破除法老DNA的咒语

古埃及法老（国王）的尸体都被做成木乃伊，保存在金字塔里，据传说，冒犯了法老王的干尸，就会中法老的咒语。在美国电影的渲染下，这个咒语被传得充满玄机，神秘莫测。似乎在埃及北部第六代塞加拉王朝的法老墓外，或内侧出现类似“咒语”的文字，据说也只是针对祭司的，好让其尽职保护墓地，而非防盗墓贼设定的神秘“咒语”或机关。考古学家其实并未在法老墓内发现任何咒语。

既然法老的咒语不一定有，那也就不存在打破一说。不过，法老的DNA却是一个实实在在的技术上的“咒语”，它让国际考古学界分成两派，闹得剑拔弩张，快要老死不相往来了。大家的分歧主要在于古生物化石或遗体中的DNA能不能用来做考古鉴定，最终呢，还是技术的进步打破了了这个咒语，如今两派也该抛弃成见握手言欢了吧。

故事要从上个世纪80年代说起。

1983年，Kary Mullis发明了聚合酶链式反应（polymeras chain reaction, PCR）, 简称PCR，用来扩增DNA，该技术突破了分子克隆的技术瓶颈，让分子生物学的研究与应用都进入快车道。PCR技术刚一出现，一些考古研究人员就敏感地意识到，他们可以用这项技术从极少的古遗骸样品中扩增DNA，用于考古鉴定。瑞典Uppsala大学（德语的意思是“水果沙拉”）一个年轻的博士生， Svante Pääbo，在导师的支持下，成了第一个吃螃蟹的人，他声称从2400年前的木乃伊中克隆出了DNA。于是乎，这项技术迅速被传开，一时发现各种古生物遗骸或化石DNA的报道蜂拥而至，令大家亢奋不已，其中也有我们北大陈章良先生的杰作，声称从恐龙蛋中克隆出了恐龙基因片段。

稍微有些年龄的朋友可能还记得上个世纪90年代初陈章良搞的那个从恐龙蛋化石中克隆恐龙基因的项目，据说是时任科技部长宋健亲自批示，由基金委拨款50万。我们首先还是得佩服陈先生的敏锐，但是，他太急功近利了点，打着为国争光的旗号，却碰了一鼻子灰。

那场古生物DNA克隆热很快降温，成为一场笑话。不信，你试试和陈先生聊聊恐龙蛋，估计他得跟你急。为什么？后来发现，那些所谓克隆出来的片段，有些是环境微生物的基因片段，有些是说不清来源的基因，也就是说，可能都是污染信号。

有点分子生物学经验的人可能都明白，PCR反应对原始信号是个指数扩增放大反应，极其敏感，理论上可以检测到一个DNA分子片段！但是这里有一个信噪比的问题。古老DNA（如果还残存）和周围空气、尘埃中，甚至样品附着的尘土、微生物等来源的现存的新鲜DNA相比，无论数量上还是质量上都已无法比拟。信号完全淹没在噪音的海洋里，你看到的究竟是信号还是噪音？这也是出现一些荒唐结论的原因，比如“恐龙属于现代人，因为基因序列一样”。

这场失利对ＤＮＡ测序用于考古鉴定可是一个沉重的打击。大家总是以异常挑剔的眼光去评判，即使在领域内，就古生物遗骸能否进行DNA鉴定问题，很快就分成了水火不相容的两派。挺DNA派认为没问题，甚至可以作为常规；而反对一派则认为完全不可能，对待涉及DNA分析的论文，他们也百般挑剔，批评严厉，使其根本无法发表。认识上的对立不知不觉地演变成派别斗争，两排干脆连发表论文的杂志都分开了。

古生物遗骸中的DNA究竟能不能克隆和进行测定？ 这确实是个难题。生物学界的冷眼旁观，似乎普遍不看好。DNA就像两股绳子，主体骨架是由一个个5-碳糖通过磷酸二酯键连起来，每一个糖上带着个小挂件-碱基，两条链间的碱基一一对应互补，靠氢键维持配对关系。有分子生物学实验经验的人一般会感到，DNA相对还是比较稳定，我们提取的DNA可以溶液中放置数周，如果零下20℃可以保存数月到1年，如果出去水分，晾干保存，可以放置数年或更长（没有试过更长时间）。但是，实验室提取的DNA一般都经历一步酚:氯仿抽提（或萃取）过程，这两个有机溶剂都是强烈的蛋白变性溶剂，目的是将所有酶类灭活。这就容易理解为什么实验室提取的DNA那么稳定了，一是除掉了攻击它的的酶，二是除去水分。但即使是就这样，能放置几千年吗？没人知道。

在自然条件下，DNA可不是那么安全的。ＤＮＡ储存在细胞核内，生物体在死亡过程中，细胞会逐渐发生自溶，大量酶类如蛋白酶、DNA酶等释放，细胞的ＤＮＡ很快会被降解，即便是细胞没来得及自溶，但是天长日久，微生物进驻组织或细胞，就像寄居蟹一样，在哪里吃喝拉撒，生老病死，他们产生的蛋白酶也会把原细胞内的DNA破坏掉；另外，在高温和潮湿的条件下自身容易发生水解、断裂，因此，一般死亡的动物和人的遗体，DNA很难完整保存下来。当然，酶对DNA的破坏作用是需要水分，而且跟温度成正相关，如果能保证绝对干燥，或许能保存得相对时间长些。另外，在个别特殊情况，如在极端寒冷的情况下被冻死的人活动物，这些组织来源的DNA或许能避免降解，或发生的极其慢，或许还有机会测得其DNA序列。

但是，对于古埃及的木乃伊，似乎有些特殊。木乃伊的制作过程显然对DNA的保存十分有利。首先，在人死亡之后尸体周围加大量的天然的盐类，包括碳酸钠盐类，使尸体快速脱水、变干，减少DNA的降解，避免自发水解；然后干尸上覆盖一层防腐剂，外层再涂上厚厚的隔离才材料，主要由沥青、植物油和蜂蜡等，主要作用是防潮和防止空气氧化。上述涂抹材料都深深地渗入身体内部，组织都没染成了黑色，这些材料其实对尸体的DNA形成特殊的保护。当然，这还只是理论推测，究竟如何，要看实际结果。

挺DNA派的一些考古学家有股“咬定青山不放松”的劲，坚持不懈，想方设法寻找解决问题的办法，其中就包括那个第一个吃螃蟹的人：Svante Pääbo。当然，也有些彻底放弃了，如我们原北大的陈章良先生，在一片批评声中草草收场，回去做植物发育。此后，考古DNA测序也经历了沉沉浮浮、起起落落，此处不做细表。

经过了多方尝试，条件优化、方法改进，其实始终难以获得理想的结果，难逃对手激烈的批评。

事情的转机开始出现，这要归功与埃及官方批准的一项“图坦卡蒙（古埃及法老）研究项目”。在埃及大概到处都是木乃伊，质量不一，而这次供研究用的可是王家木乃伊，制作技术水平应该是最高的，保存也应该是更完好的。在于国际同行的合作参与下，对对公元前1400年左右古埃及法老图坦卡蒙和周边几个金字塔内其它的10名王室成员进行分析DNA指纹分析，当然也结合了其它常规的考古分析方法，推测出他们的亲属关系和可能的死因，论文发表在2010年《美国医学协会杂志》的发现专栏上。尽管做了严格的对照，甚至多方独立重复，但是，仍然难逃批评和质疑。批评的问题主要集中两点：1）不能排除是污染了现代人的DNA; 因为古埃及人的DNA和现代人没有多大区别。2）用的只是DNA指纹分析，给的信息太粗糙，不能说明问题。

事情出现真正的转机还是有赖于第二代测序技术的出现和及时应用。木乃伊保存得再完好，也不可能让DNA保存完整无损，就像我们马王堆出土的“帛”，其实已经脆弱不堪，很多已经是碎片了。常规测序需要基因片段达到一定大小，一般最佳的大小为600-800个核苷酸这么长，最低也要上百个核苷酸，显然古DNA标本满足不了这个要求。新一代测序技术对DNA长短要求减低了很多，只要大于35个核苷酸就可以; 另外,对DNA量的要求也比较低，整个基因组测下来，几个微克DNA就够了。新技术大大降低了DNA材料质量数量要求的门槛， 使得古DNA样品测序成为可能。

2010年，这项新技术终于在古DNA分析鉴定领域开花结果，古DNA测序这个“咒语”终于被破除。4000年前古爱基斯摩人的全基因组学列得到测定（Rasmussen, M. et al. Nature 463, 757-762 (2010).）；当年第一个吃螃蟹的人，Svante Pääbo博士，也率领他在德国马普所的进化考古团队成功测定了3万8千年前尼按特穴居人(Green, R. E. et al. Science 328, 710-722 (2010). 和南西伯利亚一个前所未知的新人种的全基因组序列（Reich, D. et al. Nature 468, 1053-1060.), 也终于以清晰和无可争辩的结果令对手无话可说，毕竟科学相信证据，即使有再强的立场,但在solid的科学证据面前还是不堪一击的。学术隔阂就像柏林墙一样顷刻倒塌。

对科学探索既要要求苛刻，也需要些宽容啊。

技术推动科学，技术弥合了分歧。

    好奇地问问，陈先生现在在哪里？(不需要回答^^)