确保它确实是古老的。＂然后，我们可以通过使用专门设计的诱饵来丰富这些样品，从我们的汤中捞出病原体DNA。
　　以这种方式分离病原体DNA使研究人员能够重建其基因组，并确定其与当今病原体在遗传上的区别。该项目已经产生了有希望的结果：目前正在审查的一篇预印本论文揭示了英国最古老的瘟疫的发现，其历史可以追溯到黑死病前近3000年。
　　Skoglund希望这种深入的基因组分析将有助于建立更准确的人类历史版本，并为过去的错误提供一些教训，特别是在涉及流行病等事件时。＂它甚至可能从进化的角度为免疫生物学提供新的线索，＂他说。例如，对于腺鼠疫，＂我们可以看到一些参与免疫的遗传变异改变了频率，使人类能够更好地应对这些威胁。从本质上讲，他的团队的分析描绘了疾病如何影响人类进化的图景。
　　＂古代基因组学可以为疾病控制提供一些非常令人兴奋的线索，＂Skoglund说。＂这将成为我们了解我们是谁以及我们作为一个物种生存的重要工具。
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