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從古至今，關(guān)于人類從何而來的答案層出不窮，比如女媧造人等神話傳說。隨著科學(xué)的進(jìn)步，人們逐漸認(rèn)識到，現(xiàn)代人類起源于古猿，但想要了解人類起源和演化背后的過程，仍需要更多的努力。

10 月 3 日，2022 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎被授予進(jìn)化遺傳學(xué)家斯萬特 · 帕博（Svante Pääbo），以表彰其古基因組學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)。帕博博士通過開發(fā)古 DNA 提取和測序的技術(shù)，揭示所有現(xiàn)代人類與滅絕的古人類之間的基因差異，解開了人類演化史中的一個又一個謎團(tuán)。

2022 生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主 -- 斯萬特 · 帕博

圖片來源：nobelprize.org

答案，藏在古 DNA 里

提到 DNA，大家應(yīng)該都不會陌生，DNA 通過堿基對的排列來記錄生物的遺傳信息，從一定程度上，破譯了 DNA 的密碼，就可以了解生命背后的許多奧秘，這其中就包括人類的起源和演化。

舉個例子，英國分子生物學(xué)家亞歷克 · 杰弗里斯就通過血紅素蛋白基因的 DNA 序列推斷了這個基因何時開始在人類和猿類中獨立演化。

古 DNA 和平日里大家提到 DNA 并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，它們是古代生物遺體或遺跡中殘存的 DNA 的片段。古 DNA 的研究可以構(gòu)建和復(fù)原古代人的群遺傳結(jié)構(gòu)和種族屬性，幫助我們推斷群體間的交流及遷移模式。

古 DNA 的研究揭示了古人類之間的交流和通婚

圖片來源：參考文獻(xiàn)

一般而言，用于研究人類演化的古 DNA 包括三種類型：線粒體 DNA、Y 染色體 DNA 和核 DNA，它們分別反映了母系、父系，以及父母雙方的遺傳信息。

毫無疑問，DNA 測序技術(shù)的發(fā)明使得對 DNA，乃至于古 DNA 的研究想法得以實現(xiàn)，但不同于那些針對新鮮材料的研究，古 DNA 的提取并不容易。

雖然 DNA 序列的穩(wěn)定性很高，但是隨著時間的推移，古代標(biāo)本中的 DNA 依舊會被降解成短片段。也就是說，幾千年后，古代標(biāo)本中就只剩下微量的基因組 DNA，并且殘留的 DNA 已經(jīng)被細(xì)菌和現(xiàn)代人類的 DNA 所污染。

古人類化石中的 DNA 隨著時間推移被降解成短片段

圖片來源：nobelprize.org

因此，從古代人類遺骸中成功獲取內(nèi)源性古 DNA 并進(jìn)行深入研究分析的最大挑戰(zhàn)就是需要控制不同來源的現(xiàn)代人類和微生物 DNA 的污染。

大家可能不知道，盡管開創(chuàng)了古遺傳學(xué)領(lǐng)域，但帕博在古 DNA 的研究路上也并非一帆風(fēng)順。在研究一個 7000 年前的美洲土著人的大腦時，帕博就因為樣品被現(xiàn)代人的 DNA 污染而徹底失敗。

當(dāng)認(rèn)識到現(xiàn)代人帶來的任何污染都可能讓一次對古 DNA 的研究徹底失敗之后，帕博搭建了世界上第一個古 DNA 研究的超凈室（clean room）。

如今，超凈室已經(jīng)成為世界上大多數(shù)古 DNA 研究實驗室的標(biāo)準(zhǔn)配置。

超凈室

圖片來源：nytimes.com

在初步解決了污染問題后，帕博設(shè)法從一塊 40,000 年前的尼安德特人遺骸中收集了線粒體基因組的 DNA 序列，并進(jìn)行了測序。

因為這項研究，我們第一次獲得了來自已經(jīng)滅絕親屬的序列，結(jié)果表明，與當(dāng)代人類和黑猩猩相比尼安德特人在基因序列上是不同的。

從線粒體序列到基因組，找到那些在人類基因組中的 " 幽靈 "

上世紀(jì)末，人類基因組計劃的開展敲開了新世界的大門，人們可以從基因組中了解到過去不曾知道的信息。如果我們可以獲得古人類的基因組信息，再將這些信息和現(xiàn)代人類的基因組進(jìn)行比較，那是不是可以對人類演化的過程有更深入的了解呢？

答案顯然是肯定的。

帕博在取得了初步的進(jìn)展之后，毅然接受了對尼安德特人核基因組測序的巨大挑戰(zhàn)。他和他的團(tuán)隊改進(jìn)了從古骨遺骸中分離和分析 DNA 的方法，通過新的技術(shù)使得對古 DNA 的測序變得更為有效。

2010 年，帕博的研究取得了突破性的進(jìn)展，他們發(fā)表了首個尼安德特人基因組序列。對比分析表明，尼安德特人和智人共同生活在大約 80 萬年前。在他們共存的期間，尼安德特人和智人進(jìn)行了數(shù)次通婚，在現(xiàn)代的歐洲或亞洲人中，大約 1%-4% 的基因組來自尼安德特人。

尼安德特人和現(xiàn)代人祖先發(fā)生過通婚

圖片來源：nobelprize.org

除了尼安德特人，帕博的團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的古人類，命名為丹尼索瓦人。對丹尼索瓦人的古 DNA 進(jìn)行測序的結(jié)果表明，丹尼索瓦人和智人之間也發(fā)生過基因流動。這一發(fā)現(xiàn)使得人們對人類進(jìn)化史有了新的認(rèn)識。

一個新的人類演化故事浮出了水面：

智人與其他古人類存在通婚

圖片來源：nobelprize.org

當(dāng)智人離開非洲，并向其他大陸遷移時，至少有兩個滅絕的古人類種群就已經(jīng)居住在歐亞大陸，尼安德特人生活在歐亞大陸的西部，而丹尼索瓦人居住在大陸的東部。在智人向非洲以外的擴(kuò)張和向東遷移過程中，他們與尼安德特人以及丹尼索瓦人相遇，并發(fā)生通婚。

得益于帕博團(tuán)隊對于古人類基因組的測序，我們不斷靠近那個我們一直以來都為之疑惑的問題：人類從何而來？

但大家可能不知道，帕博一開始關(guān)注的并不是古人類，而是埃及的木乃伊。

將對古埃及的迷戀融入生物學(xué)中

在帕博 13 歲時，帕博的母親帶其前往埃及。自此之后，帕博就迷上了那里的古老歷史。雖然后來學(xué)習(xí)了醫(yī)學(xué)，但他仍舊熱愛埃及古文物學(xué)。

很多年輕人在選擇工作時，常常會在幾個選項間徘徊，不知道哪個才是自己的最佳選擇，帕博也不例外，但他似乎找到了兩全的方法，研究那些埃及木乃伊的 DNA。

當(dāng)時并沒有人試圖獲取古代的 DNA，至少沒有相關(guān)的論文發(fā)表，但帕博并不肯定自己的想法可以獲得成功。為此，他偷偷進(jìn)行了一些實驗，一方面怕導(dǎo)師反對，另一方面也擔(dān)心自己天馬行空的想法一旦失敗，可能會被同事們嘲笑。

在早期的嘗試之后，帕博與柏林國家博物館取得了聯(lián)系，采集了 30 多份木乃伊樣品。在一塊取自一個兒童木乃伊左小腿的皮膚樣品中，帕博甚至發(fā)現(xiàn)了明顯的細(xì)胞核。

木乃伊組織中的細(xì)胞核

圖片來源：烏普薩拉大學(xué)

1985 年，帕博從距今 2400 多年的埃及木乃伊中提取到了古 DNA 并進(jìn)行克隆測序，發(fā)表了第一篇研究古人 DNA 的文章。雖然目前幾乎可以肯定該文章獲得的 DNA 是污染的結(jié)果，但這一努力已經(jīng)讓人們認(rèn)識到，古 DNA 的提取并非全無可能。

帕博的努力開創(chuàng)了一個新的領(lǐng)域

圖片來源：molecularecologist.com

如今，人們已經(jīng)可以獲得古人類在基因組水平的遺傳信息。但誰又能想到，如今的突破，也許僅僅是一個在擇業(yè)時左右為難的年輕人的大膽想法。