Loltun灰?guī)r洞涼爽的氣候可能保護動物骨頭中的DNA免受尤卡坦半島高溫的侵襲。

　　圖片來源：RICHARD A. COOKE

　　當2009年Tania Gutiérrez García將40塊噬齒類動物的頜骨打包放入比鞋盒還小的包裹并帶往加拿大時，她非常確信自己將失望透頂。當時，Gutiérrez是墨西哥國立自治大學生物學專業(yè)的博士生，收到在麥克馬斯特大學一個著名古DNA實驗室待上3個月的邀請。在那里，她會和當時正在測序猛犸象基因組的科學家并肩工作。Gutiérrez的目標是從約1.4萬年前～1.2萬年前的噬齒類動物骨頭中提取DNA，并且由此重建它們的系譜圖。

　　不過，即便是在這個曾經(jīng)讓各種稀奇夢想得以實現(xiàn)的實驗室，她的項目看上去也不太可能成功。猛犸象的樣本曾在北極永久凍土中被發(fā)現(xiàn)，而那里持續(xù)的寒冷、干燥條件被認為能最好地保存古DNA。Gutiérrez的噬齒類動物死于炎熱潮濕的尤卡坦半島。她甚至不確定它們的骨頭中是否保留了任何DNA。不過，這些老鼠的頜骨最終送來了一份驚喜，并且讓人們看到了曙光，即古DNA能回答那些曾經(jīng)望塵莫及的問題。

　　全球大部分生物多樣性都進化自熱帶。來自這些緯度的古DNA可以解決曾統(tǒng)治南美和澳大利亞的奇特巨型動物群起源問題，并且回應關(guān)于在印度尼西亞被稱為哈比人的小型弗羅里斯人是原始人類的一個奇特物種還是不健全現(xiàn)代人類的爭議。不過，當Gutiérre前往加拿大時，幾乎所有從熱帶地區(qū)恢復古DNA的嘗試均已失敗告終。

　　掌管上述麥克馬斯特大學實驗室的進化遺傳學家Hendrik Poinar介紹說，DNA是眾所周知的脆弱分子。暴露在水或氧氣中會將把雙螺旋結(jié)合在一起的化學鍵扯斷。當生物體活著時，細胞能快速修復此類損傷。但在死亡后，化學過程會帶來嚴重破壞，將DNA切分成很多微小部分，有時只有幾個堿基的長度。

　　幾十年來，科學家一直假定發(fā)現(xiàn)可進行分析的古DNA的唯一場所是在寒冷干燥的環(huán)境中。冰冷的溫度減緩了化學反應，并抑制能吞噬細胞且將里面脆弱的DNA暴露出來的微生物活動。干燥應該能減少水分對DNA分子鍵的攻擊。

　　過往經(jīng)歷證實了這些假設(shè)。自本世紀初起，令人印象深刻且可證實的結(jié)果開始從寒冷的環(huán)境中涌入。一個團隊成功測序了來自育空的70萬年前的馬基因組，這也是迄今最古老的基因組。其他人則恢復了來自西伯利亞丹尼索瓦洞一些小指骨的新型人類完整基因組。與此同時，諸如測序哈比人等備受矚目的熱帶地區(qū)研究都以心碎收場。

　　Gutiérrez心里明白這一切。因此，當麥克馬斯特大學實驗室的學生嘲笑她關(guān)于微小噬齒類動物頜骨的計劃時，Gutiérrez并不吃驚。這些頜骨在上世紀七八十年代出土自尤卡坦半島一個名為Loltun的灰?guī)r洞，并且自此被存放在墨西哥城。她知道，自己有90%的幾率會兩手空空地返回墨西哥。不過，這些骨頭擁有一些使其將關(guān)注點放在10%成功幾率上的特征。

　　首先，Gutiérrez發(fā)現(xiàn)，她能將這些易碎頜骨分解，以追溯“最有可能發(fā)現(xiàn)古DNA的地方”——噬齒類動物牙齒的根源。她還知道自己的樣本有一個優(yōu)勢，因為噬齒類動物被保存在灰?guī)r洞中。如果足夠深，洞穴通常比地表涼爽，并且里面的溫度往往能保持穩(wěn)定。同時，作為緩沖介質(zhì)，灰?guī)r洞能阻止DNA被酸性土壤吞掉。

　　在麥克馬斯特大學，Gutiérrez利用當時以聚合酶鏈反應(PCR)為中心的主流技術(shù)放大DNA序列。她成功地從12塊頜骨中提取到古DNA的6個重疊片段共666個堿基對。將這些噬齒類動物的序列同來自現(xiàn)存近親的DNA進行比對，Gutiérrez得以精細勾勒出尤卡坦半島噬齒類動物的系譜圖，并于去年夏天在《生物學快報》上發(fā)表了此項成果。她、Poinar及其共同研究者稱該成果對于熱帶古DNA樣本來說是“史無前例的成功”。

　　接二連三取得的類似成果正在說服一些科學家，Loltun可能并非僥幸。雖然在澳大利亞科廷大學古遺傳學家Michael Bunce和其他人看來，在熱帶地區(qū)或許可能將永遠不會獲取到同在北極發(fā)現(xiàn)的一樣古老的基因序列，因為DNA在溫暖的氣候下很容易分解得更快，但來自熱帶地區(qū)相對近期的DNA能回答足夠多的有趣問題。丹麥哥本哈根大學古遺傳學家Hannes Schroeder及其同事正試圖從克里斯多弗·哥倫布到達前生活在加勒比海地區(qū)的已滅絕泰諾人部落的一個成員中提取并測序古DNA。他們希望能闡明人們是如何以及何時到達人類最后居住的地區(qū)之一 ——加勒比海地區(qū)的。Schroeder的合作者、斯坦福大學博士后María ávila則希望利用來自16世紀和17世紀骸骨的古DNA研究非洲奴隸貿(mào)易對墨西哥人口遺傳學帶來的影響。

　　如今，Gutiérrez最初的分析已經(jīng)過時，因為以PCR為中心的方法已被下一代使科學家得以分析DNA更短片段并幫助其剔除現(xiàn)代序列污染的測序技術(shù)取代。因此，她在2011年帶著噬齒類動物的樣本返回麥克馬斯特大學。迄今為止，Gutiérrez已利用更新的技術(shù)測序了2000多對未被污染的堿基對。而據(jù)Poinar預測，最終的結(jié)果“將令人印象深刻”。