剑桥大学拥有悠久的学术历史,取得了许多科学突破。对于我们许多人来说,发现真正开创性的东西的想法似乎要么是不可能的,要么是太遥远的未来,甚至无法开始想象。然而,对于剑桥大学学生比安卡·德·桑蒂斯来说,数学和统计学的背景出人意料地让她在完成博士学业之前就参与了一个彻底改变进化生物学世界的项目。
在格陵兰岛哥本哈根地层进行一个项目的研究人员联系了德桑蒂斯。他们收集了环境 DNA (eDNA) 片段,这些片段的历史可能长达 200 万年,需要德桑蒂斯的帮助来分析 DNA 序列,以解开史前世界的秘密。
她对从长度只有千分之一毫米的古代 eDNA 测序中获得的数据质量感到“惊讶”。但更引人注目的是,这种 DNA 源自环境,在严酷的自然条件以及随后席卷大地的大量生命的潜在损害和污染中幸存下来。
“这些成功奖杯证明了该项目的辛勤工作”
这一令人欣喜的惊喜意味着 de Sanctis 可以将结果映射到来自数千种不同生物体的广泛 DNA 文库中,从而为了解古代生态系统提供了一个独特的窗口,使她能够确定 200 万年前该地点存在的物种。她正确地识别出了野兔、已灭绝的乳齿象、鹅和驯鹿的祖先等的存在,描绘了一幅美丽多样的风景画。
在对 DNA 进行测定时,德桑蒂斯使用了“分子钟”技术,通过研究基因组中中性突变的积累来估计物种的相对进化分歧时间。
DNA 的冗余性质意味着在基因组的大部分区域中,随时间累积的序列随机变化不会影响生物体的生存能力,因此独立于自然选择。因此,DNA 突变的获得率在很长一段时间内平均保持恒定的假设构成了“分子钟”测年的基础。由此得出的结果必须根据已知年龄的化石记录进行校准,因为该方法不能给出绝对时间。
结果令人兴奋,首先是因为她所看到的这个微不足道的 eDNA 片段确实如怀疑的那样已有 200 万年以上的历史。德桑蒂斯刚刚帮助分析了迄今为止发现的最古老的 eDNA 片段。

虽然这看起来像是一系列非常幸运的事件的高潮,但实际上这当然不是一个轻松的旅程。这是一项历时 16 年的研究,从沉积物中提取 eDNA 片段多次失败,以至于该遗址采用了“哥本哈根地层的诅咒”这个名称。
然而,沉积物中遗传密码的吸附可能并不是该团队所认为的诅咒,事实上也许更多的是一种祝福。新的研究表明,通过这种方式,DNA 结构会发生改变,从而不太容易被降解酶识别,从而有助于保存过程。
与纯化 DNA 片段所经历的磨难类似,德桑蒂斯本人也经历了挫折。她花了三个月的时间在这个项目上努力工作,在第一轮同行评审之后(科学出版界经常发生这种情况),在她的工作被接受之前必须做出改变。她被要求使用一个名为贝叶斯抽样进化分析(Bayesian Evolutionary Analysis by Sampling)的程序(该程序的缩写为“BEAST”)来重新分析她的数据,现在又面临着三个月的艰苦工作,德桑蒂斯必须迅速掌握这个复杂的新软件。
幸运的是,她获得的新结果与她之前得出的结论相符,提交的论文被该著名期刊接受 自然,并被世界各地多家热门新闻媒体报道。这些成功奖杯证明了该项目的辛勤工作。
当被问及为什么这一发现如此重要时,德桑蒂斯表示“这是可以做到的”,这令人兴奋。现在我们知道,可以对如此少量的如此古老的 eDNA 进行准确的测序,并准确地确定其年代。我们知道,利用这些技术来识别远古时期内存在的物种范围是可能的,尽管该地点随后几年的生物活动不可避免地会出现遗传“汤”。
未来是令人兴奋的——我们终于将古代生物世界的谜题拼凑起来,一路上寻找并填补丢失的碎片。在像比安卡这样的人的帮助下,我们正在构建一棵比以往任何时候都更加复杂的进化树。