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用沉睡千年的骨骼碎片揭开生命迁徙的足迹……这听起来就炫酷的工作,是考古学、生命科学交叉融合而来的。当“旧”学科有了新“武器”,我们便有了一个全新的视角,来看待中华大地上这连绵不绝、精彩辉煌的文明。

早在1998年,吉林大学生命科学学院与考古系合作成立了国内第一个专业的古DNA实验室。在老一辈学人周慧、朱泓教授的带领下,吉林大学古DNA实验室在分子考古领域一直处于国际领先地位,在考古领域创造了一系列引人注目的成就。

值此中国现代考古百年之际,科技日报记者走进吉林大学古DNA实验室,探寻这群用科技手段追溯中华文明起源的“寻宝人”。

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吉林大学古DNA实验室科研人员工作中

识骨寻踪 古DNA技术拨开历史迷雾

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考古是一门根据古代人类各种活动遗留下来的实物资料研究人类古代社会的学科。中华文明源远流长,煌煌二十四史、通鉴、笔记等文字材料浩如烟海,古代的历史有太多我们未知的谜团。

“古DNA技术是考古学的一种新工具,它能够帮助我们破解许多谜题,”吉林大学考古学院蔡大伟教授说。

吉林大学古DNA实验室科研人员工作中

而河北沽源的梳妆楼就是很好的例子。梳妆楼位于沽源县南沟村,是一座圆顶砖结构建筑,颇具域外风貌。故老相传,此楼是辽国萧太后的行宫。明清史料《口北三厅志》也有类似记载。在晋剧中,还有一出名为《梳妆楼》的戏目,可见该传说流传之深远。

2000年前后,考古工作者探明,梳妆楼实际上是一座结合了蒙元、波斯风格的元代贵族墓葬群。在墓葬中,还出土了之前仅见于史料记载的“树棺”,墓主人以红树桩为椁,两侧各有一具棺椁陪伴。这也是全国唯一一座元代贵族的墓葬,对于研究元代历史、宗教史、中西文化交流史都有着重要意义。

央视网视频截图

但一个更大的谜团随之而来,困扰着我国考古界:墓主人究竟是谁?

由于多次被盗,墓室几乎被洗劫一空;尸骨被挪动,墓志铭也被砸成碎片。唯一可辨识的文字有“襄阔里吉思”“敕撰 翰”两段。专家推测,阔里吉思可能是墓主人。但问题是,阔里吉思这个名字是元朝信仰景教的信徒们较为常用的名字,即英文中的George,在元代一般翻译做阔里吉思、阔儿吉思或库尔(而)古司,元史中,有名有姓的阔里吉思就有好几位。

最终,学者们锁定了三个目标:高唐王阔里吉思;忽必烈的孙子、安西王阿难答以及元顺帝时期,谥号忠襄的贵族阔儿吉思。

吉林大学生命科学学院教授崔银秋带领的团队,应用古DNA技术对梳妆楼元墓中的6个坟墓、13具尸骨进行了全基因测序,结果发现,这片墓地埋葬的蒙元贵族并非黄金家族的后裔,身边的两位女性有较近的血缘关系;负责测定同位素的科研小组也发现,墓主人生命中最后一段时间并没有和家人在一起。

“同位素测定遵循了‘我食即我是’的原理,通过对古人遗骸各种组织的稳定同位素分析,可以揭示其不同时段内的食谱、生活状态及生存环境,”崔银秋告诉科技日报记者。

墓主人基因型与黄金家族相去甚远,自然排除了阿难答;而阔儿吉思一生在朝廷任职,最后病死家中,也不符合;综合这些线索墓主人最有可能是汪古部的首领阔里吉思。 阔里吉思是一代名将,先后娶了两位皇室公主;他一生中大部分时间在东征西讨,生命中最后的时光在西北平叛。史料记载,元成宗大德二年(公元1298年),阔里吉思在战斗中被俘。元成宗想尽办法营救未果,最终阔里吉思被杀害于卜罗(今新疆博乐境内)。十余年后,他的儿子术安才将尸身运回安葬。

“我们就像拼图一样,当一条条线索汇聚,与史料记载严丝合缝的时候,那种喜悦之情真的很难用语言表达出来,”崔银秋说。

寻找生命源头的脚步永不停歇

早前,吉林大学考古学系已拥有较大的古人骨标本库,时任考古系主任朱泓教授的体质人类学研究在国内考古学界也属于领先地位。朱泓教授与之前从事分子生物学研究的周慧教授一道,共同创立了我国第一个古DNA实验室。

崔银秋是1999年来到古DNA实验室的。20多年来脚踏实地的历练,让她从一名博士成长为一名具有国际声誉的专家,也见证了科学技术给学科带来的突破。

左一为崔银秋教授

“古DNA研究的重要转折点就是二代测序技术(NGS)的应用,解决了一代测序方法的许多局限性,提高了获取数据进行进化分析的能力,”崔银秋说。她打了个比方,一代测序好比软盘,能够承载的信息非常有限;而二代技术相当于移动硬盘,可以承载几十T的数据。

有了数据,处理数据能力的进步也很关键。崔银秋回忆,实验室最早使用的是一台2万元的服务器,处理一个样本基因组数据就需要耗费一周的时间。“同样的工作,现在用我身后的这台机器最多只用2小时,”崔银秋笑着介绍实验室里“娇贵”的宝贝——服务器集群。

这台完全国产的设备对温度、湿度都有要求,“我们大年三十都得先来看它,这样才能安心回家,”崔银秋说。

图为用于处理样本基因组数据的服务器

在吉林大学考古学院11楼,张帆博士介绍了古DNA实验室的流程与设备。处理人骨、动物骨骼的设备分门别类,操作员必须佩戴防护装备,经由风淋室再进入。一份样品,在这里经过提取、扩增、测序等步骤,产出的数据才能供科研人员进行进一步的研究。

去年,崔银秋团队在《自然-通讯》发表研究性论文,以黄河流域、西辽河流域及黑龙江流域为重点研究区域,报道了55个中国北方古代人(距今7500—1700年)的全基因组数据,为探讨中国文明起源、形成和发展提供了重要证据。

蔡大伟教授则利用古代动物DNA还原丝路文化交流,展现丝路大通道在东西方文化交流中的更多历史细节。“通过对不同地区饲养的家畜进行DNA分析,能够准确反映地区间的文化交流活动,是一个展现丝绸之路的形成与发展的全新视角,”蔡大伟教授说。

吉林大学古DNA实验室科研人员工作中

1998年古DNA实验室建立以来,研究的地域包括新疆、甘肃、宁夏、青海、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、山西、河北、河南等地区20多个遗址500多个人类遗骸样本,这些样本的时间跨度达6000年。通过对已有准确考古文化属性和遗址年代的墓葬中出土的人骨进行全基因组分析,科学家对整个中国北方古代人群的起源与遗传结构有了一个整体的认识。

吉林大学古DNA实验室科研人员工作中

考古竟还能在这些领域发挥作用

古DNA之所以提取困难,大体上有以下两个原因。一是在自然环境中,DNA会被降解、破坏,这就导致古DNA基因序列片段比现代DNA更短,因此古DNA获取比现代DNA也要更复杂;二是外源性污染。在上千年的自然环境中,种种不可控因素都有可能导致骨骼样本被微生物、其他杂质所污染,又把测序难度上升了一个层级。但人们很难想象,正是这两项难点,却让分子考古的技术扩展到了看起来“八竿子打不到”的领域。

第一个是分子法医学。刑事案件中有很多陈旧性样本,但对古DNA研究来说,几十年的样本实在算不上“陈旧”,“毕竟我们这里日常测定的样本一般都在2000年以上,”崔银秋笑着说。目前崔银秋的研究团队已完成近千例的DNA相关的司法鉴定工作。

第二个成果就是病毒检测领域。近日,吉林大学古DNA实验室的一项成果刚刚通过了评审——新冠病毒检测试剂盒的研发。

这个项目来自新冠疫情早期频繁发生的假阳性结果。“大部分假阳性结果很可能是病毒含量太低,而没能检测出来,”崔银秋说。对低通量、短片段的基因检测,又恰恰是古DNA实验室的长项。于是,崔银秋带领团队与吉林省疾病预防控制中心的吴东林主任的团队合作,夜以继日地展开攻关,最终成功研发出针对病毒含量超低样本的检测技术。

“更重要的是,我们已经探索出一整套研发的流程和方法,希望能够为公共卫生事业做一些贡献,”崔银秋说。

来源:科技日报

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