古代DNA研究领域的平衡

有些历史故事是用墨水写的，有些则是用核苷酸碱基写的。古代DNA (aDNA)分析——对考古学或古生物标本的DNA进行研究——可能是科学家们最接近时间机器的方法——一扇通往过去的窗户。在这篇专题文章中，我们将探讨当我们透过这个窗口观察时，包容性和代表性如何成为关键考虑因素。

一个“光荣梦想”的实现

1984年，罗素·Higuchi博士——当时是日本科学院实验室的博士后研究员已故艾伦·威尔逊教授他是加州大学伯克利分校的一名研究人员研究通常被认为是aDNA研究的基础。至少，它是第一个学术账号这个领域的发展。研究人员从德国美因茨自然历史博物馆一只140岁的斑驴的干燥肌肉样本中提取了线粒体DNA (mtDNA)。斑驴(1883年灭绝)的进化史带有与斑马和马相似的身体特征;它和哪个关系更密切?Higuchi和他的团队成功地对两个短mtDNA序列进行了测序，证实斑驴确实与斑马关系更密切，而不是马。具体来说，它与数百万年前的山地斑马(被称为马属斑马)有着共同的祖先。

在一个附带的评论英国遗传学家Higuchi的论文亚历克·杰弗里斯爵士他表示，“任何希望通过研究化石DNA将分子生物学和古生物学融合成一个伟大的进化综合，看起来都不过是一个辉煌的梦想。”考虑到今天发表在文献中的aDNA研究数量不断增加，以及该领域最近赢得了诺贝尔奖2022年诺贝尔医学奖或生理学奖你可能会把杰弗里的保留理解为……悲观?然而，他谈到了提取和研究aDNA所面临的巨大挑战，包括DNA降解和外源性DNA污染。这需要引入聚合酶链反应(PCR)在20世纪80年代，并产生了深远的影响下一代测序技术(NGS)在随后的几十年里创造了我们今天看到的蓬勃发展的研究领域。

看来杰弗里斯的“光辉梦想”终于实现了。但它教会了我们什么?

从过去吸取教训

自Higuchi及其同事发表斑驴论文以来，已经过去了近40年。在此期间，aDNA研究的广度和范围呈指数级增长。来自考古样本的DNA有助于重建人类物种的进化史;尼安德特人基因组的初稿测序斯万特教授Pääbo -被称为“aDNA的Dark Lord2010年被一些人和同事发现。从那时起，人类家族树的新分支已经被确定，比如丹尼索瓦人．对我们部分祖先DNA密码的了解甚至有助于理解为什么有些人更容易患上某些疾病，像COVID-19，比其他人。

aDNA，从被埋葬在刻有“瘟疫”字样的坟墓中的人的牙齿中提取出来，揭示了黑死病的起源．黑死病的爆发在短短七年内夺走了欧亚大陆西部50% - 60%的人口，现在人们认为黑死病的“发源点”位于更广阔的天山地区，这是横跨中国和吉尔吉斯斯坦边境的一个令人印象深刻的山脉系统。成功测序长毛象（猛犸象属primigenius）基因组甚至有了前景“复活”灭绝的物种在基因工程的帮助下，一个看似合理的现实。

回顾过去可能会为科学家提供线索，让他们知道如何应对我们的星球尚未面临的不可避免的挑战，比如全球变暖的影响。在2022年底，a研究发表在自然概述了从格陵兰岛北部一个被称为København组的地质陆点收集的粘土和石英样本中获得的aDNA的发现和分析。这项工作发现了一个200万年的生态系统，一个经受住了极端温度的生态系统。这样的气候需要生活在环境中的生物适应才能生存。“基因工程有可能(被用来)模仿200万年前植物和树木发展出的策略，以在气温上升的气候中生存，并防止一些物种、植物和树木的灭绝，”教授说库尔特Kjær在哥本哈根大学的地质学专家,以及该研究的作者之一说．“这是这一科学进步如此重要的原因之一，因为它可以揭示如何试图抵消全球变暖的毁灭性影响。”

“虽然大多数古代DNA研究都集中在大图景、好奇心驱动或‘蓝天’问题上，但人们越来越认识到，古代DNA可以用于科学的更多应用方面。”- 尼古拉斯·罗伦斯博士 ， 奥塔哥大学古遗传学实验室主任在2021年发表的一篇社论中写道生态学与进化前沿“，”

年复一年，最古老的DNA被恢复和测序的记录被打破。该领域的综合评论，如Orlando等人的古代DNA分析，提供超出本文范围的工作的进一步阅读。然而，随着对aDNA研究的不断发展，有更广泛的社会问题正在被探索，有理由更广泛地包容、平等和尊重土著社区及其口述历史bet188真人越来越响亮．教授María德尔卡门Ávila阿科斯 ，他领导国际人类基因组研究实验室(LIIGH)是支持可持续实践的研究人员之一。

挑战在全球遗传变异目录中的代表性不足

在她最初对aDNA的兴趣被早期尼安德特人DNA论文激起后，Ávila Arcos观察到很大一部分遗传学研究集中在欧洲或欧洲血统的人群上。不幸的是，这个问题并不局限于aDNA字段的边界。近几十年来，对增加基因组学研究多样性的呼吁越来越多。在现代医学中，基因组学研究通常用于告知疾病风险、进展和治疗。然而，在响应这些呼吁方面取得了进展批评．

Ávila Arcos选择用她的时间和精力来平衡这个领域的不平衡。在LIIGH，她研究小组结合古代和现代人口的DNA，探索了未被研究人口的遗传历史，特别是土著和非裔墨西哥人。她解释说，在这种情况下对aDNA的研究对于了解墨西哥的殖民历史，以及为当今人口提供有关他们遗传背景的知识具有重要意义。

16年期间^th世纪，西班牙人Hernán Cortés在“conquistadores”(西班牙语为“征服者”的意思)的陪同下，登陆了墨西哥湾的韦拉克鲁斯海岸。Cortés前往阿兹特克的首都Tenochtitlán(现在的墨西哥城)，最终殖民了这个地区并宣称阿兹特克帝国为西班牙，并将其命名为“Nueva España”——“新西班牙”。随之而来的是数百年的人类苦难。对土著居民的影响是毁灭性的。欧洲殖民不仅通过暴力和流离失所造成了极端的屠杀，而且还引入了致命的流行病。它是建议土著居民对“旧世界”疾病的易感性甚至可能促成了对欧洲的征服。

在一些地区，高达90%的土著人口消失了，Ávila Arcos解释说:“土著人口规模的急剧减少减少了土著人口的遗传多样性，我们今天在今天的人口中观察到的只是500多年前存在的人口的一小部分。”

“为了准确地了解殖民之前存在的遗传多样性的数量，以及这是如何随着时间的推移而变化的——导致了今天土著人口(以及混合的墨西哥人)的遗传——我们可以利用aDNA的力量。”

殖民的进一步负面后果——疾病

Ávila Arcos还利用aDNA分析来了解墨西哥跨大西洋奴隶贸易的遗传遗产。在殖民时期，数百万来自非洲西海岸的人被奴役并被迫在美洲做劳工。“几个世纪以来，被奴役的非洲人对我们国家建设的贡献一直被忽视，这导致了墨西哥过去和现在的非洲后裔被抹去，”Ávila Arcos说。“今天，一些社会运动要求承认非洲后裔对我们的历史和现在的贡献。”

这项正在进行的研究被称为"非洲-墨西哥基因组计划"-成立于九年前，并得到了斯坦福大学(Ávila Arcos在那里完成了她的博士后研究)和墨西哥国立自治大学(UNAM)的支持。Ávila Arcos解释说:“它开始于对了解更多关于非洲基因对我们基因库的遗传贡献的真正兴趣，也来自于令人沮丧的意识到，系统和制度的努力从墨西哥是完全土著和欧洲混合的产物的理想化叙事中抹去非洲后裔。”

该项目团队与来自墨西哥太平洋海岸(称为哥斯达黎加和韦拉克鲁斯地区)的非洲裔bet188真人社区合作，对300多名参与者唾液中提取的DNA进行测序，并对他们进行基因分型。她解释说:“与此同时，我们启动了一个项目，从很可能是非洲血统的个体样本中提取aDNA的基因特征，可以追溯到墨西哥的早期殖民时期。”虽然这项研究还没有发表，Ávila Arcos说，他们目前的数据首次显示了来自哥斯达黎加和韦拉克鲁斯的非洲后裔中现代非洲人口共享的遗传变异的程度。她解释说:“我们在科斯塔奇卡观察到的值高于韦拉克鲁斯，并且已经能够提出这种非洲遗传成分的可能起源地在非洲。”

“我们工作背后的一个重要动机是墨西哥人，特别是土著和非洲裔墨西哥人在全球遗传变异目录中的代表性不足，这剥夺了他们对其遗传历史和潜在有益发现的知识，”- Ávila Arcos。

理解哪一个病毒可能导致了土著人口的大规模死亡是aDNA的另一个重要应用Ávila Arcos。她的团队提取和浓缩病毒DNA来自于在今天墨西哥城的万人坑中发现的骨骼残骸，可以追溯到16世纪^th世纪。aDNA分析在这方面的应用被称为paleovirology这有助于研究小组了解这段时期的病原体生物学和传播。“从aDNA中获得的一个显著发现是，一些非洲出生的人——他们可能是在跨大西洋奴隶贸易的强迫下被带到新西班牙的——携带了一些病毒:乙型肝炎和人类细小病毒B19，这些病毒也可能来自非洲。”Ávila Arcos解释道。“这暗示一些病原体流传在殖民时期有一个非洲起源、高亮显示额外的负面影响,欧洲殖民土著和非洲人口”。

向非洲-墨西哥基因组学项目的参与者返回遗传血统结果。图源:Pavel Galeana．

朝向可持续的aDNA研究

Ávila阿科斯希望她的作品的影响“带来了我们丰富多样的过去和现在的视角，以及为历史上受压迫的人群提供公平待遇的必要性。”她强调说:“我也希望它能揭示aDNA在研究我们生物学过去的许多方面所具有的巨大潜力。墨西哥作为一个超级多样化的国家，有着非常有趣的自然历史，aDNA可以帮助我们用时间透镜来研究它。”

然而，要想让这片土地变得公平并不是一件简单的事情。她的实验室——以及任何从事aDNA分析的科学家的工作——要考虑的一个问题是小心翼翼地处理古代材料。aDNA分析需要销毁不可替代的古人类样本，Ávila Arcos不会轻易承担这一责任:“在墨西哥，考古遗迹被视为国家遗产。他们的破坏性分析应该有充分的理由，并以负责任和道德的方式进行，”她说。沉积aDNA (sedaDNA)的测序能力可能在未来提供一个解决方案。“我们才刚刚开始意识到，土壤是整个古代生态系统的一个巨大的DNA库，它也为研究古代人类提供了很大的希望。我认为未来将会有更多的关注sedaDNA来研究我们的人口历史。”Ávila Arcos补充说:“最好的部分是，我们不会仅仅依赖于对珍贵的人类样本进行破坏性分析来做到这一点!”

Ávila Arcos博士向来自韦拉克鲁斯州的参与者解释了遗传血统结果。图源:Pavel Galeana

Ávila阿科斯的作品也带有沉重的伦理意义——她处理的话题非常敏感，对历史的深入研究无疑会影响当今人群。“我们需要非常小心地展示和讨论我们的结果。我们总是非常小心，不让破坏性的叙事或歧视延续下去，”她说。与同事们一起，Ávila Arcos发表了一篇透视文章在基因组学前沿，概述了全球南方可持续aDNA研究的建议。这个词通常用来形容低收入国家，包括那些历史上受殖民主义压迫的国家。

该团队表示，媒体对aDNA研究的吸引力，加上这项工作在“高影响力”期刊上发表的趋势，正在推动与当地研究人员和适当社区进行有限或根本没有接触的人类祖先遗骸的收集。bet188真人

Gabriel Renaud博士，丹麦技术大学(DTU)副教授谁的研究兴趣围绕aDNA测序和人口基因组学-对这一领域的挑战提出了他的想法:“关于拥有10个左右的大型古代DNA实验室的讨论，主要是在富裕国家发现的，使用来自不太富裕国家的材料，并在著名期刊上发表文章，讲述文化的历史-他们通常只是模糊的熟悉-是一部我们已经看了一遍又一遍的电影。它散发着19世纪‘考古学’的味道，”他说。

Renaud补充说:“我们需要在两种情况之间取得适当的平衡:一是回馈不太富裕的国家，特别是回馈提供专业知识的当地科学家;二是在讲述遭受种族灭绝或殖民统治的边缘化人群的故事时需要谨慎，二是想要做正确事情的第一世界科学家。”

关于aDNA的伦理实践的许多讨论和辩论都源于土著居民声称尊重他们祖先的遗骸和尊重他们的口述历史，Ávila Arcos说:“许多研究(一些源于雷诺提到的大型实验室)发表的论文没有与土著社区进行适当的协商，也没有将他们纳入讨论，甚至检查他们的发现是否与他们的口述相冲突。”bet188真人她补充说，考虑到虐待、剥削和边缘化的暴力殖民历史，将土著的声音最小化是历史损害的进一步延续。

我们如何达到雷诺提出的平衡?作者提出了全球南方aDNA研究的“全球”方法Ávila Arcos和同事在他们的前沿他们写道:“这将需要应用可持续性和正义的全球前提，并保持对科学殖民主义、榨取主义和全球北方研究人员对全球南方国家的其他形式的剥削所造成的历史伤害的认识。”“我认为我的土著同事在强调这些问题方面做得很好，”Ávila Arcos说。然而，他们争取可持续做法的斗争远未结束。

这个挑战是研究的一部分，不分心

本月早些时候，一则评论是发表在人类遗传学与基因组学(HGG)进展科瓦尔等人。这篇文章是对指导方针的回应共享自然关于Alpaslan-Roodenberg等人在2021年发表的“人类遗骸DNA研究的伦理”。根据自然在论文中，这些指导方针是一个广泛共识的高潮，即aDNA研究需要全球适用的伦理指导方针，但最近的建议并不能在全球推广。

然而，科瓦尔等人认为，“这些指导方针没有充分考虑社区利益相关者的利益，包括后代社区和与祖先有潜在但尚未建立联系的社区。”bet188真人的HGG评论强调了三个问题:“科学”和“社区”问题的分离，对开放数据的承诺“忽视了土著数据主权的原则”，以及不咨询与祖先建立或潜在联系的社区的潜在风险。bet188真人

“在许多南半球国家，aDNA研究的土著咨询仍然不是一个标准。因此，我们强调有必要为土著科学家和利益相关者开放空间，讨论这些紧迫的问题，”Ávila Arcos说。

这些开放空间包括在美国、加拿大、澳大利亚和新西兰举办的SING(基因组学土著人民暑期实习)联盟讲习班。唱歌是“与领导人合作，改变土著基因组学的叙述”，Ávila Arcos为最近在墨西哥瓦哈卡举行的联盟感到自豪:“其中一场辩论是墨西哥背景下的伦理aDNA研究。我很高兴地听到土著和非洲裔学生参加了研讨会。他们才是真正需要领导这些讨论的人。我希望把这些讨论中获得的一些知识融入到我未来的研究中。”

Kowal等人强调，aDNA研究人员不能只关注法律上必要的最低限度的研究实践。相反，aDNA的科学家必须带头努力，确保全球各地的社区被识别出来，并“参与影响他们的研究”。bet188真人他们承认这项任务并非没有挑战——尽管如此，“我们的方法与Alpaslan-Roodenberg等人的方法之间的关键区别在于，我们将这些挑战视为研究的一部分，而不是对科学努力的干扰，”他们写道。

Ávila Arcos总结道:“我想象在未来，有资源的aDNA实验室和当地研究小组之间的合作将更加横向和互利。”

本文最初发表于第22期《科学观察者》．