仰韶文化人类遗骸古DNA的初步研究

近20年来, 古DNA研究技术和方法已迅猛发展.目前从古人类残骸中获取DNA序列, 进而讨论人类的演化、亲缘关系和迁移成为分子人类学的一个重要方向.本研究对采自陕西临潼仰韶文化6 000多年前的姜寨遗址第一期和第二期文化层中的古人类残骸进行古DNA提取、扩增和测序, 获得了169 bp的线粒体高变控制区Ⅰ的古DNA片段, 与现代西安人同源性序列有2个位点的突变.另外, 通过在不同实验室进行重复性实验和系统发育分析等方法详细地论证了所获得的DNA序列的可靠性.在所研究的6个姜寨遗址样品中有3个样品获得古DNA序列, 古DNA的提取成功率为50%, 高于一般的古DNA研究材料的提取率, 说明姜寨遗址的人类残骸是研究古DNA的理想材料, 为今后从分子水平上研究姜寨遗址及其他同地区仰韶文化遗址的古人类墓葬及中国古人类分子演化关系奠定了基础.      

黄土高原西部秦安新近纪风尘堆积的蜗牛化石证据

对黄土高原西部秦安地区晚新近纪甘肃群中的一套黄土-古土壤序列以20cm间距采集的310个蜗牛化石样品进行了系统的研究。结果表明,黄土层与古土壤层中的蜗牛化石全部为陆生种类,以Gastrocopta,Pupilla,Vallonia,Metodontia,Cathaica和Punctum等占优势,与黄土高原第四纪黄土-古土壤序列中蜗牛化石的种属组成基本一致,这表明研究剖面是一套陆生成因的地层,与黄土高原第四纪黄土-古土壤序列有着相似的沉积环境。上述结果为提取古环境信息从生物学角度提供了证据。     

重庆万州盐井沟动物群首次发现小猪头骨化石

重庆万州盐井沟是中国南方最经典的第四纪哺乳动物化石产地之一,因化石数量众多、种类多样和完整度极高而著名,但目前重庆万州盐井沟动物群已报道的猪科动物化石仅为野猪(Sus scrofa)和猪属未定种(Sus sp.)。现今可考证的化石点为建国以后发现的4个化石点,即大垭口化石点、平坝上洞、平坝下洞和媒人洞,而四方地化石点是重庆万州盐井沟地区新近发现的第5个化石点,出土了亚成年小猪(Sus xiaozhu)的2件不完整头骨和2件下颌骨化石,代表了迄今发现最完整且时代最晚(晚更新世)的小猪头骨和下颌骨化石,为盐井沟动物群中首次发现。经过与华南第四纪猪属(Sus)其他物种对比,小猪的鉴定特征可归纳为小型猪,面部和腭骨长度远不及李氏野猪(S.lydekkeri)和野猪(S.scrofa),牙齿尺寸小于裴氏猪(S.peii)、李氏野猪(S.lydekkeri)和野猪(S.scrofa),眶前孔位于DP4(P4)与M1界线之上,下颌骨联合部短且厚,终止于P2之前。雄性下犬齿横切面的形状介于“verrucose”型和“scrofa”型之间,属于一种过渡类型,臼齿低冠且呈丘型,结构简单,每个臼齿由4个主尖...     

分子钟假说与化石记录

进化是整个生命科学研究的核心和灵魂 ,而早期的生命演化在生物进化过程中具有重要地位 ,是科学界研究的前沿和热点问题。基于生物的遗传距离所建立的分子进化速率 ,可用于进一步推测不同生物类群在进化历史上的分歧时间。这一间接时间数据可与化石记录所反映的直接数据进行比较。分子钟研究为探究早期生命演化提供了一个新的途径 ,不仅可用来对基于化石记录的传统结论加以验证 ,同时对于化石记录不完整的生物类群起源历史的推测具有特殊意义。然而 ,利用分子钟方法所得出的不同门类起源时间总是早于化石记录 ,因此分子钟与化石记录的矛盾仍十分突出。文中综述了基于化石证据研究后生动物起源、寒武纪生命大爆发及被子植物起源等早期生命演化的研究进展 ,介绍并分析、讨论了分子钟方法及利用分子钟研究早期生命起源时间问题及其与化石记录间的矛盾 ,同时认为古DNA的证据有利于分子钟的校正     

碱式水解法提取红土分子化石: 以安徽宣城更新世网纹红土为例

红土中种类丰富的分子化石为红土古生态研究提供了直接证据, 但较低含量的分子化石限制了传统索氏抽提方法的推广应用.本次研究尝试性地运用碱式水解法提取安徽宣城更新世红土中的分子化石, 在25g样品中检测到了含量明显、种类丰富的有机物, 且该方法可以显著地降低空白污染, 这说明碱式水解法在分子化石含量低的地质体(如红土) 研究中具有一定的应用潜力.本次研究检测出除了传统索式抽提得到的正构烷烃、脂肪酸、脂肪醇等以外, 还提取到了二元羧酸这一重要化合物, 它的存在为网纹红土可能形成于多水环境提供了新的证据.测试样品中各类分子化石组合信息显示出红土有机物以微生物为主的来源特征, 表明网纹红土形成过程受到了微生物活动的影响, 同时伴有大量低等菌、藻来源有机质的输入, 初步结果为红土形成环境研究提供了新的证据.      

河北秦皇岛灵仙洞斑鬣狗化石的古DNA初步分析

鬣狗科动物曾是一个数量十分可观的群体,在5百万年前曾达到演化的鼎盛时期,留下已鉴定化石种100余种.现生的鬣狗科动物仅有4种,仅分布在亚洲和非洲部分地区.由于该科动物演化至今种类剧减、分布区退缩,部分化石种与现生种的谱系演化关系尚不明确,因此成为古生物学家和进化生物学家关注的生物类群之一.采用现代分子生物学方法,提取扩增河北秦皇岛灵仙洞中鬣狗类化石的线粒体基因组古DNA片段,通过与基因库中已有鬣狗科动物各属种同源序列的对比分析,从分子水平确定该化石为斑鬣狗化石;基于古DNA序列数据构建的系统进化树显示,该地的斑鬣狗个体与我国东北地区及俄罗斯的化石斑鬣狗具有较近的亲缘关系,而与西欧洞穴鬣狗及非洲现生斑鬣狗亲缘关系较远,显示出斑鬣狗演化的分子地理谱系.     

现代人起源的多地区进化学说在中国的实证

关于现代人起源主要有两种学说:多地区进化说和近期出自非洲说。文章介绍了中国人类进化的假说:'连续进化附带杂交’。构成这个假说的基础的中国资料为多地区进化说提供实证。其直接证据来自人类化石,包括中国人类化石具有一系列共同特征,直立人与智人之间有形态学上的镶嵌,中国化石中有表现西方基因的形态学证据。另外,本文还简略介绍了用DNA研究中国现代人起源目前达到的结论,并从体质人类学、旧石器时代考古学、古环境研究和分子生物学研究等诸方面的资料对这个结论进行检验。     

古代生物分子在第四纪研究中的应用

从第四纪化石和沉积物中获得的古代生物分子为第四纪研究者提供了丰富和独特的有关古代生物、遗传和古环境信息的定量和高分辨率的数据.过去10多年的研究证实来自第四纪材料中的各种古代生物分子的分离、鉴定和应用的能力在不断增加.文章总结了古代生物分子在第四纪研究中的最新进展,主要包括以下几个方面的内容:1)不同类型的古代生物分子在地质体中的保存和降解;2)古DNA和古蛋白序列中的生物遗传学信息;3)单体分子同位素与第四纪古环境和古气候研究;4)建于古代生物分子水平上的第四纪年代学.作者预见对第四纪地层中的原位和分散保存的古代生物分子的研究将在广度上以多分子综合研究而深度上与单体分子同位素技术相结合,为第四纪科学家们提供大量解决地质学和演化生物学问题的高精度数据.随着地球化学和分子生物学技术的不断改进以及人们对古代生物分子的降解过程和机制的进一步理解,对古代生物分子的研究无疑将进一步促进和推动第四纪科学研究的发展.     

古环境DNA与环境考古

古环境DNA(ancient environmental DNA,简称ancient eDNA)指保存于古环境样品中的生物古DNA(ancient DNA,简称aDNA).与直接从古代生物遗存内获取的单一物种古DNA不同,古环境DNA为多种生物的混合DNA,常常以小片段DNA分子形式吸附在腐殖质和矿物颗粒上,主要从粪化石、牙结石、肠道残留物、冰川、冻土、泥炭、湖泊、海洋、洞穴和遗址沉积物等环境样品中获得.古环境DNA研究自1998年开始兴起,经历了早期的DNA条形码(DNA barcoding)古代物种鉴定,到DNA宏条形码(DNA metabarcoding)古代生物类群恢复,再到近期的鸟枪法宏基因组(shotgun metagenomic)古生态系统重建等发展历程,目前已形成了完善的研究体系,可以完成对古环境样品中大部分动物、植物和微生物物种的检测.相比于传统的动植物化石形态鉴定手段,古环境DNA研究具有样品用量少、方法简单快捷、不依赖于化石、一次实验可以确定大量物种信息等优势.目前,国际上的古环境DNA研究在古生态环境重建、古代农业发展、古代人类食性、人类扩散历史和人类活动对环境影响等环境考古领域的应用都取得了良好的进展并发表了大量成果,但国内相关研究还少有报道.本文综述了古环境DNA技术的发展、研究方法、应用方向及存在的问题等内容,认为随着古环境DNA研究技术的日趋完善,其在环境考古学中的应用前景也将更加广阔.     

寒区环境中的古DNA分子

寒区埋藏环境常年处于负温条件下,土壤冻结或冰的形成过程产生封闭作用,可以隔离造成埋藏生物遗体同DNA氧化分解的氧气之间的接触.由于液态水含量极大地减少和冰胶结作用,使得主要依赖于液态水而发生的生物大分子的化学分解以及生物降解反应作用减慢,有机体没有成岩过程中降解以及水解作用,从而使古DNA分子可以得到较好的保存.目前绝大多数关于古DNA研究的重要成果所使用生物材料均来自寒区环境,最为引人注目的有关猛犸象、棕熊和企鹅化石古DNA的研究.这些研究分别从个体、种群和同一种群在不同时间尺度上描绘了它们与现代生物种之间的亲缘关系、过去发生的生物迁移和空间隔离以及特定生物分子水平上的时间演化.从目前来看,大量的生物标本很好地保存在那里,以至于单一考贝基因都可以获得,因此是获取古DNA并获得相应遗传信息的理想地区.     

Ancient dna from pleistocene fossils: Preservation, recovery, and utility of ancient genetic information for quaternary research

Until recently, recovery and analysis of genetic information encoded in ancient DNA sequences from Pleistocene fossils were impossible. Recent advances in molecular biology offered technical tools to obtain ancient DNA sequences from well-preserved Quaternary fossils and opened the possibilities to directly study genetic changes in fossil species to address various biological and paleontological questions. Ancient DNA studies involving Pleistocene fossil material and ancient DNA degradation and preservation in Quaternary deposits are reviewed. The molecular technology applied to isolate, amplify, and sequence ancient DNA is also presented. Authentication of ancient DNA sequences and technical problems associated with modern and ancient DNA contamination are discussed. As illustrated in recent studies on ancient DNA from proboscideans, it is apparent that fossil DNA sequence data can shed light on many aspects of Quaternary research such as systematics and phylogeny. conservation biology, evolutionary theory, molecular taphonomy, and forensic sciences. Improvement of molecular techniques and a better understanding of DNA degradation during fossilization are likely to build on current strengths and to overcome existing problems, making fossil DNA data a unique source of information for Quaternary scientists.     

陕北靖边五庄果墚动物骨的C和N稳定同位素分析

对陕北靖边五庄果墚遗址出土的4种动物(家猪、狗、鼠、草兔)骨骼进行了C和N稳定同位素分析,研究了这4种动物的食谱特征、营养级结构,分析了人类活动对生活在其周围动物食物结构的影响。所有骨骼样品的C,N含量以及C/N摩尔比表明,所选取的样品均保存较好,可用于食谱分析。骨胶原的C和N稳定同位素分析结果显示,所研究的4种动物呈现出不同的营养级结构,草兔和鼠类为植食性动物,而家猪和狗为杂食性动物,狗部分表现出肉食性。草兔主要以野草或树叶等C₃类植物为食;而家猪、狗和鼠类则主要以C₄类植物为食,这与先民从事的粟作农业密切相关。褐家鼠、家猪和狗的骨胶原中具有较高的^δ15N值,表明其食物结构明显受到人类活动的影响,其中家猪和狗更为明显,其食物结构已与野生动物产生明显差异。     

古代生物分子与分子考古学

分别论述了从古DNA，古蛋白质，类脂化合物等古代生物分子的尺度去研究人类的起源和迁移，动，植物的家养和驯化过程及早期农业的发展，考古点动植物骸的精确鉴定，新的定年技术以及古气候的变化等与考古学相关的许多重要问题，对分子考古学及其应用进行综述，并就在我国开展分子考古学研究提出了展望。     

Short sequence effect of ancient DNA on mammoth phylogenetic analyses

The evolution of Elephantidae has been intensively studied in the past few years, especially after 2006. The molecular approaches have made great contribution to the assumption that the extinct woolly mammoth has a close relationship with the Asian elephant instead of the African elephant. In this study, partial ancient DNA sequences of cytochrome b (cyt b) gene in mitochondrial genome were successfully retrieved from Late Pleistocene Mammuthus primigenius bones collected from Heilongjiang Province in Northeast China. Both the partial and complete homologous cyt b gene sequences and the whole mitochondrial genome sequences extracted from GenBank were aligned and used as datasets for phylogenetic analyses. All of the phylogenetic trees, based on either the partial or the complete cyt b gene, reject the relationship constructed by the whole mitochondrial genome, showing the occurrence of an effect of sequence length of cyt b gene on mammoth phylogenetic analyses.     

陕西华阴兴乐坊遗址家养动物的饲养模式及对先民肉食资源的贡献

通过动物骨的稳定同位素(C、N)分析,揭示家养动物的饲养模式及对先民肉食资源的贡献,是动物考古研究的重要组成之一.关中地区,是庙底沟文化(约5500年前)的主要核心分布区域之一.目前,对该地区和该时间段内家养动物的饲养模式及对先民肉食资源的贡献,尚缺乏足够的认识.为此,本文对陕西兴乐坊遗址出土动物与人骨开展了C、N稳定同位素分析,并对其中4个猪骨进行AMS-14C测年.同位素数据结果显示:野生动物(獐、青羊、梅花鹿)栖息于C3类的植被环境,家养动物(猪、狗)和人,则主要以C4类为食.3个猪个体的年代为5449~5300 cal.B.P.,而1个猪个体年代偏晚(4089~3985 cal.B.P.),其同位素数据也异于其他个体.结合该遗址的植物考古资料(粟和黍具有高的出土概率),认为:家养动物(猪和狗)饲喂了大量以粟类作物的副产品或者人类的残羹冷炙(粪便).根据食物链从生产者至消费者的同位素分馏效应(δ13 C值约富集1‰,δ15N值约富集3‰~5‰),比较了先民与野生动物以及家养动物的同位素数据,发现先民与猪的δ13 C和 δ15N值的差异最小(0.2‰和1.9‰),这反映了先民的肉食资源应主要源于家猪.家猪的饲养和管理,为庙底沟文化的快速发展奠定了深厚的物质和经济基础.此外,1例梅花鹿角具有偏正的δ13C值(-13.2‰),暗示发达的粟作农业还为先民尝试驯养其他野生动物(如鹿)提供了可能.     

古基因组学在古代家马研究中的应用

古DNA是人类学、分子进化和群体遗传学的一个重要的工具.在过去的十年,我们见证了古DNA研究的一场革命.古DNA研究的焦点在很长时间内被限制在了线粒体DNA和有限个核基因组标记,但现在已经能够获得非常古老的全基因组数据.这一突破主要是缘于高通量测序平台以及获取高度降解DNA分子的能力,并发展出了古基因组学这一新领域.本文回顾了马的古基因组研究的发展历程,以及在揭示家马的遗传谱系和基于基因型-表型关联分析预测马的性状两方面的最新进展.我们依据马的基因组研究的新成果,优化三款基于高通量测序的检测panel,分析古代家马的谱系、性别、毛色、运动能力、步态、体型/肩高、高原适应等相关方面.结果显示,遗传谱系和表型特征为探讨中国古代家马的起源和用途,特别是祭祀用马的来源和挑选标准有重要意义.该研究有助于进一步认识中国家马的演化与传播及其与古代社会政治、经济、文化、思想的关系.     

Significance of carbon isotopes in carbonate sequence stratigraphy

Based on the research on sequence stratigraphy of the Permian in Southwest China, in conjunction with the carbon isotope data from the typical sections at Ganluo, Sichuan and Tianlin and Mashan, Guangxi, the authors suggest that the genetic framework and internal architicture of different sequences possess quite different carbon isotopic characteristics. Therefore, the following problems can be solved in terms of carbon isotopic values, evolutionary curve patterns and structures of carbonate sequences: (1) to determe the nature of sequence boundary surface and related geological events; (2) to recognize various kinds of sedimentary system tracts; (3) to discuss the internal architicture and genetic framework of the sequences and their evolution; (4) to subdivide and correlate sedimentary sequences on a regional or global scale; and (5) to enhance the resolution of sequence stratigraphic analysis. Stable carbon isotopes have proved themselves to be valid in sequence stratigraphic studies of carbonate rocks, as demonstrated by our results presented in this paper.     

我国更新世花生化石的发现及其意义

1960年和1984年分别在广西桂林的屏风山及马山溶洞的灰华堆积物中发现了大熊猫—剑齿象动物群化石,其中有数十粒类似花生的化石颗粒,已全部钙化。经研究其为原始野生花生的荚果,从其颗粒大小及果荚构造与现代野生花生(南美产)及现代人工栽培的珍珠豆型花生荚果对比,它表现出明寻的原始性。据与其共生的古脊惟动物的时代确定占花生的时代为中一晚更新世,命名为户alaeoarachis sinensis gen.et sp.nov.(中华古花生)(新属、新种)。 中华古花生的发现,证实了中国确是花生原产国之一,为研守花生的起源、栽培史及其传播提供了重要线索。     

Compound paleovalley fills in the Lower Pennsylvanian New River Formation, West Virginia, USA

Ancient paleovalley fills are typically interpreted in the rock record using over-generalized models without carefully considering modern analogs, especially in light of recent discoveries. It is now known that many Quaternary paleovalleys are compound in origin, exhibit considerable stratigraphic complexity, contain multiple incisions, and can be orders of magnitude larger than their putative ancient counterparts. Compound paleovalley fills in the Lower Pennsylvanian New River Formation (NRF) are directly comparable to these Quaternary analogs, stimulating a paradigm shift in the interpretation of ancient paleovalleys. In the NRF, multiple laterally- and vertically-juxtaposed fill successions, separated by incision surfaces, record high-frequency fluvial responses to external controls within lower-order sequences. Lowstand incision and sediment bypass, as predicted in sequence stratigraphy, is largely discounted by the available evidence and the definition of regional sequence boundaries is not straightforward. The identification of genetic sequences may be the most effective approach to understanding the NRF and, by inference, many other ancient paleovalleys. Results from this study of the NRF promote a revised model for ancient paleovalleys that incorporates: 1) the pre-eminence of compound architecture, 2) periodic episodes of incision and subaerial exposure occurring in response to high-frequency changes in climate or relative sea level, 3) fluvial downcutting as the primary cause of paleovalley incision, although some sediments are still preserved in a net-erosional regime, and 4) composite, time-transgressive sequence boundaries that may be difficult or impossible to correlate regionally.     

广西隆安娅怀洞遗址出土动物遗存初步研究

娅怀洞遗址是广西近年又一项重要考古发现,是一处石器时代洞穴遗址,文化遗存分为4期,第一至第三期属于旧石器时代晚期,第四期属于新石器时代晚期.本文以该遗址出土动物遗存为研究对象,鉴定其种属、部位、死亡年龄和性别等信息,观察遗存保存状态和表面痕迹,对其进行尺寸和重量测量.在此基础上,对其进行可鉴定标本数、最小个体数和骨骼发现率的统计,并依据统计结果进行自然环境的复原、人类行为和生业经济的初步分析.遗址出土动物包括软体动物(瓣鳃纲和腹足纲)和脊椎动物(鱼纲、爬行动物纲、鸟纲和哺乳动物纲),计27科19种(属).分析结果显示:自旧石器时代晚期到新石器时代晚期,遗址出土的主要动物,都包括有扁蜷螺科、方形环棱螺、斜口环棱螺、梨形环棱螺、高大环口螺、塔锥短沟蜷、佛耳丽蚌、刻纹丽蚌、三型矛蚌、圆顶珠蚌、河蚬、鲤鱼、青鱼、鳖科、龟科、钝吻鳄科、鸭科、雉科、猕猴、猪獾、野猪、牛亚科、羊亚科和不同体型的鹿科动物等,这表明自旧石器时代晚期到新石器时代晚期,遗址附近的自然条件没有发生大的改变,一直都存在有茂密的森林和相对广阔的水域,各种动植物资源都非常丰富;动物构成始终以哺乳动物纲中的鹿科和猪科数量最多,说明自旧石器时代晚期到新石器时代晚期,先民一直以狩猎鹿科和猪科为代表的野生哺乳动物来获取主要的肉食资源,同时也采集野生植物、捕捞水生的螺类、鱼类和爬行类作为食物资源的补充;从保存数量最多的鹿科和猪科骨骼发现率来看,存在有部分长骨骨骼缺失的现象,说明遗址并非先民宰杀肢解动物的主要场所,遗址中的动物多为先民宰杀肢解后带来的;鹿科动物掌/跖骨及与之相连的腕跗部骨骼发现率普遍较高,且要明显高于同时期的猪科动物,可能与先民有意识选择鹿科动物该部位的骨骼来制作骨器的行为有关;大量出土螺类存在壳顶缺失的现象,这应该与先民对螺肉的取食有关,与娅怀洞遗址的年代相当的柳州白莲洞遗址也存在类似的现象.从旧石器时代晚期到新石器时代晚期的纵向演变来看,先民对哺乳动物的利用程度是在逐渐增加的,对鱼的利用程度是大幅度减少的,对腹足动物的利用也有一定程度的减少,遗址动物群构成的这种变化体现了新石器时代晚期先民生活方式和生业经济选择(定居和农业)的变化.