化石DNA
王英傑
化石在生物進化、遺傳、形態、分類等許多學科的研究中都具有獨特的價值。然而，傳統的研究主要集中在對化石材料表面形態的比較分析上，因此進展緩慢。隨著技術的改進和思路的拓寬，化石的研究開始深入到了細胞水平，如進行化石材料顯微結構的觀察和線粒體、葉綠體等細胞器的提取與成份分析等。但是，直到20世紀70年代末，人們始終未將研究深入到化石細胞中的DNA分子。
20世紀80年代初，人們開始嘗試從各種考古材料中提取DNA。1984年，Higuchi等人成功地從風乾的絕滅動物Quagga（與驢和斑馬同屬）的皮膚組織中提取並克隆了線粒體DNA。這一成功和隨後PCR等技術的出現點燃了人們進軍化石DNA的希望之火。然而，由於DNA分子較大，易受破壞，並且在細胞死亡後會迅速降解，因此DNA完整存留於化石中的可能性較小。要形成這類化石，則必須用活體包埋有機體或將有機體封存於密封環境中等作為前提。以Golenberg為首的美國愛達荷大學與加州大學瑞瓦賽得分校的研究人員經過多年的考察分析，終於在具有獨特背景與古氣候、古湖沼學條件的愛達荷州克拉克亞找到了DNA保存完好的雷它木蘭（Magnolialatahensis）化石。
1988年，他們成功地從該化石中提取出葉綠體rbcL基因的部分DNA片段並開始進行克隆和序列分析等研究。經過兩年的努力，他們破譯了這部分距今已1700萬年之久的生命密碼，將一段820個鹼基對的DNA序列發表在1990年4月的《Nature》上，從而引起了科學界的震動。這是人類歷史上從化石材料中提取DNA成功的首例，也是對古生物DNA進行序列分析成功的首例；它使古生物學的研究真正由化石表面形態水平深入到基因水平，從而標誌著一門嶄新的交叉學科──分子古生物學的誕生。
在克拉克亞雷它木蘭化石的研究成果發表後不久，美國國內立刻掀起了研究化石DNA的熱潮：如愛達荷大學繼續與加州大學合作研究克拉克亞的假山毛櫸化石DNA；喬治亞大學與康奈爾大學開始合作研究美國西部俄勒岡州中新世產地的植物化石DNA；加州大學伯克萊分校的一些學者也著手於冰凍猛碼DNA的提取和研究，等等。不久前，紐約美國自然歷史博物館的RobDesalle等人從距今3000萬年的白蟻琥珀化石中提取出白蟻的DNA分子進行了研究，結果發現這種在多米尼加共和國採掘到的化石白蟻和現存於澳大利亞的白蟻在DNA序列上且有一定的同源性。幾乎在同一時期，加州工業大學的RanlCano等人也在多米尼加共和國境內發現了3000萬年前的無刺蜜蜂琥珀化石，並從中提取出DNA進行了分析。這兩個研究小組從琥珀化石中得到的DNA的年代比雷它木蘭化石DNA的年代提早了將近一倍，從而使化石DNA的研究又向前邁進了一步。
由於DNA水平的進化在生物進化論中占有舉足輕重的地位，而化石DNA是直接了解DNA進化過程的一個重要的也可能是唯一的途徑，因此該領域的研究將成為分子進化論的一個重要方面。同時，化石DNA的研究還具有許多獨特的作用：它可以直接對比古代與現代的DNA分子，從而準確計算突變率，校對分子生物鐘；它將為DNA重複序列的起源提供直接的證據和線索；它提供了成種作用時期的遺傳信息，使我們能更好地了解成種作用的原理；它溝通了化石表面形態與分子水平兩者的關係，並使建立一套新的以DNA為主要依據的分類學體系成為可能。
