安哥拉东部一个偏远的高海拔湿地，多年来流传着关于“幽灵象”的神秘传说——这些夜间活动的巨型大象，其行踪 elusive，仅凭当地居民的口述而存在。保护生物学家史蒂夫·博伊斯（Steve Boyes）为此追寻了十余年。直到2024年，运动传感器相机终于捕捉到了它们的影像，证实了这些神秘巨象的存在。然而，更深层次的问题随之浮现：这些大象究竟是谁？它们从何而来？博伊斯随即向斯坦福大学的科学家们寻求帮助。
出人意料的是，从大象粪便中提取的DNA样本揭示了一个惊人的答案。这些“幽灵象”的基因序列与此前测序过的任何大象种群都不同，它们拥有一个独特的遗传谱系。更令人惊讶的是，它们已知最接近的遗传匹配对象，竟然是数百英里以南纳米比亚的大象种群。
斯坦福大学人文与科学学院的米歇尔与凯文·道格拉斯讲席教授德米特里·彼得罗夫（Dmitri Petrov）领导了此次基因组分析。彼得罗夫教授指出：“DNA是生命分子，我们读取它的速度越来越快，这是一种非常强大的工具。”这项研究以及背后的斯坦福科学故事，被著名导演沃纳·赫尔佐格（Werner Herzog）制作成一部新的国家地理纪录片。影片记录了国家地理探险家博伊斯前往利西马利姆沃诺（Lisima Ly Mwono）高海拔湿地的旅程，该地区极其偏远，团队甚至需要抬着摩托车过河才能抵达。
据观察，这些“幽灵象”比该地区其他大象体型更大，且主要在夜间活动。博伊斯推测，它们可能是史上记录的最大陆地哺乳动物——一头名为“亨利”（Henry）的大象的后代。这头大象于20世纪50年代在安哥拉被猎杀，其遗骸目前收藏于史密森尼国家自然历史博物馆。
博伊斯将粪便样本带给了彼得罗夫教授和彼得罗夫实验室的资深科学家、斯坦福大学保护基因组学项目副主任凯蒂·索拉里（Katie Solari）。彼得罗夫实验室汇集了生物学家、物理学家和数学家，他们利用基因组工具研究进化适应性。前斯坦福研究员乔丹娜·迈耶（Jordana Meyer）是该项目的资深科学家，也是将这项工作引入彼得罗夫实验室的关键人物。另一位前斯坦福研究员埃莉·阿姆斯特朗（Ellie Armstrong）也做出了贡献。
在实验室中，研究人员将样本放入“珠磨机”（bead basher），这种机器能破碎细胞以释放DNA。提取出的DNA随后被送往测序仪，进行全基因组测序。索拉里表示：“这是一个利用非侵入性样本的绝佳案例，因为我们甚至无法直接看到这些动物。我们能做的最好方法就是获取它们的粪便，然后运用所有基因组技术来获取组织水平的信息。”
彼得罗夫和索拉里一直在非洲不同哺乳动物身上完善这种方法。他们的研究表明，如果粪便样本足够新鲜，科学家可以收集其外层黏液，这层黏液的功能与组织样本非常相似。索拉里解释说：“我们希望这些样本中含有更多的大象DNA，而不是粪便中其他物质的DNA，比如它们的食物、微生物群和寄生虫的DNA。”
团队获得“幽灵象”的基因组后，与芝加哥大学约翰·诺文布雷（John Novembre）实验室的博士后研究员卡拉·霍格（Carla Hoge）分享了数据，以便她能与其他大象的序列进行比较。然而，这项工作很快遇到了一个限制。索拉里指出：“令人惊讶的是，当我们启动这个项目时，关于大象的遗传信息并不多。只有少数圈养个体被测序过，但它们对我们的研究用处不大。”由于圈养大象的原始血统通常不明确，彼得罗夫和索拉里需要从“幽灵象”附近野生种群获取基因组数据，以确定这些群体是否相关。
为了完成比较分析，迈耶和索拉里花费数月时间，在纪录片拍摄区域收集了其他大象的血液和组织样本。卡拉·霍格的分析最终证实，这些“幽灵象”确实与我们现有测序数据中的任何大象种群都截然不同。索拉里说：“我们已经能够确定，它们在遗传上与纳米比亚的大象最为相似，而不是与博茨瓦纳奥卡万戈三角洲的大象相似，这非常令人惊讶。”
研究人员未能证明“幽灵象”与“亨利”之间存在遗传联系。目前，“亨利”仅有线粒体DNA的强遗传证据，而线粒体DNA仅通过母系遗传，且未能将其与“幽灵象”联系起来。索拉里表示，未来更多的数据可能会解决这个问题。
“幽灵象”的粪便样本不仅提供了血统线索。霍格还能够识别出个体大象、确定它们的性别，并评估它们之间是否存在近亲关系。彼得罗夫教授强调：“我们能够识别出不同的个体，这一点非常重要。这是一种非常成熟的方法，我们现在正用它来了解种群规模。能够在不打扰动物的情况下获取所有这些信息，真是太棒了。”
他继续说道：“我们研究的许多种群都濒临灭绝，因此保护问题变得至关重要。我们努力探索如何深入自然，了解这些生态系统如何运作，以便最终能够保护它们。”索拉里已将同样的粪便DNA方法应用于巴基斯坦雪豹的数量统计，雪豹是另一种难以仅通过观察进行研究的难以捉摸的物种。
斯坦福大学的科学家们还在可访问的活体实验室——贾斯珀岭生物保护区（Jasper Ridge Biological Preserve，又称‘Ootchamin ‘Ooyakma）进行了相关的环境DNA（eDNA）研究。eDNA是生物体在水、土壤或空气中留下的遗传物质，它提供了一种非侵入性的生态系统监测方法。彼得罗夫教授表示，他很欣赏这个项目的叙事维度，以及去年十月与电影与媒体研究系合作在校园内放映电影的机会。放映会包括赫尔佐格、彼得罗夫、索拉里和奥斯古德·胡克美术教授帕夫莱·列维（Pavle Levi）的座谈讨论。
彼得罗夫教授认为，这次讨论为科学家和艺术家提供了一个思考数据与叙事如何结合的机会。他说：“这为整个过程增添了诗意。我认为，除了斯坦福，很少有地方能进行这样的对话。”
这部电影记录了工作的一个阶段，但科学问题仍在继续。研究人员仍然想了解为什么“幽灵象”似乎可以追溯到纳米比亚，而不是安哥拉高地附近的一个种群。彼得罗夫教授说：“你解决了一个谜题，另一个谜题又出现了，然后我们再解决它。这很有趣。”