中科院南古所

琥珀是一種樹脂化石，源于植物的根、莖（主要分泌部位）和葉分泌的樹脂。如果樹脂在凝固之前將一些生物包裹其中，這些生物就有機會作為化石的內含物被保存在樹脂化石中。不過，琥珀并不是單純的變硬的樹脂。

樹脂在凝固之后，會在很長一段時間內暴露在空氣中，接受風吹日曬雨淋。在地表經歷一系列物理、化學和生物作用后，留存的樹脂有機會被掩埋在沉積物中再經歷成巖等作用，經過這一復雜操作下來依然存在的，才有機會變成樹脂化石——琥珀。

琥珀中保存的生物化石往往栩栩如生，以至于人們常常遐想能否從中提取DNA讓這些生命重獲新生。重溫《侏羅紀公園1》中的經典片段，“一位實驗人員在琥珀中鉆了一個通向一只蚊子的通道，之后使用帶有長針頭的注射器吸取蚊子體內的物質，提取出了帶有恐龍DNA的血液，并以此來復活恐龍……”自此，從琥珀中提取DNA的設想被大眾所熟知。

其實，早在《侏羅紀公園1》這部電影上映之前，科學家就已經在嘗試從琥珀中提取DNA了。最早提出從琥珀中提取DNA這一想法的是美國古生物學家喬治·波納爾（George Poinar Jr.）。20世紀八九十年代，隨著DNA擴增和測序技術的興起，科學界掀起了一股研究古DNA的熱潮，琥珀中活靈活現的生物被寄予了發(fā)現古DNA的極大希望。

當時，很多科學家都報道了他們成功從琥珀生物內含物中提取古DNA的研究成果。這些化石對象包括中新世多米尼加琥珀中的蜜蜂、白蟻和豆科植物，早白堊世黎巴嫩琥珀中的象鼻蟲等。甚至后來勞爾·卡諾（Raul J. Cano）還聲稱從緬甸琥珀中發(fā)現了休眠的酵母菌，并以此為噱頭，開了個叫“化石釀造”的釀酒廠，推銷起用“遠古酵母菌”釀造的啤酒。

當然，之前研究的結果目前都已經被證明是錯誤的，現代的進一步研究也未能從同時代的琥珀標本中提取出DNA，實驗結果無法獨立復制并驗證。部分研究中發(fā)表的古昆蟲DNA序列也被證明是其他昆蟲或真菌序列，是污染造成的?？傊?，目前沒有任何確信的研究證實琥珀能夠提取出DNA。

那么，到底能否從琥珀中提取出DNA呢？

這就要從DNA的性質和琥珀的形成說起了。古DNA指的是殘存在古代生物遺骸中的遺傳物質（脫氧核糖核酸），載有生物遺傳信息的古代生物分子。對于活體生物，細胞中存在著特定的機制用于修復時刻損傷的DNA序列。而當生物死亡后，細胞結構會遭受破壞，細胞中的核酸酶會主動切割DNA，導致DNA斷裂，水解、氧化和交聯作用也會使DNA降解。隨著生物遺骸的腐爛，微生物的生長會進一步加速DNA的降解。但在特殊情況下，如快速干燥、寒冷、高鹽等不利于微生物生長的環(huán)境是可以減緩DNA的降解的，可這些條件仍無法阻止DNA走向消亡。

莫頓·艾倫托夫特（Morten Allentoft）等研究者通過對不同保存條件下的恐鳥骨骼（距今8000-600年前）進行了古DNA提取研究，推測能夠保留遺傳信息的古DNA存在的時間上限為150萬年。目前，人類提取到的最古老的古DNA序列是距今約165萬年（基于遺傳測年法）到110萬年（基于沉積物年齡），這些DNA提取于一枚發(fā)現于西伯利亞凍土層中的猛犸象牙齒化石。

2020年索洛薩諾·克雷默（S o lór z a n o - K r a e m e r）等研究者對琥珀重新進行了定義，認為琥珀應該是指老于更新世，即時代不晚于258萬年前的樹脂化石。由于這個時間要超過150萬年，按照上述古DNA保存的時間上限，琥珀中似乎就不太可能保存有遺傳信息的DNA片段。

近期中國科學院南京地質古生物研究所的一項研究表明琥珀中普遍保存有（非生物）礦化的內含物，典型例子是在緬甸琥珀中發(fā)現的以方解石和二氧化硅礦物的形式保存的昆蟲化石。這類礦化標本表明琥珀并不總是一個完全密閉的體系，攜帶發(fā)生礦化作用的化學成分的流體是可以沿著琥珀的裂隙從外界進入琥珀中的。一旦流體進入琥珀內接觸生物內含物，便會加速生物有機質的降解。礦化過程本身也會破壞或置換有機質。即使琥珀中的生物內含物沒有發(fā)生礦化，肉眼可見的裂隙或者微裂隙也似乎廣泛存在于琥珀中。因此，無論是在成巖作用前，成巖作用時，還是后期改造，流體都有可能沿著裂隙進入樹脂（柯巴或琥珀）中，進而影響內含物的保存。

由上述研究可知，當下我們無法從琥珀中提取出包含遺傳信息的古DNA序列。而像《侏羅紀公園1》中從蚊子體內提取恐龍血液也是不可能的，因為蚊子吸取的血液也會在參與化石形成的過程中消失殆盡。再嚴謹一些，《侏羅紀公園1》中從琥珀中提取DNA實驗的每一步操作都面臨著污染的難題，比如暴露的空氣、給琥珀鉆孔的鉆針和提取血液的注射器針頭等，都有可能攜帶來自外界的DNA，從而對樣品造成污染。這些問題同樣存在于現代研究中。

現代研究中對于古DNA研究最重要的就是要最大限度地減少實驗室污染和樣品污染。減少實驗室污染的措施包括設置超凈實驗室，注意實驗儀器、試劑、人員操作等外界因素的影響。判斷是否樣品污染，需要從獲得的真實數據結果、實驗方法和流程、對照實驗結果、理論模型結果等多方面的對比推測和分析判斷，才能獲得最終的相對確定的答案?？傊?，古DNA的研究對樣品、實驗室條件、實驗技術、理論方法等都有著極為嚴格的要求。這使得我們想要從琥珀中提取出DNA充滿挑戰(zhàn)。

看到這里，許多朋友可能會認為，我們已經沒有可能從琥珀中提取DNA了。真的是一丁點兒希望都不存在了嗎？

2021年，古生物學家阿莉達·巴約勒（Alida Bailleul）和李志恒在一篇文章中總結了更新世之前的古DNA化石記錄。認為前人在漸新世、始新世和白堊紀的植物化石及恐龍化石中發(fā)現了保存有疑似古DNA的細胞核和染色體。這些古DNA是通過染色法觀測到的，目前還不能通過提取和測序等方式得到。

化石細胞核的組織化學和細胞化學的數據都證明更早的化石中保存有內源性的化石化古DNA，且不是來自外界的污染。研究認為從化石中沒有成功提取古DNA，主要有兩種可能性：一是化石中確實沒有保留古DNA，二是化石保留了古DNA化石化產物，但依據目前的提取方法和測序技術暫時無法獲取。這些研究結果表明對于更古老的化石是否能保存和提取古DNA還有極大的空間值得去驗證和探索，更多的科研工作有待開展，似乎我們仍可以抱有一絲期待。