分子考古学的发展历史

分子考古学(Molecular Archaeology)是一门新兴的交叉学科。分子考古学基于对人类遗传多样性和分子进化速率的分析和研究,利用人类基因组的分子分析以及DNA遗传信息等分子生物学手段来揭示人类起源、民族演化、古代人群的遗传结构、古代社会文化结构等多方面多层次的问题。

分子考古学的研究对象,广义来说,包括一切古代分子,如古DNA分子、古脂肪酸分子、古蛋白质分子以及非生命物质中的化学分子等;狭义而言,则主要是指对古DNA分子的研究,这也是目前分子考古学研究的热门方向。

古DNA是指从地下埋藏的、或以其它形式保存下来的石化、半石化和干化生物学材料中提取的基因片段,是获取古代生物体中遗传信息的重要载体。由于其材料来源的特殊性和所反映的遗传信息的时空差异性而在分子人类学领域占据着很重要的位置。

国际上公认的首例古DNA研究是1984年Higuchi等成功地从博物馆保存的当时已灭绝140多年的斑驴风干的肌肉中提取出DNA,克隆并测序了两段mtDNA序列。1985年Pääbo从距今2400多年的埃及木乃伊中也成功克隆出人类古DNA,该研究引起了当时学术界的广泛关注,并由此在世界上掀起了人类古DNA研究的热潮,各国学者不仅对世界多个地区发掘的古人类材料进行DNA序列的提取实验,还针对古DNA实验中存在的难点问题进行深入探讨,通过对古DNA的研究,灭绝物种与其近亲的亲缘关系可以在分子水平上重新构建,为古DNA 应用于人类学领域构建了日渐成熟的知识体系。

但是生物机体死亡后的变质降解以及在漫长的地质年代中古DNA被严重地损伤和修饰,给古DNA的研究带来许多困难。随着1986年PCR技术的诞生,为古DNA研究注入了新的生机。PCR技术的灵敏、高效、特异性大量扩增等特点,使得古代材料中微量的DNA在短时间内大量扩增成为现实,极大地推动了古DNA的研究。1989年Pääbo等率先将PCR技术引入到古DNA研究中,从此PCR技术便成了古DNA研究的当家技术。

1994年以后,许多科学家开始考虑古DNA的真实性问题,并且验证出很多原来报道的古DNA其实是DNA污染的结果。古DNA研究的声誉一落千丈。于是古DNA考古学家开始制定一系列标准来严格规范古DNA的实验操作规范。1997年一篇对尼安德特人与现代人的亲缘和进化关系的研究就是在严格遵循古DNA真实性的标准下完成的,其结论也与“现代人起源于非洲”的学说相吻合,堪称是古DNA研究史上的经典之作,自此古DNA研究重新得到尊重,走向平稳发展阶段,在人类起源与迁移、古人类群体遗传和个体鉴定、动物起源进化和驯化、植物进化和系统发育、古病理学等方面发挥着越来越大的作用,使得生物进化研究跨入到一个全新的时代。下面分别进行介绍:

近一个世纪以来,现代人起源的问题一直受到国际学术界的普遍关注,目前对人类起源问题的争论主要集中于两大相互对立的学说:多地区起源说和非洲起源说。早期的研究者主要通过古人类化石进行该问题的研究。但已发现的化石材料在时间上和空间上都存在非常大的局限性,故两种学说在论证上都面临着很多困难。自20世纪80年代以来,一些学者开始尝试运用生物化学、分子生物学的方法解决这一争端。古DNA研究可以用于提示群体的时间和空间特征,帮助人们了解群体的起源、迁徙和扩散情况。

1987年美国加州大学的Cann等分析了145位不同人种妇女胎盘mtDNA样本,提出了“线粒体夏娃学说”,认为现代人类在距今140,000-290,000年前起源于非洲,后又向世界各地扩散并完全取代了当地人类,从而验证了人类非洲起源说。1997年,Gibbons等又根据Y染色体研究结果提出了“亚当学说”,认为最早的男性出现在非洲,与“夏娃学说”相吻合。此外,科学家们还对不同人群的mtDNA进行了大规模的研究,其结果均支持“非洲起源说”。

人类的起源和迁移问题虽然取得了如上所述的进展,但是仅根据现代样品得到的分子信息毕竟是间接的,从中推出的结论可能会与古人类学及考古学的发现相矛盾,如果能从古代人类遗骸中直接获取分子演化的证据,无疑对研究人类的起源和迁移具有重要的意义。在这方面影响最大的当属尼安德特人(Neandertal)的研究。1997年,德国慕尼黑大学的Pääbo领导的研究小组对1856年发现于德国杜塞尔多夫附近尼安德特河谷的Feldhofer山洞内、距今约4万年的尼安德特人样本进行了研究,认为尼安德特人与现代人的祖先相距甚远,是介于现代人和黑猩猩(chimpanzee)之间的过渡类型,并支持现代人非洲起源说。该研究成果在1997年被评为世界十大科技进步奖之一。

除此以外,通过古DNA研究人类起源和迁移的成果还有很多,关于人类起源和迁移的研究和争论还在继续,要想得到最终的答案,还需要更多化石和分子生物学的证据。

分子考古学(Molecular Archaeology)是一门新兴的交叉学科。分子考古学基于对人类遗传多样性和分子进化速率的分析和研究,利用人类基因组的分子分析以及DNA遗传信息等分子生物学手段来揭示人类起源、民族演化、古代人群的遗传结构、古代社会文化结构等多方面多层次的问题。

分子考古学的研究对象,广义来说,包括一切古代分子,如古DNA分子、古脂肪酸分子、古蛋白质分子以及非生命物质中的化学分子等;狭义而言,则主要是指对古DNA分子的研究,这也是目前分子考古学研究的热门方向。

古DNA是指从地下埋藏的、或以其它形式保存下来的石化、半石化和干化生物学材料中提取的基因片段,是获取古代生物体中遗传信息的重要载体。由于其材料来源的特殊性和所反映的遗传信息的时空差异性而在分子人类学领域占据着很重要的位置。

国际上公认的首例古DNA研究是1984年Higuchi等成功地从博物馆保存的当时已灭绝140多年的斑驴风干的肌肉中提取出DNA,克隆并测序了两段mtDNA序列。1985年Pääbo从距今2400多年的埃及木乃伊中也成功克隆出人类古DNA,该研究引起了当时学术界的广泛关注,并由此在世界上掀起了人类古DNA研究的热潮,各国学者不仅对世界多个地区发掘的古人类材料进行DNA序列的提取实验,还针对古DNA实验中存在的难点问题进行深入探讨,通过对古DNA的研究,灭绝物种与其近亲的亲缘关系可以在分子水平上重新构建,为古DNA 应用于人类学领域构建了日渐成熟的知识体系。

但是生物机体死亡后的变质降解以及在漫长的地质年代中古DNA被严重地损伤和修饰,给古DNA的研究带来许多困难。随着1986年PCR技术的诞生,为古DNA研究注入了新的生机。PCR技术的灵敏、高效、特异性大量扩增等特点,使得古代材料中微量的DNA在短时间内大量扩增成为现实,极大地推动了古DNA的研究。1989年Pääbo等率先将PCR技术引入到古DNA研究中,从此PCR技术便成了古DNA研究的当家技术。

1994年以后,许多科学家开始考虑古DNA的真实性问题,并且验证出很多原来报道的古DNA其实是DNA污染的结果。古DNA研究的声誉一落千丈。于是古DNA考古学家开始制定一系列标准来严格规范古DNA的实验操作规范。1997年一篇对尼安德特人与现代人的亲缘和进化关系的研究就是在严格遵循古DNA真实性的标准下完成的,其结论也与“现代人起源于非洲”的学说相吻合,堪称是古DNA研究史上的经典之作,自此古DNA研究重新得到尊重,走向平稳发展阶段,在人类起源与迁移、古人类群体遗传和个体鉴定、动物起源进化和驯化、植物进化和系统发育、古病理学等方面发挥着越来越大的作用,使得生物进化研究跨入到一个全新的时代。下面分别进行介绍:

近一个世纪以来,现代人起源的问题一直受到国际学术界的普遍关注,目前对人类起源问题的争论主要集中于两大相互对立的学说:多地区起源说和非洲起源说。早期的研究者主要通过古人类化石进行该问题的研究。但已发现的化石材料在时间上和空间上都存在非常大的局限性,故两种学说在论证上都面临着很多困难。自20世纪80年代以来,一些学者开始尝试运用生物化学、分子生物学的方法解决这一争端。古DNA研究可以用于提示群体的时间和空间特征,帮助人们了解群体的起源、迁徙和扩散情况。

1987年美国加州大学的Cann等分析了145位不同人种妇女胎盘mtDNA样本,提出了“线粒体夏娃学说”,认为现代人类在距今140,000-290,000年前起源于非洲,后又向世界各地扩散并完全取代了当地人类,从而验证了人类非洲起源说。1997年,Gibbons等又根据Y染色体研究结果提出了“亚当学说”,认为最早的男性出现在非洲,与“夏娃学说”相吻合。此外,科学家们还对不同人群的mtDNA进行了大规模的研究,其结果均支持“非洲起源说”。

人类的起源和迁移问题虽然取得了如上所述的进展,但是仅根据现代样品得到的分子信息毕竟是间接的,从中推出的结论可能会与古人类学及考古学的发现相矛盾,如果能从古代人类遗骸中直接获取分子演化的证据,无疑对研究人类的起源和迁移具有重要的意义。在这方面影响最大的当属尼安德特人(Neandertal)的研究。1997年,德国慕尼黑大学的Pääbo领导的研究小组对1856年发现于德国杜塞尔多夫附近尼安德特河谷的Feldhofer山洞内、距今约4万年的尼安德特人样本进行了研究,认为尼安德特人与现代人的祖先相距甚远,是介于现代人和黑猩猩(chimpanzee)之间的过渡类型,并支持现代人非洲起源说。该研究成果在1997年被评为世界十大科技进步奖之一。

除此以外,通过古DNA研究人类起源和迁移的成果还有很多,关于人类起源和迁移的研究和争论还在继续,要想得到最终的答案,还需要更多化石和分子生物学的证据。


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