古環(huán)境DNA：一抔塵土，萬(wàn)象回溯

古人與古環(huán)境之間的關(guān)系在考古學(xué)研究中一直備受關(guān)注。古環(huán)境作為人類生存的背景，其重建可以幫助回答古人類如何適應(yīng)和生存的問(wèn)題。例如，古環(huán)境中的動(dòng)植物信息能夠反映古人的生業(yè)模式、飲食結(jié)構(gòu)以及動(dòng)植物的馴化過(guò)程。此外，還可以探討環(huán)境變化對(duì)人類社會(huì)的影響，如洪水等自然事件可能導(dǎo)致的人群遷徙和社會(huì)結(jié)構(gòu)變化。

重建古環(huán)境的方法

為重建古環(huán)境，研究者常利用一些關(guān)鍵參數(shù)，如通過(guò)分析粒度、磁化率、堿土金屬元素、有機(jī)碳氮等指標(biāo)來(lái)研究沉積物類型和物源，揭示古代洪水、沿海風(fēng)暴潮、干旱等氣候事件的發(fā)生及其對(duì)古人生活的影響[1]。此外，通過(guò)孢粉、植硅體的分析，可以重建古代植被類型，進(jìn)而了解古人所種植的作物種類、農(nóng)田分布及其耕作技術(shù)[2]。通過(guò)對(duì)出土動(dòng)物骨骼的鑒定，可識(shí)別古代動(dòng)物的種類，了解其分布和人類的狩獵及畜牧活動(dòng)，有助于理解古人的生業(yè)模式和自然資源利用[3]。

除了上述提到的參數(shù)外，古DNA分析也逐漸用于古環(huán)境重建領(lǐng)域。最初，古DNA在考古學(xué)中的應(yīng)用主要集中在研究人類遺骸DNA[4]，以探討與人類進(jìn)化、溯源及遷徙相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。隨著研究的深入，古DNA分析逐漸拓展至動(dòng)植物等生物大遺存的研究[5]。通過(guò)從這些大遺存中提取并分析古DNA，可以識(shí)別出古代物種的多樣性及其基因組信息，為理解古代生態(tài)系統(tǒng)、人類生業(yè)模式及環(huán)境變化提供更加精確的證據(jù)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)DNA不僅可以從生物大遺存中提取，也能在一定程度上從環(huán)境中獲取。生物體的DNA可以通過(guò)殘留在土壤、水中的如微小的骨骼、皮膚細(xì)胞、毛發(fā)、排泄物、細(xì)根等獲取。由于有機(jī)材料的自然分解，這些DNA可以保留在細(xì)胞內(nèi)，也可以從細(xì)胞中釋放出來(lái)，與土壤中的礦物質(zhì)（尤其是黏土礦物）或其他微小成分結(jié)合，形成游離的分子[6]。這些DNA通常不會(huì)以單一個(gè)體的形式存在，而是與其他動(dòng)植物和微生物的DNA混雜在一起，稱為環(huán)境DNA。

在考古學(xué)上，環(huán)境DNA通常是從沉積物中提取。沉積物可以是陸地或水生環(huán)境的，如湖泊、海洋沉積物；也可以是極端環(huán)境下的沉積物，如永久凍土、沙漠土壤，或由礦物和有機(jī)物質(zhì)組成的泥炭土。在這種情況下，環(huán)境DNA也被稱為沉積古DNA或古環(huán)境DNA[7]。古環(huán)境DNA記錄了考古地層中來(lái)自地質(zhì)、生物和人為過(guò)程的顆粒組成，可用于追蹤人類活動(dòng)，將個(gè)體或群體與其所創(chuàng)造的文化過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，增添了研究人類歷史的新維度。歷史時(shí)期有著豐富的文化沉積物，追溯到更古老的更新世時(shí)期，薄層沉積物也能保留當(dāng)時(shí)人類行為的快照[8]。每個(gè)遺址和地層是由特定且相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程形成的，結(jié)合年代測(cè)定（古環(huán)境DNA的年齡依賴于其地層關(guān)聯(lián)），某一沉積層中的古環(huán)境DNA（確保遺傳數(shù)據(jù)來(lái)自完整或未受擾動(dòng)的沉積，并與其所采集的地層是同時(shí)期的）包含了當(dāng)時(shí)所有生物體的遺傳信息，并體現(xiàn)了與環(huán)境的相互作用，是重建古環(huán)境的有力工具[7]。

古環(huán)境DNA，解決考古學(xué)中的關(guān)鍵問(wèn)題

通過(guò)分析古環(huán)境DNA，可以解決考古學(xué)中的多個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[7]。

古人的遺傳信息

在無(wú)法獲取人類遺骸的情況下，可以通過(guò)沉積物中的古環(huán)境DNA分析古人的個(gè)體基因組或群體遺傳。這使得在缺乏遺骸的情況下，仍能進(jìn)行古人的遺傳研究。

古人的食物構(gòu)成

通過(guò)分析古環(huán)境DNA，可以揭示古人所食用的動(dòng)植物種類。在古人生活的區(qū)域如房屋、環(huán)壕、水池、水井等處以及使用的生活用具如炊具、器皿等，遺留的有機(jī)質(zhì)能夠提供關(guān)于古人對(duì)動(dòng)植物的利用和消耗情況。尤其是垃圾堆、廁所以及儲(chǔ)存容器中，這些地方往往富含有機(jī)殘留物。例如，廁所受外部環(huán)境影響較小，一些生物信息保留在糞便沉積物中，從中可以獲取古人的飲食信息。又如水池在雨水等的沖刷作用下，古人生活的一些攜帶生物信息的垃圾可能被沖到其中并長(zhǎng)期富集，也可以鑒定到食物信息。此外，陪葬容器中常常儲(chǔ)存有食物，直接反映了古人的食物來(lái)源。對(duì)于一些動(dòng)植物，通過(guò)浮選植物種子、動(dòng)物骨骼以及篩選孢粉、植硅體等進(jìn)行鑒定。而對(duì)于像蔬菜這樣完全沒有遺存的生物，則可借助古環(huán)境DNA進(jìn)行復(fù)原，兩種方法互相補(bǔ)充，提高了物種識(shí)別的分辨能力，可揭示古人在特定時(shí)間段內(nèi)的飲食習(xí)慣和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，進(jìn)一步豐富對(duì)古代社會(huì)的理解。

古人所用器皿的用途

在遺址或墓葬中常常出土一些罐子等器皿，這些器皿的具體用途可以通過(guò)分析其中殘留的古環(huán)境DNA來(lái)復(fù)現(xiàn)。例如，通過(guò)對(duì)器皿內(nèi)殘留的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行古DNA分析，可以鑒定出其中存放的物質(zhì)如食物、藥材或其他物質(zhì)等。這種分析方法能夠幫助考古學(xué)家更準(zhǔn)確地理解這些器皿的用途，例如它們是用于儲(chǔ)存谷物、發(fā)酵酒類、存放藥物，還是其他特殊用途。

古人的疾病狀況

可通過(guò)骨骼、牙齒等來(lái)判斷古人的健康狀況，例如創(chuàng)傷、牙釉質(zhì)發(fā)育等情況。然而，在某些情況下，由于保存條件（如南方土質(zhì)多酸性）和埋葬方式（如大墓中常不見人骨）之故，骨骼的保存情況常常較差，甚至不見骨骼遺存。這時(shí)，腹腔土、糞便沉積物等可以為探討人類疾病提供額外的信息來(lái)源。這些樣本中往往含有細(xì)菌、寄生蟲或蟲卵等生物信息，從而可以通過(guò)古環(huán)境DNA探索古人的疾病狀況。

古人對(duì)動(dòng)植物的馴化和利用

對(duì)于一些炭化的植物種子，由于很難從中提取古基因組信息，此時(shí)可以通過(guò)分析沉積物中遺留的古環(huán)境DNA，尋找與馴化相關(guān)的基因信息，從而探討古人對(duì)植物的馴化過(guò)程。在動(dòng)物馴化方面，古環(huán)境DNA也同樣提供了重要的線索。針對(duì)沒有動(dòng)物遺存的情況，通過(guò)分析沉積物中遺留的動(dòng)物DNA，可以鑒定古代馴化動(dòng)物的種類及其遺傳變異，這對(duì)于理解馴化過(guò)程中發(fā)生的基因選擇和馴化行為的演變具有重要意義。

古人生存的生態(tài)系統(tǒng)

生態(tài)系統(tǒng)的完整性由生物與非生物因素共同構(gòu)成。通過(guò)分析湖泊沉積物，可以獲取流域內(nèi)動(dòng)植物的情況，而永久凍土則保存了當(dāng)時(shí)生態(tài)系統(tǒng)的綜合信息。這些數(shù)據(jù)能夠幫助重建古人生存環(huán)境中的生態(tài)系統(tǒng)，揭示古代生物群落與環(huán)境的相互作用[9]。

因此，古環(huán)境DNA在考古學(xué)上有著極其重要的應(yīng)用前景。

古環(huán)境DNA的獲取

為了充分利用古環(huán)境DNA，必須從復(fù)雜環(huán)境中提取DNA，確保沉積物原始層未受到擾動(dòng)，同時(shí)還要考慮不同沉積層之間的淋溶作用[8]。采集樣本時(shí)，必須嚴(yán)格控制污染，后續(xù)操作需要在符合古DNA研究標(biāo)準(zhǔn)的超潔凈實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行[8]。目前，研究環(huán)境DNA的常用方法包括宏條形碼和鳥槍法宏基因組測(cè)序，這些方法可以在無(wú)須事先了解特定生物體特征的情況下檢測(cè)或識(shí)別生物體[10]。在考古學(xué)中，宏基因組測(cè)序更為適用，因?yàn)樵摲椒蓞^(qū)分現(xiàn)代和古代DNA，從而確認(rèn)樣本中是古代生物還是現(xiàn)代生物污染物。然而，由于古環(huán)境DNA一般為痕量水平，在后續(xù)分析過(guò)程中每個(gè)樣本需要更高的測(cè)序深度才能獲得足夠的讀數(shù)來(lái)識(shí)別低豐度的生物體群體[11]。最新的多項(xiàng)研究將條形碼原理與鳥槍法宏基因組方法結(jié)合起來(lái)，利用探針捕獲策略，使其在處理高含量和低含量的DNA時(shí)均表現(xiàn)出色[11]。

綜上所述，古環(huán)境DNA的研究在考古學(xué)中展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。通過(guò)從復(fù)雜環(huán)境中提取和分析 DNA，研究人員能夠重建古人類的生存環(huán)境、飲食結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)以及動(dòng)植物馴化過(guò)程等多方面的信息。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，宏條形碼、鳥槍法宏基因組和探針捕獲等方法的結(jié)合，顯著提升了古環(huán)境DNA分析的精度和效率。這不僅為解決傳統(tǒng)考古學(xué)無(wú)法回答的問(wèn)題提供了新的途徑，也為理解古代人類與環(huán)境的關(guān)系、古代生態(tài)系統(tǒng)的演變等方面提供了更加豐富而精準(zhǔn)的證據(jù)。未來(lái)，古環(huán)境DNA研究將繼續(xù)在考古學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)我們對(duì)古代人類歷史的深入認(rèn)識(shí)。

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關(guān)鍵詞：古環(huán)境DNA 沉積物 古環(huán)境重建 ■