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Dec. 27 2019

石器時代「口香糖」上的DNA,訴說著奇妙故事

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  • 石器時代「口香糖」上的DNA,訴說著奇妙故事

  • 蘿拉在公元前3700年左右咀嚼過又吐掉的樺木瀝青。PHOTOGRAPH BY THEIS JENSEN

史上頭一遭,科學家從5700年前的唾液中,定序出一名古代採集狩獵者的完整基因體,以及他體內的微生物世界。

藝術家繪製的「蘿拉」重建圖,她於5700年前居住在波羅的海的一座島上。IMAGE BY TOM BJÖRKLUND

藝術家繪製的「蘿拉」重建圖,她於5700年前居住在波羅的海的一座島上。IMAGE BY TOM BJÖRKLUND

她於西元前3700年左右居住在波羅的海的一座島上,有乳糖不耐症且可能飽受牙周病之苦,而且死亡不久前吃的一餐內容包括鴨肉與榛果。就像眾多古代歐洲的狩獵採集者一樣,他可能生著藍色雙眸與深色皮膚和頭髮。

然而,關於研究者稱之為蘿拉的這個人,我們所不知道的是她活了多久──或甚至在何時何地死去──因為有關蘿拉的一切情報,都來自於從一小塊樹的瀝青上捕捉到的DNA,這塊樹的瀝青在5700年前左右被她嚼過後吐出。

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12月中旬出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊揭露了這幅特殊的基因影像,代表科學家首次能利用實體遺骸之外的「非人體材料」,重建出一份來自遙遠過去的完整人類基因體。

蘿拉在公元前3700年左右咀嚼過又吐掉的樺木瀝青。PHOTOGRAPH BY THEIS JENSEN

蘿拉在公元前3700年左右咀嚼過又吐掉的樺木瀝青。PHOTOGRAPH BY THEIS JENSEN

除了蘿拉的基因故事,這支跨國研究團隊也成功辨識出她死亡不久前食用過的植物與動物DNA,以及住在她嘴巴裡的無數微生物DNA──統稱為她的口腔微生物群系。

「這是我們第一次從(人類)骨頭以外的東西獲得完整古代人類基因體,這件事本身就相當重要了。」漢尼斯‧施羅德(Hannes Schroeder)說道,他是哥本哈根大學(University of Copenhagen)全球研究所的演化基因體學副教授,也是研究共同作者。「這個材料令人興奮之處,在於你可以同時從上面取得微生物的DNA。」

我們對於人體微生物群系的科學知識尚處於非常早期的階段,而研究人員正開始了解它對我們的健康扮演了什麼重要角色。我們身體中微生物群系的變化可能影響跟健康有關的所有層面,包括對感染的易感性和心臟病,甚至行為也可能受到影響。

既然能夠為古代DNA以及這名個體的微生物群系定序,施羅德說,研究人員將可了解人體內的微生物群系如何隨著時間演化──例如能揭露數千年前由狩獵採集轉為農耕導致的飲食變化,是如何不論好壞地改變了我們體內的微生物群系。

石器時代的「口香糖」

樺木瀝青(又稱焦油)是一種將樺木樹皮加熱所得的膠狀物質,在歐洲至少從中更新世(約75萬年前至12萬5000年前)就開始用它來將石刃固定在握柄上。考古學家已經在製作工具的古代遺址發現過印著人類齒痕的瀝青團塊,他們猜測古人在使用以前可能藉由咀嚼來軟化瀝青。由於樺木樹皮具有抗菌的特性,樺木瀝青也可能曾經被當作醫藥使用。

在未發現遺骸的遺址裡,嚼過的瀝青有時是唯一能顯示此處曾有人類活動的指標,而考古學家長久以來都在猜測,或許這些不起眼的瀝青塊可以當作取得古代DNA的來源。然而直到最近,他們才有工具可以從大家稱之為古代口香糖的瀝青塊上萃取出基因體資料。

今年稍早,考古學家從一塊1萬年前被咀嚼過的樺木瀝青上,定序出幾組幾乎完整的人類基因體,這塊瀝青是30年前從瑞典的胡塞比克萊夫遺址(Huseby Klev)出土。「這些遺物已經公開好一段時間了。」娜塔利亞.卡舒巴(Natalija Kashuba)說道,他是烏普沙拉大學(Uppsala University)考古學與古代史學系的博士生,也是胡塞比克萊夫研究的第一作者。「只是它們之前沒受到矚目而已。」

在這個最新研究中,這塊被咀嚼過的樺木瀝青是從丹麥洛蘭島(Lolland,蘿拉之名的由來)希爾托姆(Syltholm)遺址所挖掘出,考古學家從中萃取出了蘿拉的DNA與微生物群系。希爾托姆的考古學家已經在遺址發現了製作工具與屠宰動物的證據,但是沒有找到人類遺骸。

這塊瀝青以放射性碳定年可追溯到5700年前左右,即丹麥進入新石器時代之際。在這個時代,中石器時代狩獵採集人群賴以為生的手段,正逐漸因為從南方與東方傳入的農業而改變。

蘿拉的DNA顯示,她身上沒有和新進入歐洲北部的農耕人群有關的遺傳標記,這個結論加強了一種逐漸壯大的推測,即這個地區中基因獨特的狩獵採集人群,比原先以為的存在了更久。蘿拉的基因體也顯示她有乳糖不耐症,支持了歐洲人是在開始食用取自馴化動物的乳製品後,才發展出消化乳糖的能力的理論。

大多數從蘿拉口腔微生物群系中辨識出的細菌,都是正常的口腔與上呼吸道微生物。然而有些微生物與嚴重的牙周病有關。他的微生物群系也顯示出肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)的存在,雖然光從樣本不可能得知,蘿拉咀嚼這塊樺木瀝青的時候是否因此為肺炎所苦。就像人類皰疹病毒第四型(Epstein-Barr virus)一樣,這種病毒感染了全世界超過90%的人口,不過通常不會造成症狀,除非發展成單核白血球增多症(mononucleosis)。

看見不可見

研究人員也從這塊嚼過的瀝青上辨識出綠頭鴨和榛果的DNA,表示蘿拉死亡不久前才吃過這些食物。這種從落在瀝青中的古代人類唾液中分離出特定植物與動物DNA的技術,能讓我們「看見」在考古紀錄中不可見的古人飲食習慣──例如食用昆蟲,考古學家史蒂芬.勒布朗(Steven LeBlanc)說道,他是哈佛大學皮保德考古學與民族學博物館(Peabody Museum of Archaeology and Ethnology)的前任館藏主任。

勒布朗在十多年前曾經做了引路人,協助開啟從非人體材料上萃取出人類DNA的研究新紀元。當時他在2007年對美國西南部考古遺址出土的咀嚼過的絲蘭纖維,進行了一項開創性研究。他相信科學家如今不只能從非人類材料上取得完整人類基因體,還能獲得微生物群系與飲食資訊,這些工具將會設下新的黃金標準(gold standard),影響關於古代人口如何隨時間增長與變化、他們的健康程度,以及他們生計來源為何的研究。

「這個領域進步的速度無庸置疑地令人驚艷,」他說:「我們當時能做到的事和他們現在能做到的事相比,差異極大。」

這也是很好的提醒,告訴我們即便是最不起眼的遺物也應該獲得研究與保存,勒布朗補充道,並想起過去他向參觀皮保德博物館的訪客們,展示他研究的被嚼爛的乾燥絲蘭碎片的情景。

「他們會看著這小塊破爛的纖維碎片,而我會說這座博物館已經收藏這個物件一百多年了。訪客們沒人理解我們為什麼要費力保存這個小東西,然後我會說,我們從這上面取得了人類DNA,他們的眼神會變成『哇』。」

勒布朗想像歐洲過去保管「石器時代口香糖」的人,也會因為這些的古老樺木瀝青塊而面臨類似的疑問,而如今證明這些瀝青塊可能藏有無價的資訊,能改變我們對遙遠過去的理解。

「之前一定有很多(政府)官員說:『你們幹嘛浪費錢和儲藏空間來放這些愚蠢的小黑塊?』」

「這正是為什麼博物館要收藏這些東西──因為我們還不知道能用它們來做什麼。」

延伸閱讀:這些猴子在3000年前已邁入自己的「石器時代」!史前奶瓶裡面裝了什麼?現在我們知道了!

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