北京2021年7月29日 /美通社/ -- “我們是誰(shuí)？我們從哪里來(lái)？”認(rèn)識(shí)歷史，離不開(kāi)考古學(xué)。
近年來(lái)，我國(guó)考古取得了豐碩的成果。如，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹團(tuán)隊(duì)關(guān)于古基因組揭示近萬(wàn)年來(lái)中國(guó)人群的演化與遷徙歷史的研究成果，填補(bǔ)了東方尤其是中國(guó)地區(qū)史前人類遺傳、演化、適應(yīng)的重要信息缺環(huán)；三星堆6座文化“祭祀坑”考古新發(fā)現(xiàn)是中華文明多元一體發(fā)展模式的重要實(shí)物例證，充分體現(xiàn)了古蜀文明、長(zhǎng)江文化對(duì)中華文明的重要貢獻(xiàn)。
浪潮助力吉大古DNA實(shí)驗(yàn)室解鎖藏在DNA里的秘密
考古為我們揭示了中華文明起源，重現(xiàn)中華文明的燦爛成就，展示中華文明對(duì)世界文明的重大貢獻(xiàn)，增強(qiáng)了民族自信。時(shí)值中國(guó)考古學(xué)誕生100周年，我們溯源歷史的腳步從未停止，探尋答案的途徑卻更加多樣。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，考古學(xué)研究不斷深入，科技在考古研究中占比大幅提升。浪潮攜手吉林大學(xué)古DNA實(shí)驗(yàn)室，將智算應(yīng)用到DNA考古中，解鎖古生物的生命奧秘，重現(xiàn)古老文明演變的軌跡，溯源人類文明。
科技賦能考古 溯源更多未知的文明
將基因分析應(yīng)用于考古學(xué)研究中，已經(jīng)成為國(guó)際考古研究中的前沿領(lǐng)域和熱點(diǎn)方向 -- 分子考古學(xué)。古DNA是分子考古學(xué)的核心，眾所周知，遺傳信息保存在DNA中，DNA考古就是利用現(xiàn)代分子生物學(xué)的手段提取和分析保存在遺骸中的DNA，同時(shí)依靠考古學(xué)以及其他學(xué)科交叉研究，研究古代生物種群特征及相互關(guān)系，這一方法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)考古無(wú)法觸達(dá)的精準(zhǔn)，使得考古成果更精準(zhǔn)、更科學(xué)以及更客觀。
1984年，科學(xué)家從早已滅絕的南非斑驢樣本中，找到了微量的DNA并進(jìn)行了測(cè)序，古DNA研究就此誕生；1997年對(duì)尼安德特人的研究，證實(shí)了古DNA存在的可靠性；2012年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)西伯利亞一個(gè)洞穴內(nèi)發(fā)現(xiàn)的牙齒和指骨化石提取的DNA進(jìn)行分析，證明了丹尼索瓦人的存在，被《科學(xué)》雜志評(píng)為2012年度十大科學(xué)突破之一；2020年，中國(guó)科學(xué)家從甘肅夏河縣白石崖溶洞（上圖）的土壤沉積物中提取出丹尼索瓦人的線粒體DNA，表明了丹尼索瓦人自倒數(shù)第二次冰期至末次冰期都生活在青藏高原。
吉林大學(xué)于1998年建立國(guó)內(nèi)首個(gè)考古DNA實(shí)驗(yàn)室，并利用考古學(xué)、人類學(xué)以及語(yǔ)言學(xué)等的跨學(xué)科交叉，為我國(guó)北方地區(qū)和新疆地區(qū)的古人類DNA、古動(dòng)植物DNA研究和古文明的溯源，做出了巨大的貢獻(xiàn)。2019年，吉大古DNA實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了世界首例古小麥全基因組的破譯，為理解東西方文化交流及農(nóng)業(yè)傳播，提供了跨時(shí)間維度的直接證據(jù)；2020年6月1日，吉林大學(xué)古DNA研究成果還原了新石器時(shí)代農(nóng)業(yè)革命以來(lái)，中國(guó)北方地區(qū)的人群互動(dòng)，為探討中華文明的起源、形成和發(fā)展提供了重要證據(jù)。
強(qiáng)大算力助力 解鎖藏在DNA里的秘密
古DNA的提取并不是一件容易的事情。古DNA由于年代久遠(yuǎn)、水解、氧化、微生物降解等原因很難完整保留下來(lái)，不僅可提取到的量很少，與現(xiàn)代DNA相比更短，科研人員需要對(duì)珍貴的古DNA進(jìn)行更大規(guī)模的測(cè)序，以獲得更多的有效數(shù)據(jù)，測(cè)序帶來(lái)的海量DNA數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算力、計(jì)算效率都提出了很高的要求。
古DNA的研究中，研究人員先對(duì)骨骼樣本進(jìn)行采集，用專業(yè)工具獲得骨骼粉末；采用特有的試劑盒對(duì)粉末進(jìn)行DNA提??；隨后對(duì)提取液中的古DNA進(jìn)行文庫(kù)的構(gòu)建并測(cè)序。通過(guò)測(cè)序儀測(cè)得DNA片段的序列信息后，首先比對(duì)(Mapping)至所研究物種的參考基因組(References)，然后利用群體遺傳學(xué)分析工具、系統(tǒng)發(fā)育軟件等對(duì)序列信息進(jìn)行分析，并與現(xiàn)代或者其他古代人群、動(dòng)物等遺傳信息進(jìn)行比對(duì)，從而追溯個(gè)體或群體的來(lái)源、遷移以及融合過(guò)程等。
無(wú)論是比對(duì)(Mapping)、群體遺傳學(xué)分析、還是系統(tǒng)發(fā)育分析，這些研究數(shù)據(jù)的處理都對(duì)背后的算力提出了要求。過(guò)去，科研人員通常使用臺(tái)式機(jī)和普通的服務(wù)器進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)分析，單次能分析的序列數(shù)量非常有限；隨著二代高通量測(cè)序技術(shù)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用對(duì)小片段古DNA分子捕獲能力的增強(qiáng)，科研人員實(shí)驗(yàn)所得的DNA序列大幅提升，帶來(lái)了巨大的DNA數(shù)據(jù)處理需求，臺(tái)式機(jī)和普通的服務(wù)器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需求。
吉大考古學(xué)院與浪潮合作，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了基于浪潮智算的基因測(cè)序加速應(yīng)用方案，最大限度地提高了測(cè)序精準(zhǔn)性、提升了古DNA使用效率，可以在9.64小時(shí)內(nèi)完成全基因組分析，48分鐘完成全外顯子組分析，相比基于CPU的方案，基因數(shù)據(jù)處理速度提升39倍，加速了古DNA研究成果的誕生。
用科技的力量實(shí)現(xiàn)與歷史的對(duì)話，浪潮正在持續(xù)不斷地通過(guò)技術(shù)的力量推動(dòng)人類文明發(fā)展和溯源、追問(wèn)未知答案、追求人與地球的和諧共生，將智算力注入宇宙探索、文明研究、生態(tài)環(huán)境、物種保護(hù)、交通出行等各個(gè)領(lǐng)域，為不斷變化的世界匹配持續(xù)迭代的科技來(lái)詮釋和支持，讓“計(jì)算之美”無(wú)處不在。
