考古学家恨古基因组学（以及爱它）的理由

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原文以Divided by DNA: The uneasy relationship between archaeology and ancient genomics为标题

发布在2018年3月28日的《自然》新闻特写上 [本文来自：www.11jj.com]

原文作者：Ewen Callaway

在一场技术革命面前，这两门学科正努力调和它们对于人类过去的看法。

巨石阵以北三十公里，穿过地势起伏的英格兰西南乡间，矗立着一扇不那么有名的通向新石器时代英国的窗口。那就是西肯尼特长冢（West Kennet long barrow），一处由早期农业社群在公元前3600年左右建造的坟堆，它有五个装饰着巨型石板的墓室。起初，长冢只是为三十余名男性、女性和孩童而设立的一个墓穴，可人们在那之后的一千多年里仍然继续拜访它，还在墓室里留下诸如陶器和珠子之类的物品——被认为是他们献给祖先或是神灵的祭品。

西肯尼特长冢被用作墓穴和祭典场所已经有超过一千年的历史了。

来源：Robert Harvey/自然世界摄影

这些文物为人们了解长冢的访客以及他们与外界的联系提供了一种视角。其中陶器样式的改变有时和遥远的欧洲大陆上发生的变化趋势相类似，例如钟形大口杯的出现，这样的联系标志着可能有新的人类族群携他们的文化登陆了英国。但是许多考古学家认为这类物质上的转变只是在一个大致稳定的人类文化里发生的小插曲，该文化依然秉承自身传统，代代延续下去。

来自爱尔兰都柏林大学学院的Neil Carlin是研究爱尔兰及英国从新石器到红铜再到青铜时代演变的学者，他认为：“人们做事的方式始终是一致的，只是物质文化不同，即使用不一样的陶罐。” 

但是从去年开始流传的一些报告似乎挑战了这幅稳定的图景。有一项研究分析了170名古代欧洲人的全基因组数据（其中100名与钟形大口杯文化相关），结果显示建造长冢并在那里埋葬死者的人类族群到公元前2000年就已经几乎全部消亡了。根据这项研究，新石器时代英国人的遗传系谱几乎被完全置换了，可不知出于什么原因，新来者继承了英国人的许多传统。“我觉得那说不通。”Carlin说。他很难把自己的研究成果与来自DNA的新发现统一起来。

这颗研究钟形大口杯文化的“重磅炸弹”发表在了今年2月的《自然》杂志上，并且加入了230多个新的样本，这使它成为了有记载的规模最大的古基因组研究。然而它也只是遗传学对于考古学所产生的颠覆性影响的一个最新例子罢了。自从2010年第一个古人类基因组被完整测序以来，研究者们已经积累了超过1300个个体的相关数据（详见“古基因组”一图），并用它们来帮助解答农业的起源、语言的传播以及陶器样式的消失——这些都是考古学家们孜孜不倦研究了几十年的学术问题。

一部分考古学家对新技术带来的可能性感到欣喜若狂。古DNA研究为他们的工作注入了生机和惊喜，而且他们现在可以开展一些过去无法想像的深入调查，例如对埋身于某一处坟地的每一个个体都进行基因组测序。然而，另一部分考古学家则显得更为谨慎。

“我们之中有一半人认为古DNA可以解决一切问题，而另一半人则认为它出自于恶魔之手。”来自慕尼黑大学的考古学家Philipp Stockhammer打趣道。几年前，一家为打通考古学和遗传学研究而设的研究机构在德国诞生，Stockhammer与该机构的遗传学家和分子生物学家展开了密切合作。他认为DNA技术并非万灵药，但若完全无视它，将是考古学家自己的损失。

尽管如此，仍有一些考古学家担心分子手段会把考古领域讲究的细节劫掠殆尽。他们认为过于笼统的DNA研究对生物和文化之间的关联做出了没有根据甚至是危险的假设，这使得他们忧心忡忡。“古DNA研究者给人的印象是他们已经找到了一切问题的答案。”英国剑桥大学的考古学家Marc Vander Linden说道，“那有点让人不爽。”

这并不是考古学家第一次不得不与变革性技术正面交锋。“现今的史前研究正处于危机之中。”同样来自剑桥的考古学家Colin Renfrew在他1973年的《文明之前》一书中是这样描述放射性碳测年带来的影响的。在20世纪40、50年代的化学家和物理学家开发出这项技术之前，史前史学家采用“相对年代法”来判定遗址年份，有时甚至要依靠古埃及历法和有关来自近东地区的思想传播的错误假设。“很大一部分史前史，包括那些白纸黑字印在教科书上面的，都存在不足：而其中一些根本就是错误的。”Renfrew当时是这样推测的。

转变并不容易——早期的碳测年有着数百年乃至更大的误差——但来自瑞典哥德堡大学的青铜时代研究者Kristian Kristiansen认为，这项技术最终可以让考古学家把自己从测定骨骼和文物的年份中解放出来，从而专注于研究它们意味着什么。“突然之间，我们多出了一大把时间可以用来思索史前社会及其组织方式。”Kristiansen认为现在古DNA技术也提供了一模一样的契机，而他自己也成为了考古领域内为它摇旗呐喊的急先锋之一。

遗传学与考古学同床异梦已经有30多年的历史了——发表于1985年的第一篇关于古人类DNA的论文报告了来自一具埃及木乃伊的基因序列（现在认为存在污染）。而测序技术在2005-2010年间的进步使得两个学科终于发展到了水火难容的地步。

2010年，在丹麦自然历史博物馆的Eske Willerslev的带领下，一支科学家团队使用来自一名4000年前格陵兰岛原住民的毛发DNA生成了第一个完整的古人类基因组序列。Kristiansen觉得自己看到了学科的未来，于是邀请Willerslev一起参与欧洲研究..（ERC）一项声名卓著的资助项目。这笔经费将可以让他们研究约4000-5000年前新石器时代晚期逐渐过渡到青铜时代这段时间的人类流动性。 

关联问题

人类迁移一直以来都是考古学家之间争论产生的一个主要来源。他们连篇累牍地辩论究竟是人类的迁移导致了考古记录里的文化改变，例如钟形大口杯现象，还是仅仅是思想通过文化交流传播到了另一个地区。藉由相关文物划分不同的人类族群的做法现在被看作是科学殖民主义的历史残留，即一种强加的人为分类。常言道：“罐子就是罐子，而不是人。”

大多数考古学家都已经摒弃了把史前史视为游戏《战国风云》（Risk）翻版的观点。在《战国风云》里，同类文化群体席卷全球，征服世界。在他们中间取而代之的是一种致力于理解少数几个古代遗址以及当地居民生活状况的研究倾向。英国伦敦自然历史博物馆的生物考古学家Tom Booth说道：“考古学已经和过去的宏大叙事渐行渐远了，很多人认为你需要通过理解地区性的变化来理解人类的生活。” Booth是一支使用古DNA追迹英国农业发源的团队的一员。

古DNA研究一而再再而三地揭示了一个地区过去居民与现代居民的不同。不论好坏，这势将把过去考古学家探讨人类迁徙的宽宏视角带回到史前史研究中去。美国哈佛大学医学院的种群遗传学家David Reich认为“遗传学尤其擅长检测种群内的改变”， Kristiansen则说考古学家“已经准备好了接受人类个体也会迁移的观点”。但对于他自己研究的青铜时代，“他们还无法接受发生过大规模的迁徙。那还是个新鲜事。”

Kristiansen介绍说通过分析牙齿里的锶同位素（含量会因地区性的地球化学特征差异而不同），一些研究暗示一些青铜时代的人类在一生中迁移了几百公里。他和Willerslev想知道DNA分析是否能检测出这一时期整个种群的迁移。

钟形大口杯文化的陶罐标志着早期欧洲一段前所未有的文化大融合时期。

来源：阿什莫林博物馆/牛津大学/Bridgeman

研究人员相互竞争。2012年，纽约州哈特威克学院的考古学家David Anthony用汽车把一些人类遗骸运往Reich在波士顿成立的古DNA实验室进行分析，这些遗骸是他和同事们一起在俄罗斯萨马拉市附近的草原挖掘出来的，这其中包括了来自一支叫作颜那亚 (Yamnaya) 的青铜时代游牧文明的骨骼标本。和Kristiansen一样，他习惯以宏大的尺度构建关于人类过去的理论。他在2007年出版的《马、车轮和语言》一书中提出欧亚大草原是马的驯化和轮式运输现代发展的大熔炉，推动了印欧语系语言在欧洲及亚洲部分地区的传播。

2015年，《自然》杂志发表了一组争锋相对的论文，但两支团队得出了大致类似的结论：一支来自今日俄罗斯和乌克兰草原地区的牧民在约4500-5000年前进入了中欧和西欧地区，并置换了当地大部分的基因库，这些牧民可以通过文物和文化习俗（如土坑墓）与颜那亚文化联系上。这与新石器时代陶器、埋葬风格和其它文化表达的消失在时间上相吻合，也与遍布欧洲北部和中部地区的绳纹器文化文物的出现在时间上相吻合。“这些结果震惊了整个考古学界。”Kristiansen说道。

迎接新生

这些结论立即迎来了批评声，Reich说其中一些甚至在论文发表之前就开始了。在他把文章草稿给合作者传阅的时候，其中有几名考古学家宣布退出研究项目。对于许多人而言，绳纹器文化取代西欧新石器时代人类族群的观点让他们不安地回忆起了Gustaf Kossinna ——20世纪初期的一位德国考古学家。他曾把绳纹器文化与现代德国人联系在一起，并且提倡以聚落考古之名为人所知的一种“战国风云”式的史前史观。他的观点后来在纳粹的意识形态中有所体现。

Reich在论文长达141页的附录中收录了一篇明确拒绝Kossinna观点的文章，因而赢回了合作者。他认为这一插曲鲜明地表明了大众会如何看待那些声称发生了大规模古代迁徙的遗传学研究。

不过并不是每个人都对此满意。英国布里斯托大学的考古学家Volker Heyd在一篇题为《Kossinna的微笑》的文章中提出了异议。他反对的并非人类由草原向西迁移这个结论，而是他们把遗传标记与复杂的文化表达混为一谈。绳纹器文化与颜那亚墓葬的不同点多于相同点，并且至少在颜那亚文化出现之前的俄罗斯草原及其以西的地区有曾经发生过文化交流的证据。Heyd认为，虽然这些事实并不能推翻遗传学研究的结论，但突出地表明这两篇论文不足以解决考古学家感兴趣的问题。“毫无疑问，他们大体上是对的，但人类过去历史的复杂性没有得到充分体现。”他写道，然后发出了火药味十足的声明，“我们应该教导遗传学家了解人类史前行为的复杂性，而不是唯他们马首是瞻。”

美国南卫理公会大学的分子人类学家及史前史学家Ann Horsburgh把双方的这种剑拔弩张的状态归因于沟通问题。考古学和遗传学研究的是关于过去的不同事物，但经常使用类似的名词，譬如物质文化的名称。她说：“这还是C. P. Snow的老调重弹。”她指的是那位英国科学家在他影响深远的“两种文化”讲座里对科学与人文之间存在巨大鸿沟的哀叹。Horsburgh抱怨遗传学的研究结果几乎总是被置于高于考古学和人类学推论的位置，而这样的“分子沙文主义”使得学科间无法进行有意义的沟通。“这就好像遗传学数据因为是出自实验室那些穿白大褂的人之手，就拥有了某种关于宇宙的绝对真理。”

Horsburgh自己所处的非洲史前史领域也已经开始感受到古基因组学带来的震动。她认为那些不满自己的研究被曲解的考古学家应该运用自己在考古遗迹方面的权威，去向遗传学家要求更为平等的合作关系。“合作并不是说我给你发一封电子邮件说‘嗨，你那儿有些很酷的骨头。我来用它们给你在《自然》上发一篇论文。’那不是合作。”Horsburgh这样说道。

很多考古学家也正尝试着理解来自遗传学的那些不适宜的发现，并参与到他们的研究中去。例如，Carlin说钟形大口杯文化的基因组研究就让他踏上了一趟“反思之旅”，使得他质疑自己关于过去的观点。这项研究得出的结论是：钟形大口杯文物的出现与英国超过90%的基因库被置换在时间上存在重合，他非常仔细地审视了该研究里面DNA样本的选择，以及构筑其结论的根基。“我不想从一个无知的位置出发，对这项研究发问。”Carlin说道。

像Heyd一样，他也接受了遗传系谱发生过改变的说法（尽管他对具体的时间和尺度还持有异议）。事实上，那些结果让他现在对文化习俗（如在西肯尼特长冢留下陶器及其它祭品）在那样的剧变下是如何得以保存的产生了兴趣。Carlin说：“我觉得这一类论文的特点是‘发现与描述’。它们考察遗传标记的迁移，但并没有进一步探索如何迁移以及为什么会迁移。”他现在已经不为两门学科间的貌合神离感到困扰了。“我越来越能说服自己接受考古学和古DNA是在述说不同的故事这一观点了。”Carlin自己研究的文化与社会习俗的改变和Reich团队发现的种群变迁可能的确有所重合，但也并非一定如此。类似的从生物学得来的见解永远无法完全解释考古记录里记载的人类历史。

Reich也同意他的领域正处在“绘制地图的阶段”，即遗传学只是为人类过去勾勒出一个大概的轮廓。像在2015年关于草原迁徙的那组论文里提出的那些宽泛的结论，以后终将让步于更注重局部的、有着更多细节的研究。

而这样的研究已经开始出现了。尽管对钟形大口杯文化展开的研究发现英国人的遗传构成发生过显著的变化，它也驳斥了文化现象与单一种群相关联这样的概念。在伊比利亚，与钟形大口杯文物合葬的人类个体与当地早期种群的亲缘关系密切，而与来自欧洲北部的大口杯文化相关者（他们与颜那亚等草原族群的关系更为紧密）在基因上则没有多少相似之处。陶罐发生了迁移，但是人没有。

Reich把自己的角色定位为“助产士”。他把古DNA技术“接生”给考古学家，让他们可以在自己觉得合适的地方应用它。“考古学家终将接受这项技术而不是变成卢德分子（注：即摧毁它），”Reich预测道，“他们将让它可以为己所用。”

加深合作

耶拿市坐落在前东德图林根州的一个宁静的山谷里，没多少人能想到它竟然成为考古学和遗传学产生交叉的研究中心。2014年，著名的马克斯·普朗克学会在那里设立了人类历史科学研究所，并聘请了古DNA研究领域冉冉升起的新星Johannes Krause担当主任一职。Krause师从来自马克斯·普朗克学会演化人类学研究所的遗传学家Svante Pääbo。求学期间，他研究的是尼安德特人基因组，并且帮助发现了一个被称为丹尼索瓦人的新的古人类类群。

Pääbo致力于使用遗传学解答关于古人类及其近亲的生物学问题，而Krause则看到了古DNA技术更广泛的应用前景。在来到耶拿之前，他的团队从14世纪死于黑死病的人类的牙齿里鉴定出了致病细菌的DNA，这是关于那场流行病潜在起因的第一个直接证据。而在人类历史科学研究所，Krause则希望用遗传学做更为近代的研究，而不仅仅是主要通过考古学方法来重建过去的像新石器时代和青铜时代那样的“史前”时期。他与历史学家的合作还未完全成形，但在所里，考古学与遗传学已经完全融为一体了。Krause出任主任的部门甚至叫作考古遗传学系，他认为“我们必须做交叉学科的科研”，因为遗传学家想要解决的问题和研究的年代都是考古学家、语言学家及历史学家们已经钻研了好几十年的。

Krause团队是古基因组学领域制图阶段的主要参与者（他和Reich团队在许多相关项目上展开了密切的合作）。去年年底发表的一项关于德国由新石器时代过渡到青铜时代的研究赢得了一直以来对大规模古DNA研究持怀疑态度的考古学家的喝彩。

一支由Stockhammer（同样在人类历史科学研究所任职）带领的团队分析了84具来自巴伐利亚州南部莱希河谷的骨架——测年为公元前2500-1700年。线粒体的基因组多样性在这一时期升高了，由于线粒体是母系遗传，这就显示当时有一批女性涌入了该地区。同时，通过牙齿里的锶同位素水平（在童年就固定下来的）发现，这批女性中的大部分并非土生土长。研究中还提到的一例情况是相隔数代的两个亲缘个体，陪葬的物质文化不一样。换句话说，考古记录中显示的一部分文化转变不是因为大规模迁徙，而是因为个体女性的系统性流动。

正是考虑到开展更多诸如此类研究所具有的前景，考古学家对古DNA垂涎三尺。Stockhammer认为考古学家将能在不久的未来，对一处埋葬点的全部个体的基因组进行测序，进而建立起当地的世系图，同时这也可以决定如何把这些个体置于更大的遗传谱系之中。这样的研究应该可以让研究者探询生物学上的亲属关系如何与物质文化或社会地位的继承相联系。“这些是历史学研究的重大问题。它们只有通过合作才能得到解决。”Stockhammer说道。

通过今年2月发布在预印本服务器bioRxiv上的一项研究，也可以对这种跨学科的研究方法管中窥豹。这篇论文探讨了欧洲的民族大迁徙时期，即在罗马帝国衰亡以后“蛮族”入侵的那段历史。文中，一支由遗传学家、考古学家和历史学家组成的团队为63名来自匈牙利和意大利北部两处中世纪坟墓的伦巴第人构建了世系图。他们发现墓里葬有高阶层外来者的证据：他们中的大部分都有着欧洲中部及北部地区的遗传起源，这与没有陪葬品的当地人的基因构成存在差异。这个发现为一些蛮族群体里有外来族群的观点提供了部分支持。

伦巴第论文的共同作者、美国普林斯顿高等研究院的中世纪史学家Patrick Geary因为文章正在接受同行评议的原因而没有对它发表评论，不过他说使用遗传学手段对诸如民族大迁徙这样的历史时期进行研究也有其隐患。他还说，历史学家正越来越多地把诸如古气候之类的数据整合进自己的研究当中，类似地，他们以后也会纳入古DNA数据。但是历史学家也有着与考古学家同样的担心，那就是生物学和文化研究被混为一谈。像法兰克人、哥特人和维京人那样有问题的命名会被遗传档案合理化，而这些古代族群是如何看待他们自己的将被忽视。“如今，历史学家想了解的是身份，”Geary说，“而遗传学无法解答这些问题。”

Reich也承认古DNA并不是总能以考古学家和历史学家所要求的细节和精度来解答关于过去的问题，但他还是希望对方最终可以被自己领域所能带来的洞见触动。“在有关人类过去的研究上，我们是迟来的蛮族，”Reich说，“但忽视蛮族可是一件很危险的事。”ⓝ

Nature|doi:10.1038/d41586-018-03773-6

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