前段時間上網的時候，偶然看到一個帖子，說「科學家給三星堆古人做了基因檢測」云云。看到標題，覺得這事兒跟自己手上正在做的項目有一定關聯，就點進去看了一下。你猜怎麼著——說的就是我的項目，而且還說錯了。
這項研究的論文，叫作《古代基因組揭示粟黍農業伴隨人群遷徙從黃河流域擴散到中國西南地區》（Ancient genomes reveal millet farming-related demic diffusion from the Yellow River into southwest China，正式發表的題目與預印本題目有些許出入）。不過，我們研究的樣本卻並非「三星堆人」，而是來自新石器時代四川的高山古城遺址和青銅時代雲南的海門口遺址。
這事兒，得先從三星堆到底是什麼講起。三星堆遺址其實可以分成四期。其中，大家熟悉的那個有青銅面具、咧嘴笑的神秘人、青銅大立人、青銅神樹的三星堆，準確來說屬於三星堆二期、三期。而我們研究樣本所述的四川高山古城遺址卻是屬於寶墩文化，年代比三星堆更早。
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簡單總結一下就是：所謂「三星堆古人基因檢測」其實是我們發表的關於寶墩文化高山古城的古人遺骸DNA數據。雖然目前確實也有考古學家認為寶墩文化可能是三星堆青銅文化的前身，但這些遺骸與人們關心的那些藝術品仍舊相差了一千多年，並不是那些神秘青銅器的製作者。
看到這裡，也許你會就要按跳轉按鈕，關閉這篇文章了。先別急著離開，這些數據的價值，或許比你想像的重要得多。四川平原的高山古城，被稱為成都史上第一城，出土了成都平原最早的人骨；而雲貴高原上的海門口遺址則出土了中國最大「干欄式」建築聚落，也是雲南青銅文化發源地之一。這兩處考古遺址對於理解西南地區的史前人群來源有著極其重要的意義。
可是，粟黍不就是小米嗎，粟就是不黏的小米，黍就是黏的小米。西南地區的古人類研究，怎麼還要用到小米？
最初，我們的祖先是靠「狩獵+採集」的方法過日子的，主要靠「大自然的饋贈」。而後，我們的祖先有了耕種作物和養殖動物的能力。人類就進入了農業社會。
在農業生產上，我國北方大多種植粟和黍，南方則多種水稻。高山古城和海門口是粟和稻都有出土的遺址。按理來說，在這裡的古人身上，應當同時發現種粟黍的北方人和種水稻的南方人的遺傳成分。
高山古城和海門口遺址信息 圖片來源：作者提供
然而，我們卻發現，這兩個遺址的古人大約有90%左右（高山城為92.1%±3%，海門口為88.7%±3%）的黃河流域粟黍農民（這裡指新石器時代進行農業生產的古人，下同）的遺傳成分，卻沒有發現種植水稻的華南和東南亞農民的遺傳成分。剩下10%左右則屬於寮國和平文化（Hòa Bình culture）古人相關的遺傳成分——這或許是當時廣泛分布於中國西南和與之接壤的東南亞大陸的原始狩獵採集人群。
這樣的遺傳模式從高山古城到海門口，持續了一千多年。而在當代四川羌族、雲南白族等藏緬語族人群中也發現了高比例的高山古城與海門口相關的遺傳成分——但又多了一些東南亞和福建一帶壯侗和南島語人群相關的，卻在高山城和海門口中沒有發現的稻作農民遺傳成分。
這個結論，現在說起來很輕鬆。但如果有心去翻一下之前的研究，就會發現，先前幾乎沒有研究者發表過雲貴川地區的古人DNA數據。
這一情況並不難想像：DNA保存的理想條件是乾燥和寒冷，雲貴川地區潮濕悶熱，並不適合保存東西的——保存食物時，我們會選擇放入冰箱，或者風乾曬乾；如果放在溫暖高濕的環境中，很快就會腐壞變質。DNA也是如此，高溫會使分子更加活躍，酸性的土壤又為DNA的水解創造了良好的環境。
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在雲貴川這樣的西南地區，有些遺址甚至直接泡在了水中。所以，這個地區能保存下來的古人DNA，真的少之又少。事實上，我們的論文中也隱晦地提到了這種困難：研究中一共提取了89個樣本，但最終只獲得了11個樣本的數據。
如何確定並且分離出這些樣本中的人類DNA又是一個大問題。
我們的研究對象，在地下已經埋藏了數千年。在這數千年里，無數生物在這些研究對象的表面乃至內部留下了自己的痕跡。實際上，在古代生物材料中，我們獲取到的許多DNA實際上來自環境當中的微生物，比如黏在骨頭上的土中活躍的細菌真菌，他們可能會在漫長的時光中逐漸往骨頭的深處爬呀爬，所以研究者們都喜歡拿到牙齒或者顳骨這樣的部位：堅固、緻密、不容易被外源DNA污染。
發掘出來之後，污染依然存在。從考古工地中挖出的骨頭通常帶著許多泥土和塵埃，暴露在實驗室外也會受到許多現代人的污染。研究者們使用能夠降解表面DNA的次氯酸鈉清洗樣本，再照上一個小時的紫外線。這麼一來，表面的DNA就會變成檢測不出來的嘧啶二聚體。我們還會鑽取研磨骨骼中緻密的部位，並且儘量將滲透其中的髒東西與本身的骨粉分離，只有內部的骨頭或者牙髓。這樣才能會儘可能保留下這顆牙或者骨頭本人的「DNA本尊」。
饒是如此，獲取到的DNA中仍然有大量微生物的DNA，「DNA本尊」只占很小的一部分。這時，我們就要祭出「雜交捕獲」這項技術了。
原理非常簡單，A、G、C、T四種脫氧核糖核苷酸組成的兩條鏈，再搭成DNA的雙螺旋結構。這兩條鏈可以看作A、G、C、T四種分子的排列組合，而且完全反向互補，A與T配對，G與C配對，幾乎不出錯。四種分子的排列組合在每個物種，乃至每個個體中都不盡相同。我們利用現代人的DNA序列設計探針，利用這個探針去抓取所需要的人源片段：可以理解為掛在魚鉤上的小小拼圖，去釣起這許許多多DNA拼圖中可以與它拼上的部分，這些可以拼上的部分，就是人類的DNA。
我們的雜交捕獲方案來自哈佛大學的一個研究團隊。他們重新設計了DNA探針，對實驗各項條件都進行了堪稱「暴力」的優化。這個方案比此前的便宜了三分之一，但我們仍然不完全承擔得起。所以，我只能設法優化過程，壓縮成本。最後，我們省下了將近一半的試劑。
只是實驗的成功也僅僅是第一步，我們需要讓這些數據開口說話。
在初步的定性分析中，我得到了結論。在王傳超老師和課題組博士後郭健新老師的幫助下，我核對了所有可能存在的紕漏，增補數據，逐一排查，最終確認了結論：上述兩個遺址的古人主要都來自黃河流域種植粟和黍的農民，加上一點原始的東南亞狩獵採集人群的成分——或許來自雲貴川本土，或許來自東南亞古人的北遷。合理地推測一下：或許是黃河流域的一部分粟黍農民南遷至四川盆地與雲貴高原，中途和種水稻的農民接觸交流而學會了種植水稻。
本文作者在實驗室工作 圖片來源：作者提供
在我們實驗室的牆上，寫著這樣一句話：「自然科學與人文社會科學在百餘年前分道揚鑣，而在這個實驗室，我們希望把兩者帶回到一起。」也許這就是我們所做的這項工作的意義與樂趣之所在吧。
作為一個科班出身的「生物狗」，在最初處理數據的時候，我並不太理解，它們與此前我處理過的小鼠、兔子或者斑馬魚的數據有什麼本質不同。然而，當熟悉歷史與考古學領域的老師們利用這些數據，在我面前打開了一幅歷史圖卷，引導我得出「古蜀古滇文化與黃河流域文化同根同源」的遺傳學結論時，我真的感受到了學科交融帶來的熱血澎湃。
此前的考古學證據已經表明馬家窯文化與川西地區關係密切，而我們的遺傳學證據也支持古蜀古滇與中華文明的母親河黃河流域文明有著不可分割的遺傳聯繫。
我開始理解了這樣一個交叉學科的意義：考古的老師們使用器物、文字資料來分類人群和文化，他們其實很需要一些其他角度的解讀，而分子生物學的手段恰好是我這樣的生物學專業學生所擅長的。我也將繼續在這個方向上不斷前進。
策劃製作
本文為科普中國-星空計劃作品
出品｜中國科協科普部
監製｜中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
作者丨陶樂 廈門大學博士生
審核丨王傳超 廈門大學人類學研究所所長、教授、博導
策劃丨徐來
責編丨徐來 王夢如