科學家正在揭示隱藏在古代羊皮紙中的生物學訊息，而且不會留下任何痕跡。
這本手稿已有約六個世紀的歷史，裝幀為磨損的棕色皮革，由266張精心製作的泛黃羊皮紙組成。它飽經歲月洗禮，書頁上留有淡淡的污漬，邊緣也因反覆翻閱而磨損。
現在已是北卡羅來納州立大學羅利分校(North Carolina State University in Raleigh)中世紀史學家的斯廷森回憶道：「它彷彿擁有自己的故事，自己的深厚歷史。它就像一座藏在書頁間的考古遺址。羊皮紙甚至散發著淡淡的動物氣味，不過是令人愉悅的那種。」
斯廷森想知道，用於製作書頁的動物皮中是否可能保存著DNA，以及這些DNA是否能為我們提供新的方法，以超越傳統的筆跡與方言特徵，來確定手稿的年代和語境。他的兄弟是一位生物學家，他表示理論上是可能的，但也警告說，技術上的障礙令人望而生畏。所需的技術──新一代定序方法以及用於解讀資料的相關電腦工具──當時還處於起步階段。即使存在可行的技術，文物保護人員也不太可能允許對不可替代的文化遺產進行破壞性取樣。
近二十年後，這份好奇心催生了一個新興領域。非破壞性取樣方法的發展，以及基因組學和蛋白質組學的進步，使得在不造成明顯損傷的情況下從古代羊皮紙中提取生物資訊成為可能。這門新學科稱為「生物密碼學(biocodicology)」，這是一種將分子生物學與密碼學(即對書籍作為物質對象的研究)相結合的學科。
研究成果正在改變學者對人類歷史的理解。透過分析羊皮紙，研究人員發現貿易網絡、畜牧業、醫療與宗教儀式、氣候變遷、流行病與洪水等方面的證據。
在這個過程中，他們發現古代羊皮紙保存的不僅僅是文字。
一個生物檔案庫
在中世紀，羊皮紙是歐洲主要的書寫材料，用於記錄從法律文件到宗教經文的各種內容。它的製作方法是將動物皮浸泡在石灰中，將其繃在框架上，然後在乾燥過程中刮薄。即使歷經數百年，羊皮紙上依然留有當年加工的細微痕跡：毛髮面的毛囊紋理、肉面較為平滑的質地，以及經驗豐富的學者幾乎憑直覺就能解讀的各種細微差別。正是由於其耐久性，使中世紀手稿長久以來成為極具價值的歷史文物。
在2009年的一篇文章中，斯廷森指出，羊皮紙手稿記錄了跨越千年的動物生活和人與動物互動的逐年歷史。他問道，既然圖書館的書架上已經存放了數百年，為何動物考古學家還要專注於挖掘骨骼呢？
這一觀點引起了馬修‧柯林斯(Matthew Collins)的注意。柯林斯是生物分子考古學家，同時在哥本哈根大學(University of Copenhagen)與聯合王國的劍橋大學(University of Cambridge)任職。他率先開發一種名為「質譜動物考古學(zooarchaeology by mass spectrometry，ZooMS)」的技術，用於鑑定古代骨骼的動物種類。質譜動物考古學的工作原理是分析I型膠原蛋白的碎片，I型膠原蛋白是皮膚、牙齒與骨骼中的主要結構蛋白。膠原蛋白的物種特異性差異在質譜儀測量時會產生獨特的分子「指紋」。
柯林斯回憶起在蘇格蘭的一個發掘計畫中，他的團隊分析了1000多塊骨骼碎片。三年後，他們最終只能夠準確地辨識出29種不同的動物。他表示：「那真是一個令人失望的計畫。」當他意識到羊皮紙是由一種富含膠原蛋白的類似材料製成，而且手稿通常會註明製作時間與地點時，柯林斯渴望探索它的科學潛力。
無跡可尋
莎拉‧菲迪門特(Sarah Fiddyment)在西班牙薩拉戈薩大學(University of Zaragoza)攻讀心血管蛋白質組學博士學位期間，偶然聽到一場關於將科學技術應用於文化遺產的講座，這激發了他追隨柯林斯進行博士後研究的念頭。柯林斯邀請他發展一種辨識羊皮紙上動物物種的方法。菲迪門特計劃從手稿邊緣刮取一小條樣本。但當他抵達聯合王國約克郡的博斯威克研究所檔案館(Borthwick Institute for Archives)時，文物修復人員拒絕讓他使用刀子接觸他們的文件。「我其實面臨著一個無法完成的兩年計畫的窘境。」
這一僵局反映出科學與人文之間長久以來的鴻溝──不列顛小說家兼物理學家C‧P‧斯諾(C. P. Snow)稱之為「兩種文化問題」。科學家習慣鑽取化石岩芯或剪取羽毛，而學者通常認為，即使是對中世紀書頁造成最輕微的傷害都是不可饒恕的。因此，任何對羊皮紙上的生物材料進行取樣的方法都必須達到極高的標準：其影響必須幾乎不可見，即使在顯微鏡下也難以察覺。
柯林斯回憶起在博斯威克研究所檔案館的那段緊張時刻，認為那是個轉捩點。 他表示：「『不』對科學家來說是一個非常有力的詞。因為它能讓你跳出固有思維，另闢蹊徑。」菲迪門特在檔案館待了一個月，觀察文物修復人員的工作。他注意到，他們通常用那種常見的白色橡皮擦來清潔羊皮紙，這種橡皮擦常見於許多小學課桌上。於是，他詢問是否可以收集橡皮擦的碎屑。「那些吹掉的細小碎片，就是我收集的，我們發現這種方法非常有效。」
這些碎屑後來被他們稱為「橡皮屑(erdu，取自橡皮擦碎屑[eraser dust])」，結果證實是分子層級的黃金。當聚氯乙烯橡皮擦在羊皮紙上摩擦時，靜電會將微小的顆粒從表面剝離下來，其中包括膠原蛋白與微量的DNA。菲迪門特使用他稱為eZooMS5的改進版動物考古質譜分析技術，分析他所收集到的碎屑。
菲迪門特用13世紀的「袖珍聖經(pocket Bibles)」檢驗他的方法。長期以來，人們一直認為袖珍聖經薄如蟬翼的紙張是用松鼠與兔子等動物的皮製而成的。但他的分析卻得出不同的結論。這些羊皮紙是由常見的動物皮製成的：小牛皮、山羊皮或綿羊皮。這項發現並非強調使用了不尋常的材料，而是凸顯出其非凡的工藝。
但其他研究提出的問題比答案更多。斯廷森回憶起他與菲迪門特和柯林斯合作的第一本書：一本12世紀的《路加福音(Gospel of St Luke)》光面抄本。在他經驗豐富的眼中，這本手稿似乎完全由小牛皮製成。他表示：「結果出來後，所有人都震驚了。」測試表明，手稿中刻意交替使用小牛皮與綿羊皮。羊皮紙也出現在書中，但緊接著浪子回頭的寓言故事之後，而這則寓言故事中也提到了山羊羔，這是書中唯一一次提到羊羔。斯廷森說道：「現在，這或許只是巧合，我們不得而知，但這本書確實非常怪異。」
閱讀殘留物
雖然這種方法有效，但卻十分費力。它需要反覆摩擦同一塊羊皮紙，直到積累的碎屑足以填滿微型離心管的底部。在北卡羅來納州(North Carolina)達勒姆市(Durham)杜克大學(Duke University)的珍本書圖書館裡，斯廷森花了數天時間才對一本書進行取樣。他表示：「說實話。兩天下來，感覺就像得了網球肘一樣。」
在尋找較不具破壞性的替代方法時，斯廷森及其同事凱莉‧邁克爾約翰(Kelly Meiklejohn)合作。邁克爾約翰是一位法醫科學家，曾在維吉尼亞州(Virginia)匡提科(Quantico)的聯邦調查局實驗室擔任博士後研究員。在那裡，他開發了識別被用作潛在生物武器的有毒植物與真菌的方法。這些物品通常呈粉末狀，且已去除明顯的識別特徵。
研究團隊嘗試了一系列對網路上購買的古老手稿進行無損檢測的方法。一些方案很快就被排除：例如鈍化的黃油刀刃、犯罪現場使用的法醫纖維提取工具，甚至還有壁虎膠帶──這種膠帶表面有微小的凸起，無需化學粘合劑即可粘附在物體表面。雖然從技術上講，這種膠帶屬於無損檢測，但它會黏在實驗室的鑷子和試管上，並且含有微量的牛DNA，推測可能來自製造過程中的污染。
最終，研究人員鎖定兩種非破壞性檢測方法：橡皮擦與軟毛細胞刷，後者是子宮頸癌篩檢時使用的拋棄式工具。比較結果顯示，細胞刷更容易使用，而且在提取DNA的效果上，與橡皮擦一樣好用。
從羊皮紙中提取的DNA通常會斷裂成微小的片段，且含量極低，無法用標準檢測方法檢測到。但邁克爾約翰表示，「我們對每個樣本都進行了檢測」，因為他的實驗室採用的是專為這類遺傳物質設計的法醫式工作流程。
他的團隊會先將DNA轉化為定序文庫(sequencing libraries)，並利用一種稱為「雜交捕獲(hybridization capture)」的技術來提取目標動物的序列。磁性RNA「誘餌」的設計，與羊皮紙常用物種的粒線體基因組相匹配，即使序列與現代基因組參考序列相差高達20%，也能與目標DNA結合。然後對富集的DNA進行定序，並將其比對到包含16個參考基因組的基因組庫中，這些基因組包括人類、狗、豬與多種鹿科動物的基因組。
在電腦螢幕上，結果呈現為密集的、階梯狀堆疊的彩色水平條帶──這些短小的古代DNA片段與現代參考序列雖然並非完美匹配，但仍具有足夠的可信度。在重複測試中，使用刷取法所得的結果與已知的物種鑑定結果相符，且常常超出預期。
然而，這種方法也存在一些實際操作上的難題。在計劃前往聯合王國進行研究之前，邁克爾約翰遇到找不到合適細胞刷的問題。他利用年度婦科檢查的契機詢問細胞刷的購買地點。診所最初表示可以提供幾袋，但最終還是由另一家供應商提供了產品。
超越物種
該團隊與杜克大學合作，將細胞刷取技術應用於跨越漫長歷史時期與廣闊地域的文獻，並採集來自歐洲、北非與中東、公元8-20世紀的羊皮紙樣本。這些尚未發表的研究成果是基於從91份手稿中提取的351個樣本。研究人員在58%的案例中確定了皮毛的來源物種。大多數樣本來自綿羊，其次是牛與山羊，只有一個樣本的皮毛特徵奇特，疑似豬皮。他們發現，物種選擇大多遵循地域模式；例如，綿羊是英格蘭的主要皮毛來源，而山羊則是地中海地區的主要皮毛來源。
一份13世紀的《希臘文新約聖經(Greek New Testament)》樣本與歐洲馬鹿(Cervus elaphus hippelaphus)的皮毛非常接近，但訊號強度略低於最終鑑定所需的閾值。
在杜克大學(Duke University)訪問期間，我與斯廷森一起從那份神秘的手稿中收集更多樣本。在安靜的閱覽室裡，善本書收藏室主任安德魯‧阿瑪科斯特(Andrew Armacost)在一張長桌上擺放了幾卷中世紀手稿，燈光柔和均勻。書頁上密密麻麻地寫滿了黑色與紅色墨水的優美文字──有些裝訂在深色龜裂的皮革上，有些則只剩下單頁。在我們注視下，斯廷森戴上手套，設定好計時器，用刷子在空白的羊皮紙上輕輕地畫著圈，持續一分鐘，然後將刷頭折斷，塞進一個管子中。
阿瑪科斯特不得不拒絕一些來自其他前景良好研究計畫的破壞性取樣請求，他不願看到館藏哪怕被切掉一公分。他很樂見非破壞性方法逐漸普及，也很好奇這些方法可能會揭示什麼。他表示：「我們一直把(羊皮紙)當作文字資料，但也許它們仍然蘊藏著許多其他的故事。」
一個不斷發展的領域
這些故事正逐漸浮現。如今，科學家可以確定羊皮紙樣本中動物的性別，對特定品種進行分類，並檢測病原體。例如，研究人員在許多羊皮紙樣本中檢測到羊痘病毒。由於這種病毒演化速度緩慢──大約每兩年發生一次突變──科學家可以利用系統發育分析，將特定病毒株的出現時間精確到大約50年的時間範圍之內。
生物密碼學也能幫助科學家重建古代手稿的處理方式及其流通環境。
例如，鹽是中世紀羊皮紙製作的必需品。由於不同地區使用的鹽種類不同，殘留在羊皮紙上的嗜鹽菌(halophilic)可以作為地理標記。就連蟲害也能說故事。「書蟲(Bookworms)」其實是各種家具甲蟲的幼蟲，它們會鑽入中世紀書籍的裝訂層。幼蟲鑽出的孔洞與留下的DNA揭示了這些昆蟲以及書籍曾經存在的地方。值得注意的是，這些甲蟲的分布與新教改革的地理邊界密切相關。斯廷森說：「我們戲稱它們為新教甲蟲與天主教甲蟲。」
非破壞性方法也可以揭示一些鮮有文字記載的習俗。菲迪門特使用eZooMS技術對一件中世紀生產束帶(一種用於保護孕婦與產婦在懷孕和分娩期間的宗教護身符)上的殘留物進行採樣。他從一件15世紀晚期的束帶中，提取出子宮頸陰道分泌物的痕跡，以及山羊奶、雞蛋、蜂蜜與多種植物的成分──這些正對應中世紀分娩藥方中常見的配方。菲迪門特表示：「這是第一次得到某種直接證據，證明人們確實佩戴過這種束帶。」
有些科學家甚至將生物密碼學應用於氣候科學領域。為了重建歷史降雨模式，柯林斯的研究小組開發一種基於溶劑的抽吸技術，用於從古代羊皮紙中提取脂質。保存在脂質中的氧同位素記錄了過去的降雨量與氣溫變化，使研究人員能夠探測到全球氣候事件，例如1816年的「無夏之年(year without a summer)」，這一事件發生在1815年印度尼西亞坦博拉火山(Mount Tambora)爆發之後。柯林斯認為，如果大規模研究，羊皮紙可以與樹木年輪相媲美，成為重要的氣候檔案。
展望未來
但要能進行這類宏觀研究，資源條件的差異相當顯著。美國的科研人員面臨資金驟減的困境，而歐洲則透過歐洲研究理事會(European Research Council)的「從野獸到工匠(Beasts to Craft)」與「CODICUM」等專案計畫，投入超過2000萬歐元(折合約2300萬美元)用於生物密碼學研究。柯林斯表示，一些資助機構重視將技術推向極致，部分原因是為古代手稿開發的方法可以更廣泛地應用於現代問題，例如糧食安全、醫學與法醫學。
斯廷森失去美國國家藝術基金會(US National Endowment for the Arts)的資助，但他去[2025]年6月利用大學的資助再次前往聯合王國進行研究。這次，他參訪諾里奇(Norwich)的諾福克郡檔案館(Norfolk Record Office)，從歷史悠久的莊園法庭卷宗中採集100份細胞刷樣本。可供研究的生物材料數量驚人：檔案館藏有170萬份羊皮紙，遠遠超過他一生所能採集的數量。他表示：「這只是一個郡的量」。位於倫敦的聯合王國國家檔案館(The UK National Archives)擁有「綿延數英里」的羊皮紙書架。「我們談論的是一個規模龐大的動物檔案庫。此前從未有人想到過它應該這樣。」
在諾福克郡的辦公室，斯廷森拿到一枚徽章，憑此徽章他可以自由出入檔案館。徽章上赫然寫著：一旦警報響起，他只有幾秒鐘的時間離開，否則消防系統會抽光房間裡的氧氣。
他無需提醒自己要小心謹慎。這些古老的文物彌足珍貴，不僅因為其頁面上所書寫的文字，更因為它們蘊藏著等待解讀的生物歷史。
《自然》652，頁529-531(2026)。Doi：10.1038/d41586-026-01029-2
How DNA forensics is transforming studies of ancient manuscripts
