古代DNA研究的力量
古DNA是指從古人類、動植物遺骸和古生物化石中提取的古生物分子。如果能從古生物化石和考古樣本中獲得最原始的遠古DNA信息，並與現代人類、動物和植物的基因信息進行對比，就能直接回答人類、動物和植物的起源和遷徙、文明的傳播和碰撞、歷史紛爭等問題。
20世紀80年代，考古學家和分子生物學家將古DNA研究引入傳統考古學，形成了國際考古學研究的前沿領域——分子考古學。古DNA研究作為科學考古的重要手段，在解決人類起源與遷徙、動植物馴化與馴化、農業起源與早期發展等重大考古問題中發揮了重要作用。
進入21世紀，隨著第二代測序技術的普及，古DNA研究迎來了黃金發展期。中國的科學家也在分子考古的浪潮中大放異彩。
早在1998，吉林大學考古系就與生命科學學院合作，成立了國內第壹個考古DNA實驗室，開展古DNA研究。如今，古DNA實驗室已初步建立了中國邊疆地區的古DNA基因庫，擁有古人類和古動植物樣本1萬余份，居全國之首。
據吉林大學邊疆考古研究中心副主任蔡大偉介紹，正是憑借這些雄厚的資源，近年來，吉林大學考古學院不斷創新，突破古DNA優勢，帶動了考古領域的多項重要進展。
比如對絲綢之路沿線不同時期動物樣本的全基因組分析，重構了家養動物群體傳播的時空框架，展現了更多東西方文化交流中絲綢之路大通道的歷史細節；測定和分析了約3800年前第壹種古小麥的全基因組序列，探索了現有地方小麥品種的栽培起源、擴散和遺傳改良。本文報道了中國北方55個古代個體的全基因組數據，探討了新石器時代農業革命以來中國北方的種群互動，為探索中華文明的起源、形成和發展提供了重要證據。
制約古代DNA研究的問題
盡管古代DNA研究進展迅速，但困難仍然不小。
蔡大偉解釋說，古代DNA研究主要分為兩部分。
第壹部分是通過實驗手段從遠古生物遺骸中提取DNA，完成擴增過程。生物體死亡後，其細胞內的遺傳物質立即開始降解，給DNA的提取和擴增帶來很大阻力。而且研究難免會遇到現代基因“汙染”的問題。
第二部分是測序和數據分析。因為古代DNA的基因序列片段比現代DNA短，所以古代DNA的測序比現代DNA復雜。以人類為例，人類基因組由30億個堿基對組成。考古學家在獲得古代人類DNA片段的序列信息後，需要借助生物信息學的手段對這些片段進行比對和組裝，還原成像現代人類DNA壹樣完整、高質量的全基因組。
“這個過程就像完成壹個巨大的拼圖。沒有強大的計算機軟硬件支持，這是不可能完成的任務。”吉林大學生命科學學院副院長、前沿考古研究中心教授崔銀秋直言。
蔡大偉指出，早期的研究人員使用通用的計算設備，比如CPU來做基因組裝，發現這個過程非常漫長。“壹般來說，完成壹個古人類的全基因組樣本分析至少需要兩周時間。”
“我們希望把盡可能多的時間花在科學問題的分析和結果的解釋上，而不是花在基礎數據的處理和計算上。”崔銀秋表示，這需要高性能計算、人工智能等新壹代技術來幫助科學家加速這壹分子考古的進程。
AI計算如何加速分子考古？
那麽，計算能力如何幫助加速基因拼圖重建的整個過程呢？
浪潮人工智能與高性能產品線總經理劉軍以與吉林大學考古DNA實驗室的合作為例進行了介紹。浪潮采用定制化的芯片加速方案，加速古生物基因序列的比對和組裝，然後利用人工智能的方法和手段，幫助科學家找到感興趣的變異基因。該方案可以幫助考古學家在9.64小時內完成全基因組分析，在48分鐘內完成全外顯子組分析，比基於CPU的方案快39倍。
“這意味著我國科學家可以在原來四十分之壹的時間內完成古人類全基因組的比對和拼接。”劉軍強調說。
我們都知道，因為DNA是可以復制的，尤其是從父母傳給子女的時候，只要突變不是致命的，這些突變就會被復制並遺傳給下壹代。因此，突變隨著時間的推移而積累，這使得科學家能夠找到基因進化的特定鏈，也可以通過積累的突變來估計時間。
“問題是，這些重要的突變基因在哪裏？在漫長的歷史長河中，他們經歷了怎樣的進化？”劉軍坦言，從這樣的追尋過程中，我們可以真實清晰地追溯人類是如何走過這幾百萬年的進化史的。
“然而，拼接後的基因組序列非常長，用傳統方法尋找其上某個特定基因的突變過程極其困難，猶如大海撈針。”劉軍說，只有借助人工智能計算方法和手段，科學家才能在基因海洋中找到自己最感興趣的基因和重要的突變基因。
劉軍認為，“從這個角度來看，我們正在為這門古老的學科創造壹種實用的工具，就像科學史上的顯微鏡和望遠鏡壹樣”。通過AI計算，服務科學家可以詳細獲得過去無法獲得的客觀證據，從而實現對歷史真相的洞察。
劉軍還特別提到，在AI計算與考古研究結合的過程中，也反過來打開了計算研究的眼界。“我們要看得遠、看得深，科學的未來要靠什麽樣的計算技術來迎接挑戰。”