全新的古基因組學(xué)告訴我們?nèi)祟悶槭裁慈绱霜?dú)特？

人類的起源向來(lái)是人們感興趣的話題。我們從哪里來(lái)？現(xiàn)代人與我們之前的人種有什么關(guān)系？是什么讓智人有別于其他人種？

獲得2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·帕博（Svante Paabo）通過(guò)其開創(chuàng)性的研究，完成了一件看似不可能的事：為尼安德特人的基因組測(cè)序。結(jié)果表明：尼安德特人是現(xiàn)代人已滅絕的近親。

帕博還發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的古人類——丹尼索瓦人。更重要的是，帕博發(fā)現(xiàn)，在大約7萬(wàn)年前遷出非洲后，這些現(xiàn)已滅絕的古人類向智人進(jìn)行了基因轉(zhuǎn)移。這種流動(dòng)在今天具有生理學(xué)上的意義，例如，其影響了人類免疫系統(tǒng)對(duì)感染的反應(yīng)。

帕博的開創(chuàng)性研究催生了一門全新的科學(xué)學(xué)科：古基因組學(xué)。通過(guò)揭示所有活著的人類與已滅絕的原始人類的基因差異，為探索是什么讓我們成為獨(dú)特的人類奠定了基礎(chǔ)。

圖源：諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)官網(wǎng)

完成尼安德特人基因組測(cè)序

1990年，帕博到德國(guó)慕尼黑大學(xué)任教。他決定分析尼安德特人線粒體的DNA。線粒體基因組很小，只包含細(xì)胞中遺傳信息的一小部分，但它存在數(shù)千個(gè)DNA副本，增加了研究成功的機(jī)會(huì)。帕博成功對(duì)一塊4萬(wàn)年前的骨骼的線粒體DNA區(qū)域進(jìn)行了測(cè)序。人類因此首次獲得了第一個(gè)已滅絕的近親古人類的基因序列。與現(xiàn)代人類和黑猩猩的比較表明，尼安德特人在基因上與眾不同。

DNA位于細(xì)胞內(nèi)的兩個(gè)不同區(qū)域。核DNA包含大部分遺傳信息，而小得多的線粒體基因組則以數(shù)千個(gè)拷貝存在。死亡后，DNA會(huì)隨著時(shí)間推移而退化，最終只剩下少量。它還會(huì)被來(lái)自例如細(xì)菌和現(xiàn)代人類的DNA污染。

2010年，帕博及其團(tuán)隊(duì)公布第一個(gè)尼安德特人基因組序列。對(duì)比分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大約80萬(wàn)年前。

通過(guò)研究尼安德特人和來(lái)自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人之間的關(guān)系，結(jié)果表明，與源自歐洲或亞洲的當(dāng)代人類的序列相比，尼安德特人的DNA序列與源自非洲的當(dāng)代人類更為相似。這意味著尼安德特人和智人在他們幾千年的共存過(guò)程中進(jìn)行了交配。在具有歐洲或亞洲血統(tǒng)的現(xiàn)代人中，大約有1～4%的基因組源自尼安德特人。

帕博從已滅絕的人類骨骼標(biāo)本中提取DNA。他首先從德國(guó)的尼安德特人那里獲得了一塊骨頭碎片，該地點(diǎn)以尼安德特人的名字命名。后來(lái)，他使用了來(lái)自西伯利亞南部丹尼索瓦洞穴的一根指骨，丹尼索瓦人就是在這個(gè)地方命名的。

系統(tǒng)發(fā)育樹顯示智人與已滅絕的人類之間的進(jìn)化和關(guān)系，還說(shuō)明了帕博發(fā)現(xiàn)的基因流。

發(fā)現(xiàn)不為人知的丹尼索瓦人

2008年，帕博在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發(fā)現(xiàn)了一塊4萬(wàn)年前的手指骨碎片。這塊骨頭含有保存極為完好的DNA，帕博的團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)序。結(jié)果引起轟動(dòng)：與所有已知的尼安德特人和現(xiàn)代人的序列相比，該DNA序列是獨(dú)一無(wú)二的。帕博發(fā)現(xiàn)了一種此前不為人知的古人類，并將其命名為丹尼索瓦人。與來(lái)自世界不同地區(qū)的當(dāng)代人類的序列進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，丹尼索瓦人和智人之間也發(fā)生了基因流動(dòng)。這種結(jié)合的關(guān)系首先出現(xiàn)在美拉尼西亞和東南亞其他地區(qū)的人口中，那里的個(gè)體攜帶高達(dá)6%的丹尼索瓦人的DNA。

帕博的發(fā)現(xiàn)使我們對(duì)人類進(jìn)化史有了新的理解。在智人遷出非洲時(shí)，歐亞大陸上至少居住著兩個(gè)原始人類種群。尼安德特人生活在歐亞大陸的西部，而丹尼索瓦人則居住在該大陸的東部。在智人向非洲以外擴(kuò)張和向東遷徙的過(guò)程中，他們不僅與尼安德特人結(jié)合，還與丹尼索瓦人結(jié)合。

圖源：諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)官網(wǎng)

開創(chuàng)古基因組學(xué)全新學(xué)科

帕博的發(fā)現(xiàn)提供了有關(guān)智人從非洲遷移到世界其他地方時(shí)世界人口分布情況的重要信息。尼安德特人居住在歐亞大陸的西部，丹尼索瓦人則居住在東部。當(dāng)智人遍布整個(gè)大陸時(shí)，人種的結(jié)合就發(fā)生了，留下了“印”在我們DNA中的痕跡。

通過(guò)開創(chuàng)性研究，斯萬(wàn)特·帕博建立了一門全新的科學(xué)學(xué)科——古基因組學(xué)。在最初的發(fā)現(xiàn)之后，他的團(tuán)隊(duì)已完成對(duì)滅絕的古人類的幾個(gè)額外基因組序列的分析。帕博的發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家提供了更好地了解人類進(jìn)化和遷徙的廣泛而獨(dú)特的資源。新序列分析方法表明，在非洲，古人類也可能與智人混合在一起。然而，由于熱帶氣候中古老DNA的加速退化，非洲已滅絕的古人類的基因組還沒(méi)有被測(cè)序。

帕博的發(fā)現(xiàn)讓我們了解到，我們已滅絕的近親古人類的基因序列影響了現(xiàn)代人類的生理。其中一個(gè)例子是丹尼索瓦人版本的EPAS1基因，它賦予了人類在高海拔地區(qū)生存的優(yōu)勢(shì)。此外，尼安德特人基因影響了人們對(duì)不同類型感染的免疫反應(yīng)。（選自《科技日?qǐng)?bào)》）