2003年，新疆塔里木盆地东部最低处的罗布泊地区，小河墓地被正式挖掘，其宏大的规模、奇特的葬制、数量众多的干尸、丰富的罗布泊早期文明信息……有考古学者慨叹，世界上没有任何墓葬与之类似。
墓地最上一层的“小河公主”出土后，这位沉睡了3800多年的美女面部特征，引起了考古学家和体质人类学家的注意，对其种族众说不一，其中一种观点是，该女尸颧骨较高，眼窝深陷，鼻子尖而高，嘴唇薄且细长，毛发呈棕色……这些都是欧罗巴人种的典型特征。
新疆地处亚欧大陆腹地，丝绸之路要冲，一直是欧亚大陆东西部人群进行文化、技术，以及遗传交流的重要通道。新疆史前人群的起源和迁徙一直是学界研究的热点问题。但小河人群的起源此前并无定论，曾有过“草原起源假说”、“绿洲起源假说”等。
今年10月27日，吉林大学生命科学院崔银秋教授团队利用最新的古基因组技术成功获得了小河墓地早期人群的基因组数据，这也是中国新疆迄今最早的古人类基因组数据，相关论文在国际顶级学术期刊《Nature》上发表。
古基因组研究结果表明，小河墓地早期人群在遗传上是一个由古北亚和古东亚成分组成的人群，其祖先成分形成时间距今9000年左右，该成分曾广泛存在于欧亚草原中、东部广袤区域。这一古老遗传谱系与青铜时代的欧亚草原人群以及中亚绿洲人群都没有直接的遗传联系，也没有显示出与任何其他全新世群体混合的迹象，产生这一现象的原因可能是由于塔里木盆地独特的地理环境形成的天然遗传屏障，造成塔里木盆地古代人群长期的遗传隔离。
但长时间的遗传隔离并未阻断该地区与外界文化的交流，研究人员采用古蛋白质组技术在小河人牙结石中发现了小河人群长期大量食用奶制品的证据，加之墓葬中小米以及小麦等考古发现，都呈现出了小河早期人群有文化交流的现象。崔银秋团队论文的发表为学术界广泛关注和争议的小河人群的来源问题提供了新的颠覆性认识。
对古DNA测序
吉林大学考古学院博士研究生张乃凡换上连体防护服，端着一盆古动物材料，里面有一根粗壮弯曲的来自小河墓地的牛角，先经过风淋间，倒计10秒把尘土吹掉，然后进入古DNA室的磨骨间进行样本处理。
样本分骨骼和牙齿。处理牙齿样本会先用棉花蘸取次氯酸钠溶液擦拭牙齿样本表面污染物，用次氯酸纳溶液浸泡后，依次用无菌水和无水乙醇冲洗一遍，放在超净台中紫外线照射每个表面。等牙齿干燥后，用牙用钻头手动磨成粉末，——20℃保存以备下一步抽提DNA。
吉林大学生物考古实验室。新京报记者 陈杰 摄
骨骼样本的处理要先切成1cm3左右的小块，之后的流程大致相同。
吉林大学生命科学院硕士研究生李建解释说，此后骨粉被加入各种溶剂进行裂解，释放古DNA，用二氧化硅层析柱进行纯化洗脱，得到古DNA提取液，之后是二代测序的文库构建，然后上机测序，得出下机数据即原始数据，还要进行一系列复杂的数据处理分析才能获得真实的古DNA数据。
古DNA是指古代生物遗体或遗迹中残存的DNA片段，包括古代人类DNA、古代动植物、微生物DNA。古DNA研究为构建和复原古代人群遗传结构和种族属性、群体间的交流及迁移模式，以及灭绝物种的系统发育学等研究打开了通道。
资料显示，DNA测序技术一直是分子生物学研究中最常用的技术手段之一，目前，二代测序方法在生命科学的各个研究领域都已普及。
自然科学方法在考古学中的应用源于上世纪80年代，遗传学家开始把自然科学中的分子生物学技术应用到考古学研究中，用DNA检测技术来研究古代人的遗传学结构，这引起了学术界的广泛关注，上世纪80年代中期，一些发达国家纷纷建立考古DNA的实验室。
当时，吉大边疆考古研究中心体质人类学朱泓教授敏锐地捕捉到了这一学科前沿的发展方向，说服了生命科学院的周慧教授加入这项工作，于是1998年，我国考古学界第一个从事古DNA研究的专业实验室吉大考古DNA实验室成立。
吉林大学生命科学院教授崔银秋解释说，古DNA与现生人群DNA不同。细胞死亡后，除了细胞中内源性的酶会对DNA进行降解，外源性的物质也会导致DNA出现破裂。相关数据表明，DNA中30亿个碱基对的线性分子最后会变得很短，很快变成30-70个碱基对的小片段，并伴有高度损伤，造成可提供遗传信息的高质量DNA含量极低。
古DNA的保存状况不仅取决于样本材料的年代，更重要的是受遗址所处环境的影响。一般来讲，寒冷和干燥的环境对古DNA保存更加有利，而温暖潮湿的环境，古DNA普遍被破坏得比较严重。
而对于古代人类的遗骸来讲，不同部位DNA的保存情况也不一样，牙齿和颞骨岩部的保存是最好的，其次是长骨，比较致密的骨骼对DNA也有保护的作用。
古DNA至少要30个碱基对以上的长度才能测序，短到一定程度可信度就非常低了。新疆的样本DNA保存相对较好，一般片段长度在150个碱基对左右，有的能达到200个碱基对。
崔银秋说，对做古DNA研究的人来说，新疆是个特别好的研究对象，被称为人类的基因库。干燥的气候使它能保存下很多干尸和骨骸，同时新疆是欧亚大陆人群迁徙的重要通道，人来人往，遗传会留下来，故事也会很多。像小河公主那样的干尸基本都留在了新疆，而大部分小河墓地的骨骸都在吉大考古学院人类学的库房里。这个库房总共有3万具古代人类骨骸，是亚洲第一。
吉林大学考古学院博士研究生张乃凡换上连体防护服，端着一盆古动物材料，里面有一根粗壮弯曲的来自小河墓地的牛角。新京报记者 陈杰 摄
由于这些古代遗骸太珍贵了，采集样本的原则是尽可能少破坏或者不破坏，比如头骨，先用三维的方法进行定位，再进行取样，在颅底用很细的钻头提取一点材料，头骨放回去以后，外观上看不出来。
去年崔银秋团队开始对部分样本尝试无损取样，把牙齿直接浸泡在裂解缓冲液里，把最外面那层里的古DNA溶解释放出来，牙齿除了颜色变白形态基本没有变化。但这种新方法能拿到古DNA，但量不一定足够。
记者了解到，整个古DNA测序流程要分别在两处实验室完成。吉大古DNA室按照古DNA研究的国际规范，分为PCR(指生物学的聚合酶链反应)前和PCR后两部分，两部分采取物理隔离分别位于两个建筑中，PCR前的流程在校园外的文科楼里进行，PCR后的工作在校园内生命科学院的楼里开展。两楼相距有15分钟的步行路程，“这样可以有效阻断生科楼里充满了现生人群DNA气溶胶的环境，等到古DNA的量被扩增后，就可以跟现代DNA一样进行处理。”崔银秋说。
“小河”传奇
“2003年的10月，新疆文物考古研究所的伊弟利斯所长来电话邀请我带着学生去小河墓地做干尸和古人骨体质人类学鉴定，我就很兴奋了，因为小河墓地对我们来讲是可望不可及的考古遗址，2000年它被重新发现之前，小河墓地在世界考古界中名气就很大，引人注目!”，朱泓说。
小河墓地位于罗布泊地区孔雀河下游河谷南约60公里的罗布沙漠中，东距楼兰古城遗址175公里，西南距阿拉干镇36公里。墓地整体由数层上下叠压的墓葬及其遗存构成，是平缓的沙漠中突兀而起的一个椭圆形沙山。沙山高出地表7.75米，面积2500平方米。沙山表面矗立着各类木柱以及木栅墙。
“世界上出土干尸最多的墓葬”;“这个墓地给人一种最阴惨可怕和难以置信的感觉!”; “整个墓地犹如一个插满了筷子的馒头”……这些是小河墓地最初留给考古学者和媒体的印象。而小河墓地的发现史本身也充满了传奇。
据相关史料，1910年到1911年间，生活在这片区域的罗布猎人奥尔德克发现了这座时人传说“有上千口棺材”的墓地，1934年瑞典考古学家贝格曼邀请奥尔德克担任寻找这座墓葬的向导。贝格曼和奥尔德克沿着孔雀河向南分支出的一条小河道南行，这条无名小河道被贝格曼随口称之为“小河”。
小河墓地考古现场。受访者供图
1934年6月的一天，他们在小河西向约4公里处找到了这个墓地,贝格曼将其命名为“小河五号墓地”，并发现了他认为是“世界上保存最完好的木乃伊”，但是他和探险队踏遍小河流域，没有找到小河人群的古聚落遗址。
1939年,贝格曼在斯德哥尔摩发表《新疆考古研究》一书，对他在小河流域考古调查及发掘进行了详细的介绍，小河墓地宏大的规模、奇特的葬制、以及所蕴含的丰富的罗布淖尔(罗布泊古代时的称谓)早期文明的信息,引起了世界各地学者的广泛关注。
贝格曼考察小河后,一直到20世纪末60多年间,再无任何后继者抵达。小河墓地深藏在罗布沙漠之中，失去了踪影。
2000年12月11日,新疆文物考古研究所研究员王炳华随一个纪录片摄制组,借助地球卫星定位仪进入罗布沙漠，再次找到小河墓地。2002年,经国家文物局正式批准,对小河墓地及周边遗址进行考古调查和小范围试掘。2003年10月，国家文物局批准启动小河墓地全面发掘项目，时任新疆文物考古研究所所长伊弟利斯·阿不都热担任小河考古队队长。
伊弟利斯认为，这个墓葬在国内独一无二，在世界上也没有任何墓葬与之类似。要准确地揭示小河墓葬的秘密，仅仅依靠考古和历史学的知识是不能完全解释的，应该将各学科的一流专家请到发掘现场，置身于真实环境中具体研究，包括考古、环境、人类学、植物学、动物学、原始宗教学等多学科专家参与，只有这样发掘研究工作才能进行得更快更好。
朱泓记得，那次同去的还有两个画家专门去绘图。考古学里，在遗址提取文物前，要对每个遗迹、墓葬、灰堆都会绘制平面图、剖面图，一般是由考古队里的绘图员来完成，但小河墓地很难画，多是干尸，不是简单的人骨架躺在那里，干尸周身上下的毡帽、靴子、羽毛饰件、毛斗篷有很多细节;一般墓葬的随葬品是青铜器、陶器、石器、玉器这些很简单的器型，但是小河墓地的每个墓穴里都有带横梁、形态各异的草编小篓、牛皮做的香囊，还有大量的牛头，小麦、黍、奶酪以及小河人群身上覆盖大量的麻黄草枝条。
两根胡杨树干被加工成一对比人体稍长一些的“括号”形，这是棺木的侧板，“括号”两头对接在一起，将挡板楔入棺板两端的凹槽中固定，没有棺底，棺盖是10多块宽度依棺木弧形而截取的小挡板。
棺木上都有一层牛皮，考古学家们推测出当时的情景：活牛被当场宰杀剥皮，整个棺木被新鲜的牛皮包裹。牛皮在干燥的过程中不断收缩，沙漠中干旱的气候会蒸发掉牛皮中所有的水分。最后牛皮紧紧地、严密地将棺木包裹，表面变得像盾牌一样坚固，棺盖——那些摆放上去不加固定的小挡板便因此非常牢固。然后在木棺前后栽竖象征男根女阴的立木、立柱。最后在墓坑中填沙、堆沙。
伊弟利斯告诉记者，考古发掘发现小河墓地从上至下共分为五层，到2005年2月最终发掘了167座棺木，出土了大量保存完好的干尸，碳十四测年表明整个墓地使用年限为距今约3980—3540年，跨度约500年，这暗示最底层出土的人很可能是这一地区最早的定居者，而最上一层青铜时期带有欧洲人体质特征的“小河公主”的发掘引起了全球考古学家的兴趣。
伊弟利斯（图中），朱泓（图右）在小河遗址进行考古挖掘工作。受访者供图
伊弟利斯说，根据小河墓地的上层遗存，反映的应是墓地晚期的文化面貌。从棺木形制、死者裹尸斗篷、随葬的草编篓、麻黄枝等文化因素分析，小河墓地与1979年在孔雀河北岸发掘的距今3800年左右的古墓沟第一类型墓葬、1980年在罗布泊北发掘的铁板河墓葬发现的 “楼兰美女”有不少共性，楼兰美女曾被认为是中国最古老的具有欧亚西部特征的女性干尸，也在距今3800年左右。
学界一种普遍观点是，距今4000年前的青铜器时代，有欧罗巴人种先到了塔里木盆地。有考古学者认为，这是印欧人种中一支古老的吐火罗人，他们的文化源于印欧人的发祥地，即西方的里海、黑海北岸的颜纳亚草原文化(距今5300年前)。
开棺验尸后，朱泓认为，“小河人群总体是个混杂人群，既有东部欧亚，黄种人成分，也有西部欧亚，白种人成分。墓地底层(四-五层)最早期的小河人个体，黄种人的成分占比要高些。墓地上层(一-三层)晚期的小河人，白种人成分增加了一些”。朱泓解释说，小河人群早期保存的干尸较少，但从骨骼特征来看也完全能观察出来。黄种人特征是脸宽颧骨高，鼻梁低，面部比较大，长得像晚期 “小河公主”那样的眼窝深陷，鼻子尖而高，嘴唇薄且细长的，在早期是极少的。
为了进一步揭开小河人群的来源问题，构建新疆古代居民种族分布以及演化的历史，2004年9月，新疆文物考古研究所和吉林大学边疆考古研究中心组成联合考古队，正式开展合作研究，项目负责人由伊弟利斯·阿不都热苏勒和朱泓共同担任。
吉林大学生科院高级工程师李春香说，考古人员在古DNA技术人员的指导下，对小河墓地出土人骨进行了采集。2005年，吉大古DNA实验室选取了92例保存完整、没有裂缝和磨损的骨骼和牙齿进行DNA测试分析，并获得了57个人类个体的线粒体高可变序列。
被“隔离”的古代人群
对小河群体的DNA测序和相关结论，走过了一个渐进的过程。
2011年，经过多年研究，吉林大学生科院高级工程师李春香通过一代古基因测序技术得出的成果，发表了小河人群母系遗传多样性研究论文。论文显示：距今4000年前，最早到达新疆塔里木盆地东部地区的人群可能是来自南西伯利亚或其西部的东西方混合人群，随后不断有新的人群加入进来。其中，西北部或是北部人群对塔里木盆地东部的影响更大更早，而西部和东部人群的影响相对较小，并且很可能是间接的影响。
论文还推测小河的黄牛可能随着早期人群由西向东迁徙最先到达新疆地区，然后继续向西北-中原传播。对小河墓地那些草编小篓里装的麦粒和粟粒进行古DNA分析，证明了新疆在欧亚大陆东西部的农业传播过程中起到了重要的桥梁作用，小河是黍由东向西传播，小麦从西往东传播的中心的节点。
但是这些结论仍然回答不了小河早期人群的起源以及塔里木盆地人群迁徙及交流的具体情况。2012年以后，崔银秋团队开始尝试使用新一代基因测序对新疆人群的基因组进行分析，二代测序技术具有低成本、99%以上的准确度的优势，1次可对几百、几千个样本的几十万至几百万条DNA分子同时进行快速测序分析。
吉林大学边疆考古研究中心体质人类学朱泓教授。新京报记者 陈杰 摄
“一代的原理是基于双脱氧法进行，一次测一条，是对特定片段进行测序，二代的原理是边合成边测序，测出混合的所有基因组的所有片段，再用生物信息学的方法在计算机上与各种相关参考序列进行比对，把目标片段call出来。”崔银秋说。二代测序获得的生物信息量较一代大得多，并能够区分内源DNA和外源污染DNA，解决了一代测序最关键的古DNA真实性问题。
有了这种高通量测序技术，2015年开始，崔银秋团队的研究目标就放在了小河人群的全基因组测序和分析比对上。
最终，团队提取了18具干尸的基因组DNA，其中13具来自小河文化，可追溯至青铜时代中期(大约公元前2100年-前1700年)，5具来自新疆北部准噶尔盆地，可追溯至青铜时代早期(公元前3000年-前2800年)，这是首次对新疆地区史前人口进行基因组规模研究。
崔银秋说，首先，在人类起源数据库得到2077个现代欧亚个体以及已发表的古代人类数据，进行主成分分析。欧洲人群、东亚人群，西伯利亚人群分别立在PCA图的三个角上，中亚人群在中间，把小河早期人群投射到现代人群的背景中，可以看到小河早期人群和任何现代人群都不聚类，只与铜石并用时期的哈萨克的波泰人群有重叠，这表明它的基因特征并没有被现代人群遗传下来。
接下来的分析更有意思，在PMR(成对错配率)图里，可以看到小河早期个体之间，呈现出极低的错配率值，这表明他们之间的关系差异度几乎相当于一级亲缘关系(一个人的父母、子女以及亲兄弟姐妹)，遗传多样性极低。
小河早期个体之间究竟是否是一级亲缘关系?崔银秋说，之后的ROH纯合性分析表明，他们之间并不是血亲关系。
崔银秋解释说，实际上，小河早期人群的遗传多样性的急剧降低，是由于出现了种群的瓶颈效应，而不是由近亲繁殖导致的。瓶颈效应可能是因为塔里木盆地不易进入的地理位置，使得小河有效人群量(指能够婚配产生下一代的)特别少，此时群体中基因的多样性会被极度降低或极度丢失，形成强隔离的遗传特征，即形成了隔离群体(受空间、时间等障碍不能进行基因交流或基因交流显著降低的群体)。
进一步用QPADM祖先成分来分析，可以建模为ANE(古北欧亚人)和AEA(古东北亚人)7:3的混合，小河人群的祖先成分形成时间至少在183代以前，也就是距今9000年左右，与生活在欧洲东部黑海的颜那亚草原人群、中亚阿姆河的巴克特里亚绿洲农业人群、南西伯利亚叶尼塞河附近的阿凡纳谢沃游牧人群没有关系。
再用小河早期人群的成分为model来分析所有的青铜早期人群，可以看到小河早期人群作为隔离人群，所代表的是一个非常古老的遗传成分，曾经是分布在更新世纪晚期整个西伯利亚南部的狩猎和采集人群的主要成分。
吉林大学生命科学院崔银秋教授。新京报记者 陈杰 摄
崔银秋说，可以设想，小河人群的祖先最早从北边迁徙而来，到达塔里木盆地这个隔绝的地理环境中，因而小河早期纯ANE+AEA的成分得以保留，并独立发展起来。在迁徙和定居至少9000年内，这些人并没有与外部发生过基因交流的情况，也许他们在来到塔里木定居之前，就已经遭遇到了遗传瓶颈。而在定居之后，这样的遗传瓶颈也没有解除，而是愈演愈烈。而北欧亚大片地域曾经拥有同样成分的其他人群在遗传上被替换或混合了。
崔银秋表示，“小河成分代表了从旧石器晚期到新石器早期，在北欧亚大片地域分布着一个以前从未发现的谱系，它的发现对于重塑我们对整个欧亚大陆北部人群的起源历史至关重要。探究小河人群迁移历史的主要意义也就在这里”。
多学科交叉研究的范例
今年10月27日，崔银秋团队题为《青铜时代塔里木盆地干尸的基因组起源》的论文在国际顶级学术期刊《Nature》上发表，但不少人对于小河早期人群文化是与外界相通，基因是隔离的结论，仍感到难以理解。小河早期的基因隔离会不会也是个“假说”，难道伴随文化交流就没有基因往来吗?
朱泓认为，带“古”字号的研究，比如古人类，古动植物、考古学、古地质学，都是得到了少量的古代材料，通过自然科学的方法，进行分析得出研究结论，这还是属于推论，轻易不太能达到终极真理，还需要更多的验证。
李春香认为，小河人群的隔离原因地理环境可能只是一方面，考虑到有文化的频繁交流，它的隔离也可能与宗教信仰有关。
朱泓（图左）在给“小河公主”开棺验尸。受访者供图
“生物演化是为了适应环境和更好的生存繁衍，从早期基因交流上看，有替代、有融合，也有种群瓶颈效应下的隔离人群，都是不同的模式，怎么发生的，当时发生了什么，是很有趣的现象”，崔银秋也认为如何解释也是接下来工作的一个重点：已经做完的小河墓地底层(4-5层)揭示的是小河早期人群的来源问题，小河墓地上层(1-3层)的分析还在进行中，将为解决后期小河人群的东西方谱系混合的过程，以及他们的迁移路线提供线索。
“古DNA研究领域，国内外的成果都在不断增加数据，整个的遗传背景已经构建出来了。随着技术的进步，新的分析方法可以更好地解释之前无法解释的问题”。另外，崔银秋认为，古DNA在探索史前不同文化人群迁徙与交流方面有着独特的优势，然而，古DNA本身并不能回答人群迁徙的动因，古DNA的最大价值也必须依靠与考古学以及其他学科的交叉才能充分实现。小河墓地就是多学科研究的特别好的例子。
崔银秋讲了一个有意思的现象，“我们发现小河人群的牙结石很多，有的大得像个套一样，这可能跟小河人所处的环境或食谱有关”。
崔银秋说，通过对小河人古蛋白质组序列的测定，可以证明其牙齿中的乳蛋白的来源是牛或者羊，很有意思的是，回头去查小河个体的基因组会发现，虽然他们大量地消费乳制品，但是小河个体并不具有现在西方个体常见的乳糖耐受基因。
之前，中国科学院大学考古学与人类学教授杨益民团队发表过文章，在小河遗址中发现了牛奶发酵的方式，古人首先用乳酸菌和酵母菌处理牛奶，制成一种特殊的酸奶——开菲尔，然后将其加工成奶酪来吃，小河蛋白质组的研究正好验证了小河个体并不具有乳糖耐受基因，但是他们仍然可以通过乳蛋白的发酵技术来消化这些乳蛋白。
从事古蛋白组研究的吉大生科院教师徐阳认为，交叉学科运用起来能解决很大的问题，传统的考古学研究更多的依赖于遗址中人类动物等遗骸的形态学鉴定，墓葬形制以及陪葬器物等特征，对研究人员的经验具有很高的要求;而自然科学的研究方法就是采用一套标准的实验流程，将遗址中保留的生物信息(包括DNA，蛋白，有机残留物等)从骨骼，牙齿，牙结石，陪葬器物，甚至土壤中提取出来并进行分析，从而获取古代人群遗传和文化相关的直接证据，来证实一些或者排除一些假说，能够更真实地回答人类历史文化演变的过程。
崔银秋说，对于古人群研究来讲，任何一个学科都无法只靠自身就得到一个非常肯定确切的结论，需要各个学科的相互支撑，从不同的角度对问题提出它的证据，然后才能逐渐得到确切的结论，这才是多学科交叉的目的，也是它的优势。
在考古学家看来，没有生产工具，小河墓葬出土的随葬品种类还不足以还原这群人日常生产生活的场景。只有找到更多的东西，才能去和其他文化进行类似因素的比较。让考古学家们疑惑的是，这么大的墓地按常理周围应该有人类生活的遗址，但为什么始终没有找到这样的遗址，孤零零的只有坟墓。
新疆文物考古所原所长伊弟利斯·阿不都热苏勒近二十年来每年都要进入塔克拉玛干沙漠，寻找小河的人类生活场景的遗迹。但是，至今为止没有任何发现。
朱泓则期待着在新疆地区或者中亚有新的考古发现来对比应证。
崔银秋说，近些年来古DNA的研究领域开始应用于传染病和瘟疫历史等领域的研究，她的团队对新疆东天山地区的游牧聚落遗址致病菌研究，推测了古代沙门氏菌进入到新疆游牧聚落的可能的传播途径， “小河人群作为隔离人群，非常珍贵，它或许会有某种特征性疾病，如果有，可能我们会进一步做功能基因组的分析。接下来能做的实在太多，我们先是把最容易的做了。”崔银秋说。
新京报记者 刘旻 编辑 胡杰 校对 吴兴发
