【冰天雪地】在凍層中尋找古生命基因

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■ 在人類開始進行基因序列工作後，找尋古老人類基因的研究也有了突破。這個因一位丹麥演化生物學家鍥而不捨努力而完成的工作，將給人類的演化和遷徙帶來新的透視。?

　　威勒雷夫（Eske Willerslev）只想拿到人體的一小部分：幾根頭髮、一塊骨頭、一顆牙齒都好。

　　為此，二○○六年這位丹麥演化生物學家前往格陵蘭最偏遠的北方凍原，然而抵達諾德軍事基地後才得知，原本要載運他的團隊前往考古遺址的那架直升機，已在風暴中墜毀，他並不退縮，決定搭乘另一架飛機前往當地，此後六個禮拜，他們不斷搜尋人類遺跡，可惜始終無所獲。

　　但是兩年後，威勒雷夫在丹麥自然歷史博物館地下室裡，便找到他所需的毛髮，那不過離他哥本哈根的實驗室十分鐘自行車程。這撮二十年前取自永凍層的毛髮，讓他們發現第一組完整的古人類基因組，這這資料來自四千年前古愛斯基摩人，可溯源至北極圈附近的西伯利亞地區。

　　不到十年前，人類才解開第一個活人基因組，而古DNA領域也還在努力去除樣本內的污染物，因此這項成就就更為顯著，讓威勒雷夫因取得史前基因組而聲名大噪，與他一同合作的演化生物學家吉伯特（Thomas Gilbert）表示，「在此計畫之前，我從未完全感受到威勒雷夫意志多麼堅強，現在若他想練習水上輕功，我也覺得他或許會成功」。

　　自然歷史博物館館長梅嘉德（Morten Meldgaard）亦認為，「威勒雷夫總能帶來無比樂趣，他會把事物帶至另一層次」。

　　對比古愛斯基摩人基因序列與現代北極圈人類基因組，研究團體發現這個樣本來自薩卡克文化（Saqqaq）的男性，這也是格陵蘭地區已知第一個文化。就基因特徵而言，薩卡克文化與西伯利亞的處克其族（Chukchi）最相近，大約五千五百年前，薩卡克文化的祖先自西伯利亞向東穿越阿拉斯加、加拿大至格陵蘭，大約於一千五百年後定居當地。這個基因組解開薩卡克文化起源爭議，顯示與現今格陵蘭伊努特族（Inuit）及北美原住民根源相異，這撮毛髮的基因組亦顯示，該名男性膚色深、棕眼、可能快要禿頭。

　　全球只有少數實驗室試圖從骨頭、牙齒或排泄物化石中取得古代基因組，不過這五年來，威勒雷夫及他主持的研究中心已成為此一範疇的領袖。

　　二○○三年，威勒雷夫於永凍層冰核內，發現當時已知最古老的DNA，包括四十萬前至一萬年前的猛瑪象、美洲野牛等動植物序列；二○○七年，研究團隊從冰核內取得的DNA中，重建據估計在四十五萬至八十萬年前的古代動植物，顯示當時格陵蘭是一片綠色森林；隔年，他和研究團隊在奧勒岡州的佩斯利洞穴（Paisley Caves）裡，從人類排泄物化石裡發現DNA，當地據信為北美人類最早居住的地點，大約於一萬二千三百年前便已出現人類活動跡象。

　　目前為止最大困難，在於如何找出約30億對破碎的古代人類基因組，並證明並未受到現代人類DNA影響，關鍵在於威勒雷夫對技術嚴格要求，並願意前往極地追尋原始DNA，最佳保存地點通常都在冰雪低溫之中，才能夠避免受到污染，而威勒雷夫的個人背景也有助益。

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?冰凍特技

　　威勒雷夫幼時便時常有機會四處遊歷，父親在哥本哈根大學擔任史學教授，會帶著他與雙胞胎兄弟拉尼（Rane Willerslev）出門研究十九世紀瑞典移民，兩兄弟夏季也會前往瑞典森林裡的度假小屋，現為民族誌學者的拉尼回憶道，「我們什麼事都一起做，總是在競爭」。

　　一九九三年，兩兄弟參加西伯利亞東部的化石採集旅行，後來更在冬季，與俄國捕獸人同行五個月，期間威勒雷夫使用狗拉雪橇行動、獵糜鹿、設陷阱、取貂皮，他回憶，「那年離聖誕節還有好幾週，我便已身心俱疲，我本不覺得這段經歷有助於科學研究工作，但確實有效果，教育我如何挑戰身心極限，我的工作時間比同事還長一倍」。

　　威勒雷夫將這股鬥志應用於學術工作之中，他在哥本哈根大學唸碩士與博士期間，便研究是否可能從極圈冰核與永凍層中，汲取古代DNA，之後亦於二○○三年前往英國牛津大學，加入古DNA領域知名學家庫柏（Alan Cooper）的實驗室。

　　二○○五年，威勒雷夫回到哥本哈根，成立丹麥的第一個古DNA實驗室，逐漸發展為地質基因學中心，一年前，丹麥國家研究基金會頒發九百萬美元的卓越獎金給他，再加上四百五十萬美元經費擴充中心設備。

　　威勒雷夫不斷努力，希望找到不受污染的研究素材，他遍尋國內外的有用古代樣本，正是因為在意污染，故研究團隊願意冒險前往格陵蘭北部，期望能抵達現代考古學家未曾涉足之處。

　　他們最後取得的毛髮樣本，是在一九八六年格陵蘭迪斯柯灣（Disko Bay）西岸發現，梅嘉德的父親在此進行考古探勘，樣本置於盒中以室溫保存，也未經太多處理，威勒雷夫表示，相較於骨骼與牙齒，從毛髮更容易取得古代原始DNA，因為毛髮比較不會吸收污染物，表面也比較容易清潔。

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保存良好?

　　取得毛髮後不久，研究團隊便分析出線粒體基因組大約一萬六千個鹼基對，並於二○○八年發表。通常從古代樣本裡較易找到線粒體DNA，因為數量比較多，也比細胞核裡的DNA更易保存，不過永凍層也為這個樣本留存大量細胞核DNA，威勒雷夫指出，「研究發表後約三星期，我正在半夜工作，突然覺得，其實我們可以發現整個基因組」。

　　為防止污染，論文共同作者加州大學柏克萊的尼爾森（Rasmus Nielsen）為這些DNA都加上如標籤般的序列，以有別於零星出現的現代人類DNA，基因組序列工作於去年花費兩個半月及五十萬美元完成，並與北京基因組研究所合作，因為該機構共有一百二十台最新型序列機器，這項合作後來也促成北京基因組研究所成立了中國丹麥基因體中心。

　　至去年夏天為止，研究團隊分析出的古代基因組已是平均值的十倍，相當於人類基因體計畫的規模。但之後卻發現資料裡包括部分加工序列，吉伯特表示，「一般人也許對這個規模感到高興，但威勒雷夫更希望提升品質」，經過改良及重新排序後，基因組規模已達平均值的二十倍，這種嚴格標準確保古今基因序列的差異確實是差異，而不只是排序錯誤或受污染的DNA。

　　為找到古代人類起源，研究團隊必須對比這個樣本與現存人口的序列，例如尋求愛沙尼亞的人口基因學家維勒姆（Richard Villems）協助，他研究全球移民，儲存許多人類樣本，維勒姆表示，「古代人類提供許多地理脈絡，對我們雙方都很重要」。

　　威勒雷夫接下來也要再次出發，打算在今年夏天重返格陵蘭，尋找更多人類DNA，也希望探究北極圈更廣泛的人口遷徙情況，更準備好接受下一個技術挑戰，他表示，「我希望使用非冰凍樣本分析完整古代基因組」，也將會面臨到更多污染問題。

　　先前也曾向威勒雷夫求助的美國奧勒岡大學考古學家詹金斯（Dennis Jenkins），與多數人一樣對威勒雷夫很有信心，「威勒雷夫是這項領域最佳研究者，只要給他樣本，肯定能得到結果」。?

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原載於【知識通訊評論月刊八十九期】2010.03.01?

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