加拿大育空地区70万年前的松鼠粪便助科学家重现古代世界

研究人员于2022年8月在育空地区Hunker Creek的永久冻土中记录了一组保存在永久冻土中的古老北极地松鼠粪便颗粒。这些粪石含有极为完整的古代DNA，为冰河时代生态系统提供了罕见的窥见。 图片：斯科特·考克  

（神秘的地球uux.cn）据《大众科学》（劳拉·拜萨斯）：一堆史前松鼠粪便的宝藏正在描绘出一个失落世界的画面。有史以来发现和测序过的最古老的DNA之一，深藏在这些古老啮齿动物粪便中。这些化石粪便（或称粪石）含有70万年前的环境DNA，来自许多曾经生活在加拿大育空地区的植物、昆虫、微生物和大型哺乳动物，其中许多早已消失。今天发表在《自然通讯》杂志上的一项研究描述了这一发现。

研究人员分析了从地松鼠洞穴采集的永久冻土样本，这些洞穴跨越多个冰川时期，这些洞穴可以保持冻结和密封数千年。图片：育空政府。

北极地松鼠（Urocitellus parryii）至今仍然存活。它们广泛分布于白令地区，该地区横跨加拿大育空地区和美国阿拉斯加地区。它们是机会主义的觅食者，捕食各种植物、真菌和昆虫。它们也会吃肉，包括死肉、鲸鱼肉，甚至其他啮齿动物。它们还能冬眠长达七个月。它们广泛的饮食和长期在冰冻洞穴中冬眠，帮助建立了对其环境的详细生物学记录。

“我一直形容它们有点像微小的北极驮鼠，”研究合著者、麦克马斯特大学生物分子考古学家泰勒·默奇告诉《大众科学》。“这些松鼠之所以有趣，不仅因为它们从环境中采集了什么，还因为它们自身的进化历史，以及它们在之前冰川时期如何适应了极北地区。”

在这项研究中，默奇和他的团队分析了来自育空中部的13个北极地松鼠粪石样本。这项研究在特隆德克·惠钦第一民族领地内进行，并获得许可。

与骨骼或沉积物相比，像这些粪石这样的化石粪便在DNA分析中使用频率较低，因为它们更容易降解。然而，北极地区的地松鼠洞穴可以保持冷冻和密封数千年，从而在粪便中保存遗传物质。这里的地松鼠洞穴跨越了多个冰川时期，洞内的有机物可以保持冻结和密封数千年。本研究样本可追溯到约3万至70万年前，古代动物的生物分子可在粪石中保存。

“古松鼠粪便这个想法一开始听起来有点荒谬，”默奇说。“斯科特（科克，研究合著者）和我最初部分出于好奇和兴趣做了这个实验，不知道会发生什么。但从科学角度看，考虑到洞穴中大量宏观遗存，且它们几千年来一直被冻结，这类遗骸信息量极高是非常合理的。松鼠们基本上是在收集景观中的碎片，并将它们储存在冰冻的洞穴里。”

要判断某物是粪化物，上下文很重要。科学家们没有发现零星的粪便颗粒，而是发现粪便作为更大洞穴系统的一部分。

默奇解释道：“它们是小颗粒，大小大约像兔子粪便，看起来像干燥或化石化的粪便颗粒，而不是随机的沉积物团块或植物碎片。”“不过你和它们一起工作时，它们看起来就像冻着的粪便。当我们分样提取DNA时，会闻到粪便味。所以有机体都还在里面。”

在这些DNA样本中，他们不仅发现了植物和微生物等较小生物，还有体型较大的动物——长毛象（Mammuthus primigenius）、美洲猎豹（Miracinonyx）、马（Equus）、草原野牛（Bison priscus）等。团队从粪便样本中重建了18个线粒体基因组，包括12只地松鼠、1只野兔、2只野牛和3匹马。

艺术家对更新世育空地区的重建，描绘了北极地松鼠在猛犸草原生态系统中觅食肉类和觅食植物。从它们保存下来的洞穴和粪便中提取的古老DNA揭示了这一复杂的食物网——甚至小型啮齿动物也会以猛犸象等巨型动物为食。图片来源：梅赛德斯·明克/哈凯研究所。

团队还发现了北极地松鼠中此前未知的遗传多样性，其中一条谱系可追溯至70万年前。虽然这种松鼠不生活在育空地区，但其亲戚可以在西伯利亚西部找到。

“时间线上有种令人谦卑的感觉。这些样本中有些比我们物种还要古老。现代解剖学上的智人通常被认为大约是30万年前，而我们最古老的样本大约有70万年历史，”默奇说。“所以这些松鼠早在人类出现之前就已经生活、采集、进食、储存，并留下这些微小的生物档案。”

团队承认，部分DNA可能是在较晚时间从粪石表面采集的，且物种鉴定可能受到远古动物遗传参考数据库不完整的影响。然而，这些发现表明永久冻土粪石可以作为史前环境的高分辨率快照的一部分，并补充更典型的骨骼和牙齿等发现。

默奇说：“科学有时最精彩的，是因为它将普通、怪异甚至有趣的事物，展示出一个更大的故事。”“在这种情况下，松鼠粪便可能成为通往深远时间、气候变化、灭绝、进化以及已不存在生态系统的窗口。”