没有骨头? 没问题:在洞穴土壤中留下的DNA可以揭示古代人类居住者

没有骨头? 没问题:在洞穴土壤中留下的DNA可以揭示古代人类居住者

显示在洁净室工作的Matthias Meyer帮助找到了从古代土壤中剔除人类DNA的方法。

马克斯普朗克进化人类学研究所
没有骨头? 没问题:在洞穴土壤中留下的DNA可以揭示古代人类居住者

五万年前,一个尼安德特人在今天的比利时的一个山洞里解除了自己的痛苦,除其他外,他还存放了他的DNA样本。 尿液粘在土壤中的矿物质上,粪便最终分解。 但是痕迹的DNA仍然存在于洞穴地板中,地球从洞穴的天花板上掉下来,从外面吹来,最终埋葬了它。 现在,研究人员已经证明他们可以找到并识别出尼安德特人和杰尼索瓦人这种古老人类的遗传痕迹,这使他们能够测试古代人类的存在,即使在没有发现骨头的地方也是如此。

“这是一个很大的突破,”伦敦自然历史博物馆的人类学家Chris Stringer说。 “任何从更新世挖掘洞穴遗址的人现在应该将[人类DNA的沉积物]放在他们必须做的事情清单上。”德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所负责人SvantePääbo补充道。工作完成了:“我认为这将成为考古学的标准工具,甚至可能像放射性碳测年法一样。”

科学家们已经知道DNA可以在古代沉积物中存活,自2003年哥本哈根大学的进化遗传学家Eske Willerslev对 。 但当时,威勒斯列夫回忆道,他无法区分古代人类序列与现代处理过程中污染样本的序列。 从那时起,过滤掉这种污染的技术得到了改善,这促使马克斯普朗克遗传学家Matthias Meyer试图从曾经占据过的洞穴中的沉积物中筛出人类DNA。

当Meyer和Max Planck博士生Viviane Slon首先对来自欧洲周围更新世洞穴沉积物的环境DNA进行测序时,数据不堪重负。 “在一茶匙大小的样本中,这是数万亿个DNA片段的数量级,”迈耶说。 这些碎片中只有一小部分可能属于古代人类。 为了捕捉它们,研究人员开发了一种精致的DNA钩子,由线粒体的现代人类DNA制成,这是为细胞产生能量的微小能量植物。 分子钩捕获了与其最相似的序列,然后Meyer和Slon与来自Neandertals和Denisovans的已知线粒体DNA(mtDNA)序列进行比较。 他们寻找mtDNA,因为它比核DNA丰富得多,每个细胞有数千个拷贝。

两人担心人类的DNA会如此稀少,即使他们小心翼翼的捕鱼也无法找到它。 “我的下巴掉了下来,”斯隆看到第一批尼安德特人序列时说道。 他们在今天在线发表的一篇报道中报告说,她和梅耶在七个洞穴遗址中的四个洞穴中发现了尼安德特人的DNA,从西班牙到俄罗斯,人们已经知道了古代的人类。 他们还在Denisova洞穴的沉积物中发现了Denisovan DNA,这是一个含有唯一已知的Denisovan骨骼的西伯利亚遗址。 在那里,尼安德特人和杰尼索万的DNA都是从没有发现骨头的层层中出现的,将人类占领时期推迟了数万年。 Meyer和Slon甚至设法在比利时的Trou Al'Wesse洞穴中找到了尼安德特人的DNA,该洞穴在所有特有的石头工具中都没有尼安德特人的骨头。

Meyer和Slon还根据在那里发现的骨骼分析了已知居住在洞穴中的其他哺乳动物的DNA。 DNA和骨头讲述了动物出现的时间和地点的相同故事,让研究人员相信从土壤DNA中获得的年表是可靠的。

“我很高兴看到这个领域向这个方向发展,”加拿大汉密尔顿麦克马斯特大学古老DNA实验室负责人Hendrik Poinar说。 一些研究人员表示,来自沉积物的古老DNA将帮助他们完成古代人类职业的地图,并让他们看到物种可能重叠和相互作用的地方。 这很重要,因为人类的骨骼非常罕见。 例如,古代人类DNA可能加强了 。

加州大学圣克鲁兹分校的进化生物学家贝丝夏皮罗说:“如果一个人必须依靠寻找骨头,那么人们总会得到不完整的数据。” “通过直接从沉积物中分离DNA,我们可以大大扩展我们所知道的人们在哪里,当他们到达那里,以及他们停留多久。”这对于Denisovans来说尤其重要,迄今为止只从一个洞穴中确定。 活着的人们遗传的遗传痕迹表明,这种古老的物种必须曾经在亚洲生活过。 但研究人员并不确切知道何时何地。

斯特林格怀疑沉积物中的古人类DNA也可以帮助解决某些有争议的石器工具技术,如意大利发现的乌鲁兹人,是由现代人还是尼安德特人制造的。 他说,它甚至可以揭示科学家尚未了解的古代人类物种的存在。 “那里还有什么?”