用于构建生物系统发育树的古DNA序列

主要综述了古 DNA研究进展以及结合古 DNA序列和基因库中的数据构建系统发育树。这些研究能解决许多有关演化生物学、考古学、人类演化及迁移、动植物的家养和驯化过程及早期农业的发展、考古点的动植物残骸的精确鉴定及地质演化等问题。另外 ,还列举了一些重要的实例     

"古代生物分子国际研讨会"概况

近10多年来随着分子生物学、有机地球化学的理论和现代测试技术的不断更新和发展,人们 可以在古DNA、古蛋白质、类脂等古代生物分子(ancient biomolecules)的尺度上去研究古 代生物的谱系关系、分子演化理论、人类的起源和迁移、动物和植物的家养和驯化过程及早 期农业的发展、考古点的动植物残骸的精确鉴定、新的定年技术以及古气候的变化等等重要问题.     

青藏高原多年冻土沉积物中埋藏植物DNA特征的初步分析

多年冻土沉积物长期处于负温及封闭条件下,使得其中埋藏植物材料得到较好的保存,成为获取古DNA分子的理想材料.采用常规的CTAB法提取多年冻土中埋藏植物材料的DNA,并用琼脂糖凝胶凝胶电泳检测.结果表明,从多年冻土埋藏植物材料中可以提出DNA,而且所提出的DNA不仅具有降解的小分子量DNA分子,而且还有大分子量DNA.提取的埋藏植物材料的DNA多呈棕褐色,指示了在埋藏过程可能发生一定的聚合.电泳结果表明,随埋藏时间的增加(深度增加),埋藏植物材料中DNA含量呈下降趋势.由于埋藏植物材料在不同时代的多年冻土中均有发现,其DNA分子的提取为深入研究其特征所带遗传信息,重现植物大分子物质在地质历史中的演化提供了可能。     

孢粉资料定量重建泥河湾盆地侯家窑遗址时期的古气候

泥河湾盆地侯家窑遗址在中国旧石器文化及古人类演化进程中占有十分重要的地位,但前人研究多集中在古人类及哺乳动物化石及其地层年代方面,对古人类生存时的古气候、古环境研究较少,更未见定量研究.本文利用最终筛选后的420个表土和83个地层样品的孢粉数据,采用MAT(modern analogue technique)方法定量重建了泥河湾盆地侯家窑遗址220～85ka B.P.的年均温和年均降水序列.依据孢粉定量重建的气候变化序列与大西洋-太平洋深海氧同位素和南极冰芯记录的MIS 5、MIS 6和MIS 7阶段有较好对应.冰期时,泥河湾盆地的年平均气温比现在低2～4℃,年均降水量比现在多200～400mm;间冰期时,年均气温比现在高约1℃,或与现在相近,年均降水量也与现在相近.冰期时,泥河湾盆地的古气候相对稳定,间冰期时波动频繁.侯家窑古人类生活在大理冰期(MIS 6阶段),气候寒冷湿润,丰富的动植物资源成为侯家窑人的主要食物来源,侯家窑人已学会适应和抵御严寒的气候环境.     

沉积物中古DNA在古生态、古环境和古气候研究中的应用

随着分子生物学技术的发展,DNA技术的应用逐渐从生物学研究拓展到进化、环境和气候变化等研究领域。因为DNA容易受到水解、氧化、紫外辐射、酶解等过程的破坏,所以人们认为DNA很容易降解,保存时间不长,但是近年来的研究成果显示,古生物和古人类的化石或骨骼、冻土、湖泊海洋沉积物等样品中包含已保存数千年甚至长达数百万年以来的古DNA。古DNA作为重要的信息载体,可以诠释人类、动植物和微生物进化和迁移过程及它们对环境和气候变化的响应。反过来,古DNA在古环境、古气候重建方面也起着重要作用,沉积物样品的古DNA往往保存了历史时期的水体和水体周围环境以及气候变化等信息。通过对沉积物中古DNA的研究,可以获得历史时期的水生生物(包括藻类、水生动植物等)的群落演化,和水体周围岸基生活的动植物群落(植物落叶、动物毛发冲带到水体并沉积下来)演替,进而反演水体和水体周围气候环境以及气候变化信息。通过研究古人类和动物化石中保存的DNA,可以探讨人类的迁徙和进化过程,溯源家畜的驯化历史。本文将介绍环境古DNA的保存和可靠性评价,重点探讨古DNA在古生态以及古环境、古气候重建研究中的优势及应用,并展望古DNA在生物进化和环境研究等领域的应用前景。     

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.     

广西地区晚更新世野猪对家猪的遗传贡献

家猪是由居住在世界不同地区的人类对野猪的长期驯化而来,考古学研究表明近东和中国可能是家猪的驯养中心.为了寻找野猪对家猪驯化遗传贡献的分子证据,对采集于广西壮族自治区3个不同地点的30个晚更新世野猪化石样品开展了古DNA研究,从化石样品中获得了线粒体基因组的D-loop部分序列,结合现代家猪、野猪DNA同源序列信息,构建了Network网络结构图和系统发育树.结果表明广西古代野猪与欧洲猪科动物之间存在历史基因流,与亚洲家猪之间具有遗传的连续性,在家猪的驯化过程中有遗传贡献.研究结果从新的地域角度为家猪的多地区驯化起源提供了分子证据.      

陕西古人类化石资源及其科学价值

自20世纪60年代发现蓝田直立人化石以来,陕西已经发现了8处更新世古人类化石地点,成为中国人类化石资源分布密集区之一。陕西古人类化石涵盖了直立人、早期智人至晚期智人的人类演化阶段,基本形成了一个较为连续的人类演化序列。在蓝田公王岭、蓝田陈家窝子、洛南龙牙洞发现的古人类化石属于直立人,在大荔甜水沟发现的古人类化石属于早期智人,在志丹、黄龙、长武、南郑发现的古人类化石属于晚期智人。陕西丰富的古人类化石对于研究直立人在欧亚大陆早期人类扩散和迁徙过程、早期现代人多地区起源、中国古人类演化的关键阶段等一系列关键学术问题具有非常重要的科学价值。     

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.     

贾湖史前人类迁移行为的初步研究——锶同位素分析技术在考古学中的运用

位于河南省舞阳县的贾湖遗址是一处著名的新石器时代遗址,距今7800～9000年。遗址中出土了大量的人和动物的骨骼与牙齿,这为研究史前时期中国中部地区人类的迁移情况提供了很好的材料。在本次研究中,共分析了26个人和动物样品,包括12个人体骨密质样品、9个人牙釉质样品和5个猪牙釉质样品。测定了每个样品的锶同位素浓度和87Sr/86Sr比值,结果表明猪牙釉质的锶同位素浓度（平均值为196±51ppm,n=5,1σ）高于人牙釉质的浓度（平均值为110±61ppm,n=9,1σ）,人骨骼的锶同位素浓度（平均值为444±173ppm,n=12,1σ）明显地高于人牙釉质的浓度。根据5个猪牙釉质样品87Sr/86Sr平均值±2倍的标准偏差确定的当地锶同位素比值范围（0.712205～0.712420）,发现14个人类个体中有5个是外来迁入的,并且从第1期到第3期人口的迁移率有增加的趋势。这是在国内首次利用锶位素分析方法对古人类的迁移现象进行研究,同时也表明此方法可以很好地判断古人类迁移行为。     

河南渑池仰韶人遗址区黄土冲沟阶地的释光测年研究

地貌变迁与古人类活动的关系一直是地理学研究的一个重要科学问题。仰韶文化是黄河流域最为重要的新石器人类 文明之一,文章以河南渑池仰韶遗址区内西沟冲沟为研究对象,尝试建立仰韶人类活动与遗址区内冲沟地貌形成的先后关 系。渑池仰韶遗址区地处黄土高原东南缘黄土堆积区,文章利用释光测年方法测定了西沟冲沟阶地上覆堆积黄土的年代, 粗略重建了阶地形成的时间为大约距今3万年和12万年前,分别对应深海氧同位素（MIS） 3阶段和5阶段。而该时期渑池 仰韶区域尚无古人类活动记录,所以释光测年结果证明仰韶遗址区内的冲沟完全是自然成因的,与遗址区仰韶人的地表活 动无关。     

河南渑池仰韶人遗址区黄土冲沟阶地的释光测年研究

地貌变迁与古人类活动的关系一直是地理学研究的一个重要科学问题。仰韶文化是黄河流域最为重要的新石器人类 文明之一，文章以河南渑池仰韶遗址区内西沟冲沟为研究对象，尝试建立仰韶人类活动与遗址区内冲沟地貌形成的先后关 系。渑池仰韶遗址区地处黄土高原东南缘黄土堆积区，文章利用释光测年方法测定了西沟冲沟阶地上覆堆积黄土的年代， 粗略重建了阶地形成的时间为大约距今3万年和12万年前，分别对应深海氧同位素（MIS） 3阶段和5阶段。而该时期渑池 仰韶区域尚无古人类活动记录，所以释光测年结果证明仰韶遗址区内的冲沟完全是自然成因的，与遗址区仰韶人的地表活 动无关。     

嵩山中更新世末至晚更新世早期的环境与文化

近年在嵩山地区黄土层中发现300多处旧石器地点,多半出产在中更新世末至晚更新世早期的地层中,可与深海氧同素第5阶段后期对比。这表明约70kaB.P.前末次间冰期嵩山旧石器文化发达,为新石器时代至夏商华夏文化的核心——嵩山文化圈的形成和发展提供了重要的文化基础。末次间冰期后期的环境变化,对古人类和生物界产生了重大影响。     

山西芮城清凉寺墓地出土人骨的稳定同位素分析

对山西芮城新石器时代的清凉寺墓地出土的仰韶文化和龙山文化两个阶段人骨中C和N同位素进行了分析,研究了先民的食谱特征和生活经济形式,探讨了不同性别之间食物结构的差异以及不同阶段食谱的变化趋势。所有人骨样品的C和N含量以及C/N 摩尔比,均表明人骨样品保存较好,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,清凉寺地区史前先民的食物结构中包括C4类植物和少量以C₄类植物为食的动物,反映了先民以种植粟、黍等作物的农业形式,并辅以饲养家畜为生的经济模式;  发现男性比女性获取肉类食物相对较多,可能是由于当时男女社会分工不同的缘故;  此外,从仰韶文化到龙山文化时期,山西芮城清凉寺先民获取植物性食物资源没有明显变化,但肉类资源有所增加,反映了此时的农业生产逐渐趋向更为稳定,家畜饲养有了进一步的发展。     

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.     

上山遗址区沉积过程与人类活动的关系

上山遗址是上山文化（11~8.5 ka）的代表性遗址,位于钱塘江上游浦阳江北岸的二级阶地上,是迄今长江下游地区发现的最早的新石器时代遗址,也是研究稻作农业起源的重要遗址。近年来,国内外学者对上山遗址进行了大量的研究,主要集中于遗址的文化面貌、出土遗存等方面,对全新世早期人地关系演化、上山文化产生的环境背景研究相对薄弱。通过选取上山遗址区沉积剖面（SSYZ）以及探方（SSS）的沉积物样品进行粒度、磁化率、土壤有机碳、孢粉和炭屑分析,结合考古发掘资料及区域气候环境背景,探讨了遗址区沉积过程、古环境条件及其与人类活动的关系。结果表明:1）上山遗址区在晚更新世以来（130 ka~近现代）经历了河漫滩（202~142 cm）、粉尘堆积（142~72 cm）、考古文化层（72~24 cm）和现代耕作（24~0 cm）4个沉积阶段;2）粉尘堆积是上山遗址区沉积演化的转折阶段。这一阶段气候环境偏干,粉尘堆积于河流的二级阶地之上使地势不断增高,并逐步脱离洪水的影响。以粉砂为主的物质组成,也为早期稻作农业的孕育奠定了母质基础;3）SSYZ剖面磁化率自下而上增高,其中低频、频率磁化率在文化层达到剖面峰值,并且与探方文化层磁化率变化趋势一致,反映了人类活动对磁化率值的影响;4）130~11 ka,孢粉和炭屑的总浓度先增加后减少,乔灌木花粉的百分比含量较高且呈减少的趋势,陆生草本花粉百分比含量呈增加趋势,反映研究区气候环境整体较好,但经历了较大的波动并呈恶化趋势,植被覆盖度较高但呈减小的趋势,与末次间冰期—冰期气候条件较为吻合。全新世以来水热条件好转,植物资源丰富,乔灌木、松科和湿生草本的花粉增加,陆生草本花粉减少但禾本科花粉明显增加,并且土壤有机碳含量增加,土壤肥力增强,加上近河的地理位置便于先民获取灌溉水源及石器原料,遗址区环境适合人类活动,最终孕育了中国早期的稻作农业文化—上山文化。在文化层中以松科为主的乔灌木植物花粉含量呈减少趋势,而以禾本科为主的陆生草本以及湿生草本的花粉含量呈增加趋势,可能是由于先人住房等生产、生活活动中需要砍伐森林,及人类活动强度的增强使增加了对植物资源的利用。     

陕西临潼零口文化遗址脊椎动物遗骸的古环境意义

陕西省临潼零口遗址脊椎动物遗骸有Rhizomys sinensis,Hystrix hodgsoni,Nyctereutes procyonoides,Meles meles,moschus sp.,Ceruvs hortulorum,Elaphurus davidianus,Caprinae,Gazella sp.,Bovinae,Sus domesticus,Phasianidae和Cyprinoid，可分为5层位，其年代为7300aBP 380-6220aBP 407和仰韶西王村类型。动物生态、动物地理及其他气候替代性指标显示了零口文化和仰韶文化的1500年间包含了2个相连续、但不完整的气候演变周期。每个气候演化延续时间约为700－800a。气候演化周期与文化发展周期基本吻合。     

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.     

华北不同地区全新世环境演变对古文化发展的影响

辽西牛河梁、内蒙古中南部庙子沟和甘肃秦安大地湾是中国北方的3个重要新石器文化遗址.本文利用孢粉、黏土矿物等古气候指标对3个遗址所在地区的全新世气候变化进行了研究,并结合这些地区的地理位置和地质地形条件等特征,分析和探讨了这些地区的自然条件和全新世环境演变及其与古文化发展的关系,阐明了不同地点的环境及其演变的共性和差异以及对古文化发展的影响.