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古基因组学和考古学的整合

2018-07-09 09:58编辑:jcczip.com人气:


  2018年6月5日下午,由中国社会科学院考古研究所主办的“2018年度考古学研究系列学术讲座”第7讲在考古研究所八楼多媒体厅举行。加拿大西蒙菲莎大学(Simon Fraser University)环境学院副院长、考古学系教授、古代DNA实验室主任杨东亚教授应邀作了题为“古基因组学和考古学的整合”的学术讲座,中国社会科学院考古研究所所长陈星灿研究员主持并点评。来自中国社会科学院考古研究所、中国社会科学院研究生院、北京大学、中国人民大学、中央民族大学、首都师范大学、山东大学、河南省文物考古研究院、山西省晋国博物馆等单位的专家学者和学生们聆听了此次讲座。

  主讲人 杨东亚教授

  杨东亚教授从2018年3月28日《自然》杂志发表的一篇文章(中文版题目《考古学家恨古基因组学(以及爱它)的理由》)讲起。古DNA研究在过去十年“突飞猛进”地进入了基因组学时代,海量的古DNA数据及遗传信息,预示着古基因组研究有着“神奇”的能力可以解决如人类起源等诸多复杂的考古学问题。古基因组学在大家眼里信息量很丰富,但在解释问题的过程中简单化,与考古学家产生了冲突,DNA研究使考古学家与基因组学家之间产生了紧张的关系。许多考古学家对这一新的“研究方向”的关注和对某些“研究实践”的不安,再次提醒我们跨学科合作研究的不易和深度合作的必要。

  杨东亚教授分别从古基因组学家和考古学家的角度,分析基因组数据和考古学资料的特点,提出一些具体建议,更有效地对数据材料进行整合,使得古基因组和考古学能够密切合作,一起生动地讲述人类起源发展的故事。演讲内容主要分为三个方面:

  一、技术方法:古DNA研究的技术手段

  古DNA泛指从古生物化石或考古材料中(包括人类、动植物和微生物)提取出的DNA,用于生物样本的种属、群体、性别甚至个体识别、疾病的鉴定, 也用于遗传特征的进化研究。DNA是遗传物质的载体,基本单位是核苷酸。以前古DNA研究可以提取几百个碱基对的DNA序列,而现在大规模测序技术(Next Generation Sequencing,又称二代测序技术、高通量测序技术等)的出现和提高,可以快速获得整个物种的DNA序列,即基因组。研究基因组的学科叫基因组学,而研究古基因组可以称为古基因组学。

  首先,杨教授对古DNA研究简史进行了回顾。最早的古DNA研究是1984年美国加里福尼亚大学伯克利分校的Higuchi等从博物馆收藏的已灭绝140年的非洲南部马科动物——斑驴(quagga)风干的皮肤中成功地提取DNA,克隆和分析了DNA序列,用于重建斑驴与斑马的亲缘关系。这项开创性的工作证明了古DNA研究的可行性和重要性。1985年,P??bo等从距今2400多年的埃及木乃伊中提取DNA并进行克隆测序,该研究成果发表在《自然》杂志,这是第一篇研究古代人DNA的文章。目前几乎可以肯定的是该文章中获得的DNA是污染的结果,但是它仍然具有重要的历史意义,因为在该文章的鼓舞下,更多的实验室加入到古DNA研究中来,其在古DNA研究和发展中起到了推动的作用。然而这篇文章仍然提醒我们,在参考古DNA研究结果时,即便是研究成果发表在《自然》、《科学》等高端的学术期刊上,我们也应该使用批判性思维。1985年美国科学家Mullis等人发现并创立了划时代的PCR技术(Polymerase Chain Reaction——聚合酶链式反应),为古DNA研究注入新的活力,成为古DNA研究的首选工具。1989年日本、英国、德国等科学家都从骨骼中提取出DNA,1997年Krings等从尼安德特人化石中提取出DNA。2006年和2009年,随着大规模测序技术的出现和提高,尼安德特人的全基因组草图建立起来,从此古DNA研究进入了古基因组学研究时代。

  主持人 陈星灿研究员

  古DNA具有含量极低、高度降解、广泛损伤、含有大量杂质等特点,PCR技术和大规模测序技术的出现使古DNA研究成为可能,但是污染是古DNA研究中不可避免的问题。因此,古DNA研究要在专门的古DNA超净实验室中完成,经过DNA提取、PCR扩增和Sanger测序,获得长度为几百个碱基对的DNA序列,并在基因库中进行搜索和DNA数据比较分析,这是经典的古DNA方法。而大规模测序技术可以一次性获得30亿个碱基对的DNA序列。从Sanger测序到大规模测序技术,使古DNA研究从最初的几百个碱基对序列的研究飞速发展到30亿个碱基对序列的研究。如何看待和解释这样巨大的古DNA数据量?此时需要考古学家参与和帮助古基因组学家来解释这30亿个碱基对序列。考古学家应该做积极的参与者,而不仅仅是样本的提供者。

  此外,获取DNA序列不等于识别和解读全部的遗传信息,这是因为我们对基因组的基因结构和功能需要有更多的了解和认识。功能基因组学研究刚刚起步,方兴未艾,需要有更多的工作和后续研究。除一些特殊的遗传性状、遗传疾病外,我们很难把某些复杂的疾病、某些复杂的行为与某些特定的基因联系在一起。目前我们也不能指望古基因组研究解决所有的考古学问题,应该给予古基因组学者更多的时间去研究。古基因组学正在飞速发展,但需要认识到它刚刚开始。

  二、理论思考:古DNA研究和考古学的结合

(来源:科学探索网)

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