最近十年，由遺骸取得古代DNA 的研究成為顯學，讓我們更深刻地認識人類與其他生物的演化歷史。遺骸之外，少數研究也由其他材料獲得 DNA，牙結石、鈣化結核、死海古卷（就是那個死海古卷！）、擦過古書頁面的橡皮擦屑屑，甚至是口香糖，都有成功的案例。[1, 2, 3, 4, 5]
最新發表的論文，則是由遺址中的泥土分離 DNA，拼湊出尼安德塔人部分的基因組。除了感嘆新技術出神入化，未來大有可為之外，對於尼安德塔人的大歷史，這項研究也帶來全新的視角。[6, 7, 8]
由遺址泥土取得目標 DNA
遺址中可以沒有化石，沒有石器，但是一定有很多很多土。生物去世以後 DNA 分解，都散落到周圍的土壤裡，假如遺址的地層中仍然存在化石，照理說 DNA 也有機會生還。
問題是，各種生物的 DNA 片段都可能留在土裡，非常不容易分辨。泥土取樣往往不是無法抓到，而是裡頭有太多動物、植物及微生物雜亂的 DNA。
如此雜亂的樣本中，仍然有機會只分離出想要的特定 DNA，不過必需先設定好要抓誰，設計和目標序列互補的探針。
2017 年發表的論文在多處遺址，成功抓到多種動物，包括尼安德塔人的粒線體 DNA，證實從泥土中取得特定 DNA 片段是可行的。2020 年的論文則在青藏高原的夏河，白石崖溶洞的不同地層中，獲得丹尼索瓦人的粒線體 DNA。[9, 10]
- 延伸閱讀：青藏高原泥土中，丹尼索瓦人現蹤
然而，粒線體和細胞核是兩種獨立遺傳的單位，承載的資訊量差異極大。以人類來說，粒線體約有 16500 個鹼基對，細胞核內的染色體合計則有 30 億。可想而知，即使能捕獲粒線體的所有 DNA，相比於細胞核基因組也微乎其微，抓下 30 億個鹼基對的難度完全是不同次元。
所幸尼安德塔人和智人之間，遺傳差異可謂大同小異，為求便利，可以不用捕捉整個基因組，只要選擇尼安德塔人獨特的 DNA 變異，針對那些部分即可。
研究者根據這個思路設計探針，鎖定尼安德塔人基因組上 160 萬處可能的變異位置，假如泥土樣本中的 DNA 片段對得上，就會被抓下來進一步分析。
深入探討的遺址有三處，中亞的丹尼索瓦洞穴及其西邊一些的 Chagyrskaya Cave，都曾經獲得過高品質的尼安德塔人基因組，適合作比較。兩處遺址取得的「泥尼」DNA，遺傳變異和當地已知的同類最接近，沒什麼意外，也證明新的取樣與分析辦法是可行的。
西班牙同地尼安德塔人，先後屬於不同遺傳族群
另一處遺址 Galería de las Estatuas（Estatuas）位於西班牙的東北部，可分為多層，年代介於 7 到 11 萬年前；出土約 500 件石器，皆屬於莫斯特風格（Mousterian）。此處應該曾經是尼安德塔人的家園，但是只留下一件殘缺的腳趾化石。
依照新的泥尼技術，成功由此處 4 個地層分離出尼安德塔人的 DNA，證實他們曾經長居此地。有趣的是：
較早和較晚的尼安德塔人，分別屬於不同的遺傳族群。
假如只有年代先後的 2 個樣本，乍看之下一定會是，一前一後的延續關係。不過古代DNA 研究至今，已經累積 18 位尼安德塔人（分別來自 14 處遺址），4 位丹尼索瓦人和 1 位半尼半丹（皆來自丹尼索瓦洞穴 1 處）的基因組，可以更精細地比較大家的親戚關係。
Estatuas 遺址年代較早的 pit I Layer 4 地層中，距今約 11.2 萬年的尼安德塔人，和德國的 Hohlenstein-Stadel、Scalding 遺址（距今約 12 萬年），還有丹尼索瓦洞穴較早的尼安德塔人（稱為 Denisova 5 或 Altai Neanderthal，生活在 9 到 13 萬年前之間某個時候），基因組最為接近，他們的共同祖先可以追溯到 13.5 萬年前。據此推論尼安德塔人，這段期間有過一波擴張與分化。
Estatuas 遺址年代較晚的 pit I Layer 3 地層距今約 10.7 萬年，而 pit I Layer 2、pit II Layer 2 又更晚一些。這 3 個地層的尼安德塔人，基因組最接近高加索 7 萬年前的 Mezmaiskaya 1，以及中亞 6 萬年前（或 8 萬）的 Chagyrskaya 8。估計他們的共同祖先能追溯到 10.5 萬年前，那時可能有過另一波擴張與分化。
然而，距今 10.5 萬年過後的尼安德塔人們，全都衍生自 13.5 萬年前分家潮中的其中一支。也就是說：
尼安德塔人更早之前累積的遺傳多樣性，距今 11 萬年前過後，大部分都喪失了。在此之後的尼安德塔人，不論住在哪兒，遺傳上皆能追溯到差異很有限的一個分支。
古人類學家早就注意到，距今 10 萬年內的尼安德塔人之間，型態差異相當有限，或許和這回得知的大滅團有關。
除了遺傳與型態，超過 10 萬年前，各地尼安德塔人一度發展出的文化多樣性（如克羅埃西亞的鷹骨飾品），經此瓶頸之後，恐怕也損失慘重。
每過數萬年，尼安德塔人就面臨一次瓶頸考驗？
假如把十多萬年前西班牙尼安德塔人的興衰，視為「擴張—滅團—擴張」模式，非常有趣的是，此一模式也許不只上演一次。
根據粒線體 DNA 建構的演化樹，距今大約 7 萬年過後的尼安德塔人，似乎也自成一群，能追溯到更近期的共同祖先。倘若粒線體能代表每個年代，不同地點的尼安德塔人，那麼上述狀況反映出的是：
尼安德塔人的親戚關係，和年代比較有關，而不是地點。
處於同一個時間段，例如距今 4 到 7 萬年前之間的尼安德塔人，遺傳上也和這段期間的同類比較近，卻和住在同一地點，年代較早的尼安德塔人更加疏遠。
最明確的實例是，4.3 萬年前住在高加索的尼安德塔人，和住在比利時，同為 4.3 萬年前的同類較為親近，反倒與 7 萬年前一樣住在高加索的尼安德塔人更疏遠。
一如更早之前，西班牙 10 多萬年前的尼安德塔人，和隨後高加索、中亞的人血緣較近，卻與同一遺址 11.2 萬年前的同類較遠。
尼安德塔人的擴張與萎縮，似乎和大環境變化關係密切，例如距今 10 萬多年前是氣候宜人的間冰期，傾向促進族群膨脹。
而距今 5.7 到 7.1 萬年前的冰河時期，天寒地凍下尼安德塔遺址的數量大減，分佈範圍大部份偏南。每經過一次類似的瓶頸階段，尼安德塔人或許便損失一部分遺傳多樣性。
事後回顧，距今 4 萬年前左右，尼安德塔人面臨最後一次瓶頸，各地族群陸續消逝的逆境下，西班牙成為尼安德塔人最後的據點，之前幾次也是如此嗎？隨即尼安德塔人全面滅團，為什麼這回無法再次偉大？這些是人類演化史上，有待回答的重要問題。
- 延伸閱讀：智人進入最後的尼安德塔疆域，超過4萬年
泥土中的 DNA，將滋養更多演化樹！
當然這類擴張與萎縮事件有許多影響因素，不只和氣候變遷相關。另外，
雖然在奮鬥多年後累積不少遺傳樣本，現有的數量和代表性其實仍相當有限，無法支持任何肯定的答案。上述論點目前只能視為大膽的推理。
樂觀想，定序古代DNA 的技術成熟後，新的樣本不斷問世，如今又成功研發出「泥尼」技術，可能獲得基因組的範圍、數量都大大增加。尼安德塔人的演化大樹，可以預見將愈來愈完整。
探討人類演化史以外，新技術也能用於其他生物。最近便有一項研究，從墨西哥的遺址泥土中，獲得距今約 1.5 萬年的美洲黑熊（Ursus americanus），還有已經滅絕的大短面熊（giant short-faced bear，學名 Arctodus simus）部分基因組。[11]
擴及其他生物，只是時間問題。令人回憶起帕波曾言：
「除了非常聰明的人之外，重大突破幾乎都伴隨重大的科技進展。」
延伸閱讀
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- 智人進入最後的尼安德塔疆域，超過4萬年
- 墨西哥遺址泥土中獲得美洲黑熊、大短面熊DNA
參考資料
- Weyrich, L. S., Duchene, S., Soubrier, J., Arriola, L., Llamas, B., Breen, J., … & Cooper, A. (2017). Neanderthal behaviour, diet, and disease inferred from ancient DNA in dental calculus. Nature, 544(7650), 357-361.
- Devault, A. M., Mortimer, T. D., Kitchen, A., Kiesewetter, H., Enk, J. M., Golding, G. B., … & Pepperell, C. S. (2017). A molecular portrait of maternal sepsis from Byzantine Troy. Elife, 6, e20983.
- Anava, S., Neuhof, M., Gingold, H., Sagy, O., Munters, A., Svensson, E. M., … & Rechavi, O. (2020). Illuminating genetic mysteries of the dead sea scrolls. Cell, 181(6), 1218-1231.
- Goats, bookworms, a monk’s kiss: Biologists reveal the hidden history of ancient gospels
- Jensen, T. Z., Niemann, J., Iversen, K. H., Fotakis, A. K., Gopalakrishnan, S., Vågene, Å. J., … & Schroeder, H. (2019). A 5700 year-old human genome and oral microbiome from chewed birch pitch. Nature communications, 10(1), 1-10.
- Vernot, B., Zavala, E. I., Gómez-Olivencia, A., Jacobs, Z., Slon, V., Mafessoni, F., … & Meyer, M. (2021). Unearthing Neanderthal population history using nuclear and mitochondrial DNA from cave sediments. Science.
- Nuclear DNA from sediments helps unlock ancient human history
- DNA from cave dirt tells tale of how some Neanderthals disappeared
- Slon, V., Hopfe, C., Weiß, C. L., Mafessoni, F., De La Rasilla, M., Lalueza-Fox, C., … & Meyer, M. (2017). Neandertal and Denisovan DNA from Pleistocene sediments. Science, 356(6338), 605-608.
- Zhang, D., Xia, H., Chen, F., Li, B., Slon, V., Cheng, T., … & Fu, Q. (2020). Denisovan DNA in Late Pleistocene sediments from Baishiya Karst Cave on the Tibetan Plateau. Science, 370(6516), 584-587.
- Pedersen, M. W., De Sanctis, B., Saremi, N. F., Sikora, M., Puckett, E. E., Gu, Z., … & Willerslev, E. (2021). Environmental genomics of Late Pleistocene black bears and giant short-faced bears. Current Biology.
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。
Alice(蓉蓉)
寒波
正直的周老師
