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我是谁我从哪来?古DNA将揭开人演化的面纱

发布时间: 2018-05-03 08:54 来源: 未知 作者: 佚名
“我是谁?我从哪来?”,自从人类有了文明,关于人类的演变历来是科学家、哲学家比较关注的科学问题。世界各地的古人类学家都在用自己的方式去寻找答案。在科学高度发达的今天,技术的进步让我们有能力在现实中追本溯源,而古DNA研究,是目前比较有效的的研究方法之一。简言之,就是利用古人类的DNA来了解当时人群的遗传关系,进而可以了解到当时人类发生过什么。近十年来,结合最新的DNA提取、富集、测序方法,科学家才得以揭开早期现代人演化的神秘面纱。

  进化的源头:DNA复制错误

  说起古DNA可能有人不是太熟悉,但提起染色体,相信每个人都不会陌生。染色体是有一个非常重要的双螺旋结构,对我们整个遗传非常重要。通过双螺旋结构中的碱基互补,赋予了DNA神秘的魅力。在碱基互补的过程中,并不是非常精确的,有时候会出现一些复制错误。而就是这些错误,对我们人类演化是非常重要的。举例来说,黑猩猩跟人类是比较相近的,但两者的遗传物质只有1%的差异,也就是说99%的遗传物质,其实是和人类一样的。
人类的23对染色体人类的23对染色体

  那么我们人与人之间到底有多大的差异?是在刚才说的1%的前提下,减小了10倍,也就是千分之一的差异。在这种情况下,我们人体中到底有多少这样的染色体?我们一共有23对染色体,其中有一对是性染色体,也就是这一对性染色体,决定了我们的性别。当第一个受精卵产生的一瞬间,由父亲和母亲提供的X和Y决定了我们的性别,在这种过程之中,其实他也告诉了我们染色体是由父亲、母亲各一半提供给下一代的。

  其实在我们人体中,除了染色体以外还有别的物质,也是带有遗传特点的。比如线粒体,它跟染色体有些不一样,它主要是通过母系遗传,它的遗传物质相对要少很多。但是它在我们整个细胞中,会比刚刚看到的核多很多。比如在上面的这个细胞示意图里面,就有非常多的线粒体,但线粒体它的遗传物质很少。而其中只有一个细胞核,核里有我们刚看到的23对核染色体。

  古DNA是什么

  那么我们不由回到探索人类演化,我们就很好奇在过去的几万年、几十万年里,其实有很多人类存在。在这种存在过程中,在远古的时候,可能大家对于当时人类的认识,更多地是认为他们需要生存,能够生存下去是首要条件,是不是那个时候人就只有一个非常简单的生活?
古人类创造的艺术品古人类创造的艺术品

  其实并不是这样,比如说上图中的艺术品,其实都是几万年前人创造的。比如说这里看到的古笛,他是几万年前在德国(出现的),这里看到的雕像也是几万年前的。所以,在几万年前的人并不只有简简单单的生存需求,他们也有精神上的需求。在这种情况下,我们非常好奇在几万年前是不是存在过很多不一样的人,比如跟我们现代人不一样。

  我们可以看看这两个图片中的骨架,其中一个就跟我们现代人非常相似了,另外一个就非常不一样。这一边(左)其实是跟我们现代人不一样的,这个(右)是跟我们现代人一样的。这边不一样的其实就是尼安德特人的骨架,非常明显的他有这种倒哑铃的形状,而我们现代人并不是这样,他还有很多体质上的不一样。我们是不是可以通过这些人的相关遗传,了解过去发生什么,同时也让我们了解我们是谁,我们从哪里来,通过更多的研究让我们知道呢?是的。这种研究是通过什么?就是古DNA。

  那么古DNA是不是就像这里看到的,我们可以很粗略地把遗传物质从相关的骨骼中获得,就可以直接做相关研究呢?并不是这样。首先,其实古DNA的对象并没有一个局限,我们虽然大多数用的是骨骼,但是即使是在相关的土壤中,我们也能够获得古人类的DNA。像2017年Science上就报道过,利用这种土壤的DNA,获得古人类的DNA。也就是说只要是跟古人类样品有关的,都可以成为我们的研究对象。

  在上世纪九十年代(PCR时代),其实已经开始做了非常多的古DNA(的研究),但是在当时出现了很多的问题。为什么这么讲?比如说这里看到的图片中的琥珀中的DNA、化石中的DNA,甚至有人在恐龙中发现了相关的遗传物质,后来都发现它其实主要来源于污染,它并不是真正属于个体的内源DNA。这让我们看到,古DNA可能跟现代DNA不一样。

  那么到底有什么不一样呢?可以看看这张图片,如果从血液中获得相关DNA的话,有很大程度上都属于个体本身,而且它的片断非常长。但是对于古DNA,即使你的研究对象是这个直接对象的骨骼,里面的DNA也只有少量是属于内源DNA,很多情况下都是微生物的DNA,而且这种情况下它的DNA片断非常短。所以如果我们研究对象是人类的话,这时候如果有少量污染,对于现代DNA影响并不大,但是对古DNA影响非常大。

  所以在这种情况下,我们不光要做很多预防,在后期的评估过程中也会做很多工作。当然在这个过程中,我们即使在实验中做了很多事情,在出土过程中,其实也经历了很多历程,所以它可能(在实验之前)就已经存在了很多污染。不管怎么样,我们在实验过程中,尽量保证不要带来这种污染,比如我们会使用超净室这种绝对的封闭环境,包括不受微生物的影响等等一系列的操作。比如这里看到的防护服,还有细微的操作,保证我们在实验过程中,尽量不要对后期带来更大的影响。同时我们会加很多这种特殊的编码,保证我们每个个体之间是可以分开的。
编辑: 佚名

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