前言
其實我們生存的地球區域，主要部分也就是地殼的表層區域。正是在這厚度不大的土層上（平均厚度17km），自然界的各種生物更迭繁衍，一代一代的人類文明也在時間這個永不停息的軸線上，你方唱罷我登場，這樣不斷地累積下來，在地殼表層的沉積物中，就慢慢彙集了不同年代人類文明的遺蹟，以及各種動植物的遺骸（包括人類化石）。所有這些變遷的痕跡，都儲存在一層一層的泥土中。可以說，地殼表層的這些沉積物，是我們地球文明的歷史記憶體。
因此，考古行業也是在這片土地上做文章的，我們透過文明的遺蹟分析一代代人類歷史的演變，我們透過一層層土層中的動植物的變遷，去認識地球氣候、動植物種類的進化繁衍。
但是隨著一種技術的進步和普及——DNA分析技術，帶給了我們新的技術手段，可以從新的視角，在這片土層中發現更多更豐富的資訊——除了動植物遺骸外，土層中的沉積物還可能含有古老生物的DNA分子，我們利用分析技術，可以提取這些DNA分子並用於分析生活在不同年代地球的物種。
DNA技術在考古領域的新進展，為研究過去人類群體的地理分佈、時間和行為提供了令人興奮的機會。最近，科學家們利用從沉積物中提取DNA，並進行分析的技術，對西伯利亞南部的傑尼索瓦洞穴的沉積物DNA進行了分析，結果呈現了曾經生活在那裡的兩個現已滅絕的人類群體——尼安德特人和傑尼索瓦人的進化歷史。
尼安德特穴居人復原圖
從沉積物DNA中獲得線索的可能性也很重要，因為人類遺骸（骨頭和牙齒）很少儲存在考古遺址中。相關的新研究發表在《美國國家科學院院刊》上，在微觀尺度上揭示了考古沉積物中DNA的確切來源。
地球歷史的密碼——分佈泥土中的DNA
在本次利用DNA技術對沉積物分析的研究中，從分佈在歐洲、亞洲、非洲和北美的13個考古遺址收集了各類沉積物，透過樹脂浸泡後提取了其中隱藏的古代DNA。利用這些不同區域的DNA分析，我們識別出多種哺乳動物的DNA，其中也包括了傑尼索瓦洞穴中的尼安德特人DNA。
這些沉積物樣本一共有47個，從其中的23箇中提取到了古代DNA，其中包括了來自俄羅斯、德國、法國和土耳其的樣本，但沒有從以色列、摩洛哥、南非或美國的遺址中採集到。
究其原因，也可能與環境條件有關。因為DNA的存活取決於環境條件的複雜相互作用，包括溫度、溼度和土壤成分，因此通常在寒冷乾燥的環境中儲存得比在沙漠或熱帶地區好得多。
儘管DNA可以在有利的條件下在沉積物中儲存數萬年時間（也就是說我們有機會去分析更早時期的地球歷史），然而，對於DNA在土層中的定位年代卻是一個複雜的問題，因為它們是否可以透過水在不同深度土層之間運動，這需要深入分析，因為這個問題顯然會影響我們對與時間相關的進一步分析——在考古學研究中，知道一件證據被發現的確切位置至關重要。沉積層是經過數千年才形成的，因此如果DNA分子進入更老或更年輕的沉積層，那麼我們對其所處年代的估計可能會超過數千年。
開展試驗確定DNA在土層間運動的可能性
為了研究DNA分子是否確實有可能透過水從一個考古層運送到另一個考古層，本項研究觀察了洞穴中的沉積物樣本，將樹脂浸泡過的洞穴沉積物塊切成薄片，用於顯微成像和分析，並功地從石塊中提取了DNA。
這些土塊最初被收集並放置在硬化樹脂中，以幫助瞭解考古遺址是如何形成的。但從這些樣本中新發現和提取的古代DNA為探索過去的歷史開闢了新的可能性。
傑尼索瓦洞穴的一塊樹脂浸透的沉積岩，含有骨頭、石頭和糞便化石
利用牙鑽在沉澱物切片上鑽了一個小孔，透過試驗去發現含有古代DNA的粉末。在樣本中，古代DNA集中在毫米大小的粉粒中。透過更好地瞭解DNA在沉積物中的儲存位置，我們現在知道在未來的研究中應該針對哪些微觀特徵。
在傑尼索瓦洞穴的沉積岩塊中鑽孔（下圖，圓圈表示樣本大小），從中提取的古代哺乳動物DNA。圖中5和16發現了尼安德特人的DNA。
樹脂硬化的沉積物塊隨著時間的推移非常穩定，不太可能受到其他DNA來源的汙染，例如來自當今人類的現代DNA。在世界各地的考古學儲藏室中都能找到樹脂浸泡過的沉積物塊，為我們提供了大量未開發的關於古代人類種群和生活在它們旁邊的動植物的線索。
實驗室開挖
因為新冠病毒的肆虐，所以現場考古活動受到了限制，所以目前也有一個相對妥協的或者說是新的方法——也可能帶來一個“科學挖掘”的新時代——在實驗室內而不是野外進行相關土層的考古分析。
這一方式對取樣後的沉積物塊體進行詳細分析可以減少前往偏遠地點的需要。同時，這也是一項費用和環境成本非常高方法，在當前的大流行期間，它變得更加具有挑戰性。但是，透過相關技術查明沉積物中DNA的來源將有助於我們完善對地球歷史的認識，特別是對於缺乏古代骨骼和牙齒的遺址，將提供非常有用的資訊。
引用
Digging deep: DNA molecules in ancient dirt offer a treasure trove of clues to our past
