這個諾獎「花落」古遺傳學!他「探骨尋蹤」幾十年,追問人類演化之謎

2022年10月03日23:14:16 科學 1981
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我們到底從哪裡來?是什麼使我們成為獨一無二的人類?今天(10月3日),隨着今年諾貝爾生理學或醫學獎的揭曉,獲獎者的研究領域帶領大眾重溫這一人類終極命題。

瑞典卡羅琳醫學院今天(10月3日)宣布,2022年諾貝爾生理學或醫學獎授予瑞典科學家斯萬特·佩博,表彰他在已滅絕古人類基因組和人類進化研究方面所作出的貢獻。佩博將獲得1000萬瑞典克朗獎金(約合642萬元人民幣)。

那麼,他所從事的到底是一項怎樣的研究?對現在的我們意味着什麼?為什麼今年的諾獎會「花落」古遺傳學這個領域?本報記者就此採訪多名相關領域專家。

「世界上最懂尼安德特人的現代人」,探索人類演化之謎

有人對一切都感到理所當然時,有人卻不斷發問:我們從哪裡來?我們與前人有什麼關係?憑什麼,最後是我們生存了下來?生於1955年的佩博就是這樣的提問者。為解開一個個和人類起源相關的謎團,他在已滅絕的人類基因組研究中尋找答案,從化石中提取、測序並繪製了尼安德特人基因組草圖,分析了所有現代人類和已滅絕人種的基因差異。

在他的一系列開創性研究中,對尼安德特人的基因組進行測序,被反覆提及。

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尼安德特人是1856年在德國尼安德河谷發現的一種古人類。1997年,佩博和同事報告了對尼安德特人線粒體DNA的測序結果,這被認為是一件「不可能完成的事」。因為,這是科學家第一次從已滅絕的人類身上提取到DNA並成功進行測序。此後,佩博一直致力於對尼安德特人的研究。2014年,由佩博講述自己和同事如何完成第一個尼安德特人基因組測序的著作《尼安德特人》(NeanderthalMan)出版。也因此,佩博被譽為「世界上最懂尼安德特人的現代人」。

他的這項研究有什麼深遠的意義?實際上,通過揭示、區分所有活着的人類和已滅絕的人類的基因差異,佩博發現,基因曾從已滅絕的人種轉移到智人身上,而古老的基因又流向了今天的人類——這在當下具有重要的生理學的意義。比如,影響我們的免疫系統對感染的反應。

曾在德國馬普進化人類學研究所與佩博共事過的廈門大學人類學研究所所長王傳超教授昨天接受本報記者採訪時介紹,佩博幾十年的「探骨尋蹤」,引發人們不斷思考諸如「之前已滅絕的人類為什麼會滅絕」「我們憑什麼是我們」等根本問題。他的研究發現,有的基因與語言表達有關,有的基因與心理狀況有關,這對人類構建社群結構是有幫助的。

如同諾獎評委會所言,他的發現為探索我們「何以成為獨一無二的人類」提供了基礎。

完成「幾乎不可能完成的任務」,為人類演化研究貢獻寶貴技術方法

通過幾十年的持續研究,佩博還建立了一門全新的學科——古基因組學。同等重要的是,他還為人類演化研究尤其是古人類研究貢獻了寶貴的方法和技術,比如古DNA超凈實驗室。

不止於尼安德特人,佩博還轟動性地發現了一種已滅絕的人類——丹尼索瓦人,這完全是通過從一個小指骨標本中獲取的基因組數據而獲得。

從事古人類研究為什麼難?簡言之,因為可供研究的骸骨非常少;即便有,它們在歷經幾十萬年的時間沉澱後,早已落滿細菌、病毒、土壤生物、沉積物等。對此,復旦大學生命科學學院教授李輝給記者打了一個生動的比方,「如同在一堆海量的城市垃圾里,要尋找一枚遺失的戒指,這幾乎是不可能完成的任務。」而事實是,佩博不僅去做了,還為此研究出一系列的技術方法,建立了技術手段。「如同發明了一個特定吊鉤,在海量垃圾中可快速匹配吊出戒指。」李輝說。

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DNA位於細胞內的兩個不同位置:細胞核DNA含有大部分遺傳信息,剩下的少部分則位於線粒體中。在古代人類死亡後,DNA會隨着時間推移而降解,也會被來自細菌和當代人類的DNA所污染。

事實上,佩博自20世紀80年代開始古DNA研究以來,一直在為探索古DNA實驗技術和建立古DNA研究標準而努力。「在歷史的長河裡,很多基因信息都消失了,如果沒有古DNA的研究方法,人類演化史里的混血、遷徙、取代等事件可能永遠搞不清。」上海科技大學iHuman研究所/生命科學與技術學院副教授趙素文說,佩博創新了古人類基因組學的研究方法,同時穩步改進了從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法,這也為後來的學者提取富集目標的古DNA提供了示例與可參考的依據。

如今,隨着分子克隆、PCR、二代測序技術、引物延伸捕獲和液相雜交捕獲等擴增和測序技術的湧現,古DNA研究已成為一個用途廣泛、極有發展前景的領域。

揭開更多人類進化史的奧秘,更多研究才剛剛開始

有了技術與方法,令人興奮的命題吸引着後來者:人類到底如何起源。如同諾獎評委會談到的,「他的研究提出的許多問題,給醫學領域許多啟發,也是其他科學家在不斷研究的。」

比如,此前就有中國研究團隊發現青藏高原丹尼索瓦人的骨化石。十多萬年前的青藏高原,正處第四紀最大冰期,極其嚴寒缺氧,遠古人類就已在此生存。部分科學研究發現,丹尼索瓦人可能攜帶了適應高寒、缺氧環境的基因。科學家認為,這或許能解釋高原人種為何能適應高原環境。

佩博的研究無疑為人類更了解自己提供了一個重要渠道。復旦大學遺傳工程國家重點實驗室副主任張鋒教授說,這一基礎研究對認識人類疾病的發生髮展,對疾病的診斷治療,同樣意義非凡。

為什麼有的人喝酒會臉紅,但有些人則不會?為什麼有人用靶向葯見效,有人卻無效?這都與基因有關。張鋒說,佩博的研究還揭示了一個有趣的秘密:不同的早期人種間有着「基因轉移」,某些基因從已滅絕的人種轉移到智人身上。「為什麼有的基因轉移了,有的基因淘汰了?演化的過程可能是環境適應的問題。佩博的發現使人們對人類進化史有了新的認識,但還有更多未解之謎等待後人探索。」

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帕博博士的發現有着重要意義,它揭示了在智人走出非洲,來到全球各地時,地球上的人口分佈情況。尼安德特人住在歐亞大陸的西部,而丹尼索瓦人住在東部。當我們的祖先來到這些地區後,也與他們有過交配,在我們的DNA里留下了永遠的痕迹。

「意外,感動,也很激動!對這個學科發展一定是有利的!」身在廈門,得知「前輩同事」佩博得諾獎,得知諾獎頒發給了古遺傳學領域,王傳超興奮不已,他向記者反覆強調,「佩博的研究如同『打開了一扇門』,給大家提出了更多可能,讓後來者可以盡情發揮。」

如同佩博的一切研究指向的一個假設——人類之所以成為人類,一切不是偶然。這一系列的研究也並非結束,而是剛剛開始。

作者:唐聞佳 李晨琰

編輯:唐聞佳 李晨琰

圖片來源:諾獎官網截圖

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