众所周知，DNA是遗传信息的载体，通过对古代人类化石中DNA的提取可以有效地研究人类的演化和迁徙过程，是现代考古学中至关重要的一环。然而，很多读者经常会产生疑问，距离现在几十万前的人类化石为何仍然存在可以被提取的DNA？科学家又是如何从化石中提取出DNA的呢？

DNA

今天就来跟大家聊一聊关于化石中DNA提取的方法。

为什么化石中仍然存在DNA？

当人死亡之后，身体的生理机能全部停止，细胞中的酶会开始分解DNA主链的组成物质——核苷酸之间的连接，而环境中的微生物的存在也会加快分解的速度。不过，连接分解最主要的影响因素是水分。由于人体掩埋的土壤环境中，水分几乎无处不在，因此埋在地下的骨骼中的DNA会以一个特定的速度衰解。

那么DNA的衰变周期是多长呢？哥本哈根大学的研究人员通过对158块含有DNA的腿骨进行检测之后，确定DNA的半衰期为521年。换句话说，在人体死亡的521年之后，骨骼中一半的“核苷酸连接”会被破坏；再过521年，剩下一半中的一半又会被断掉；以此类推，直到全部断掉为止。

古代人类遗骨

在最理想的状态下，如果人体的骨骼可以保存在负五摄氏度的温度下，骨骼中的DNA直到680万年之后，才会被全部破坏掉。但在真实的环境中，不同的温度和水分，微生物的破坏以及其它不可控因素的影响，骨骼中DNA序列在经过大约150万年以后就已经很难被提取出来。即使某些片段被提取，也会因为含有的遗传信息太少而不具参考价值。

如何提取化石中的DNA？

DNA提取流程

目前，最常用的方法是二氧化硅萃取法，该方法是基于DNA分子在二氧化硅上的吸附作用。通过在化石中取出少量的骨粉，然后溶解在含有二氧化硅的特定溶剂中进行离心，骨粉中的DNA就会被吸附在二氧化硅上。

二氧化硅萃取法具有快速简便、可扩展、 易于实施等优点，但缺点是对于不同的样品，需要使用不同的添加剂。比如，当提取的对象是骨骼和牙齿时，需要在萃取溶液中加入大量的EDTA（乙二胺四乙酸），它可以溶解骨和牙齿样品种特有的羟基磷灰石基质；而对于粪便等样品，则需要添加PTB，它会与DNA交联从何提取DNA。

聚合酶链式反应

除此之外，聚合酶链式反应（PCR）也是古人类DNA提取中常用的方法，它是利用细胞中的DNA聚合酶对DNA片段进行提取。

古代人类DNA提取的研究进展

斯文特·帕玻

德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的斯文特·帕玻是古人类DNA提取研究的奠基人，在1985年的时候，他就曾尝试克隆出一个距今两千多年的木乃伊中的DNA。1997 年他带领的研究团队，从尼安德特人的骨骼化石成功提取出了线粒体DNA。虽然线粒体DNA不像细胞核DNA那样含有丰富的遗传信息，但通过将其线粒体DNA与现代人的进行比较，仍然证实了尼安德特人并非人类的祖先。

尽管古代人类骨骼DNA提取技术还需要不断的发展和完善，但它已经成为目前研究古人类演化最有说服力的重要手段。近几年来，通过与国外先进实验室的合作以及国内科学家的不懈努力，中国在古人类DNA的提取技术上也有了长足的进展。通过在我国境内发掘出的古人类化石（尤其是20万年以内的化石）中提取出DNA，可以有效地帮助我们了解中国古代人类的历史进程。

参考文献：

[1]Rohland, Nadin, et al. "Extraction of highly degraded DNA from ancient bones, teeth and sediments for high-throughput sequencing." Nature protocols 13.11 (2018): 2447.