新时代以来,科技考古工作者通过不懈努力,推动考古学与现代科技从“初步结合”迈向“深度融合”。作为这一进程中的标志性成果,古DNA在考古学研究中的成功应用既有力彰显了现代科学对考古学发展的支撑作用,更成为文化研究与科技创新协同发展的典范。
古DNA研究以分子生物技术为基础,通过对考古遗址出土的人类、动植物及微生物遗存进行DNA提取、扩增、测序与分析等技术手段,获取其遗传信息,为我们揭示了古生物的演化历程和遗传谱系,并着力于探讨人类的起源和迁移、动植物的驯化和扩散等关键性学术问题。自20世纪80年代首次从湖南长沙马王堆汉墓女尸中成功提取DNA以来,古DNA研究实现了从线粒体短片段测序到全基因组分析的飞跃,尤其是随着聚合酶链式反应(PCR)技术的发明以及高通量测序技术的应用,古DNA研究迈入古基因组时代,使其成为连接生物学与考古学的革命性工具。
古DNA研究破解家养动物起源的遗传密码。狭义的动物考古研究关注动物之“形”,也就是动物的种属、年龄、性别、数量、病变等。古DNA研究则可以破解动物遗传之“核”,能够精确鉴定动物种属,从基因层面确认亲缘物种和遗传关系。“形”与“核”协同融合可构建强大的研究合力,尤其在追溯家养动物起源及传播路径中发挥关键作用。通过分析不同时期、不同地域考古遗址出土的动物遗存的古DNA信息,我们能够精准追溯家养动物的起源地、驯化时间及扩散路径,从而构建中国史前家养动物驯化起源的图景。近年来,对中国北方多处遗址出土的古代黄牛遗存进行的古DNA分析表明,中国家养牛起源于近东地区,并在公元前2500—前1900年传入中原地区。中国家马的起源则展现出更为复杂的情况,中国古代马匹表现出极高的母系遗传多样性,涵盖了现代马群中已知的全部七个单倍群。由此可见,中国家马的起源是多元的,中国古代马匹与现代蒙古马亲缘关系最近,但在最初驯化后仍持续存在外源基因的输入。关于马和黄牛的研究为我们揭示了家养食草动物通过欧亚草原通道东传的完整路径,为早期东西方交流提供了可靠的分子证据,更为深入理解人类与动物共同演化史提供了全新视角。
古DNA研究重塑动物资源的重要价值。除了追溯起源,古DNA能够揭示古代社会的文化交流与动物管理策略,从多个维度深化我们对古代社会的理解。在文化交流方面,对山西陶寺、陕西石峁、河南二里头等大型都邑遗址动物遗存的研究发现,中心聚落与次级聚落间共享家畜遗传谱系,显示出中心聚落的文化向心力、社会控制力与跨区域贸易的活力。在动物资源管理策略方面,古DNA研究通过解析古代动物的表型特征如性别、体型、毛色等,为理解古人的动物资源管理实践提供了全新窗口。对古代家马的研究发现,青铜时代的人类已经开始对马匹毛色进行选择性培育,这不仅揭示了古人的文化选择和审美偏好,更为理解早期人工选择性育种和系统性管理提供了分子证据。
古DNA研究的现实挑战与技术革新。古DNA技术在揭示家养动物驯化历史、遗传特性及其与古代社会(如祭祀体系形成、经济结构、人地互动)的深层关系等方面展现出独特价值,然而其发展仍面临严峻挑战。关键难题在于考古遗址中保存完好的动物遗存数量稀缺,且常因样本的埋藏环境,即湿度、土壤的酸碱度以及微生物等因素影响,极易导致DNA降解与污染。因此,从样本处理到数据分析,古DNA研究需要制定严格的实验室标准和质控体系,以保障数据真实有效。尽管挑战重重,技术革新正不断突破这些瓶颈。随着古DNA实验方法的不断优化,如微损伤法提取、单链文库构建等,结合高通量测序技术及特异性捕获技术等手段,实现了对微量遗传物质的高精度解析。更值得关注的是,当前古DNA研究正逐步形成多学科融合的研究范式。通过整合田野考古提供的遗址背景信息、动物考古的形态鉴定结果以及古DNA分析揭示的遗传谱系,共同构成了一套系统性的阐释体系。这一融合研究不仅深化了对动物驯化过程与环境适应机制的理解,更为全面揭示“人类—动物—自然环境”三者间的复杂关系,重构古代社会文化经济形态提供了新的理论框架和方法支撑。
人工智能推动古DNA研究进入数智时代。随着人工智能时代的到来,古DNA研究将引发新一轮的技术变革。从技术革新层面而言,古DNA提取和测序技术的持续突破正不断降低研究成本,而AI算法的发展将提升数据分析的准确性和速度。从全球学术战略合作层面而言,随着古DNA研究覆盖时空范围的扩大,国际数据共享和标准化分析框架的构建将推动围绕人类命运共同体的全球化合作和研究。在应用拓展方面,古DNA研究正逐步从基础学科延伸至实际应用。如利用古DNA数据指导现代生物保护策略,通过AI模拟古代生态系统等都展现出这一前沿学科服务现代社会发展的广阔前景。
古DNA研究与动物考古学的融合,通过对古生物遗存中的遗传密码的精准分析,实现了在分子层面重构古代社会的文化基因,系统性重建了中国家养动物驯化的时间轨迹与传播路径。尤为关键的是,通过将其与同位素分析、古蛋白质分析等其他科技考古手段以及田野考古学形成多维印证,不仅从微观层面诠释了动物资源管理如何塑造古代中国的经济基础、军事制度与文化认同,更在宏观层面为探索中华文明起源与国家形成提供了独特的“分子透镜”。随着技术迭代和多学科深度融合,这门交叉学科将持续拓展我们对古代生物、人类社会与自然环境复杂互动关系的认知边界,为解答“我们何以成为我们”的文明之问书写分子篇章。
(作者系中国社会科学院科技考古与文化遗产保护重点实验室助理研究员)