葯明康德 葯明康德 2022-10-03 18:04 發表於北京
北京時間10月3日下午，萬眾矚目的諾貝爾生理學或醫學獎公布了2022年獲獎者名單，斯萬特·帕博（Svante Pääbo）博士因在古基因組學領域的突出貢獻而摘得桂冠。他建立了一門全新的科學學科——古基因組學。通過揭示所有現存人類與滅絕的古人類之間的基因差異，他的發現為探索「是什麼使我們成為獨一無二的人類」提供了基礎。
▲今日斬獲諾獎的Svante Pääbo博士（圖片來源：參考資料[1]）
好奇是人類的天性。仰望星空之餘，我們也會思考自身的命運：我們是誰？從何而來？又要往哪裡去？是什麼讓我們成為了人，又是什麼讓我們如此與眾不同？
帕博博士是這一領域的開拓者。通過對已滅絕的尼安德特人的基因組進行測序，他讓這個看似不可能回答的問題有了答案。此外，他也極大協助了對丹尼索瓦人的發現。
這些重要的進展揭示了一個秘密——不同的早期人種之間有着基因的轉移，並影響到了今日人類的方方面面，譬如免疫功能。這些里程碑式的突破也讓古基因組學這一嶄新的科學領域湧現而出，讓人類更為了解自身。
人類如何起源？我們為什麼與眾不同？這些問題一直吸引着科學家。來自古生物學和考古學的證據表明，現代智人大約30萬年前起源於非洲，而我們的近親尼安德特人在大約40萬年前~3萬年前在非洲以外的歐洲和西亞居住，最終走向滅絕。大約7萬年前，一群智人從非洲遷移到中東地區，隨後走向全球其他地方。因此，智人和尼安德特人在歐亞大陸共存了數萬年。但對於我們與已滅絕的尼安德特人的關係，人們長期以來了解甚少。而關鍵的線索來自基因組信息。到1990年代末，幾乎整個人類基因組都已得到測序，使得後續研究不同人群之間的遺傳關係成為可能。然而，研究現代人與尼安德特人之間的關係，需要對從遠古樣本中收集的基因組DNA進行測序。
面對這項幾乎不可能的任務，帕博博士意識到了技術上的難度。隨着時間推移，DNA會被化學修飾、降解成片段。數千年後，只剩下微量的DNA，並且殘留的DNA會被細菌和當代人類的DNA污染。帕博博士開始開發研究尼安德特人DNA的方法，這項工作持續了幾十年。
▲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。（圖片來源：參考資料[1]）
由於對小線粒體基因組的分析只能提供有限的信息，帕博博士接受了對尼安德特人核基因組測序的巨大挑戰。這時，他得到了在馬克斯·普朗克研究所的工作機會。在新的研究所，帕博博士和他的團隊穩步改進了從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法。該研究小組利用新的技術，使DNA測序變得非常高效。帕博博士還聘請了幾位在種群遺傳學和序列分析方面具有專業知識的合作者。
帕博博士完成了看似不可能完成的任務，並在2010年發表了首個尼安德特人基因組序列。對比分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大約80萬年前。帕博博士和他的同事現在可以分析尼安德特人和來自世界不同地區的現代人之間的關係。對比分析表明，尼安德特人的DNA序列與起源於歐洲或亞洲的當代人類的DNA序列更相似，而不是非洲。這意味着尼安德特人和智人在幾千年的共存中進行了雜交。在現代具有歐洲或亞洲血統的人類中，大約1%-4%的基因組來自尼安德特人。
▲帕博博士從已滅絕人類的骨樣本中提取了DNA。他最早從德國尼安德特獲得了一塊骨頭的碎片，之後也曾使用來自丹尼索瓦洞穴的骨片進行分析。進化樹顯示了智人與這些已滅絕古人類之間的關係，也顯示了帕博博士發現的基因之間的轉移。（圖片來源：參考資料[1]）
2008年，科學家在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發現了一塊距今4萬年前的指骨碎片。這塊骨頭含有保存非常完好的DNA，帕博博士的團隊對其進行了測序。結果引起了轟動：與所有已知的尼安德特人和現代人的DNA序列相比，這個DNA序列是獨一無二的。帕博博士發現了一種以前不為人知的古人類，命名為丹尼索瓦人。與來自世界不同地區的同時代人類的序列比較表明，丹尼索瓦人和智人之間也發生過基因流動。這種關係首先在美拉尼西亞和東南亞其他地區的人群中被發現，那裡的個體攜帶高達6%的丹尼索瓦人DNA。帕博博士的發現使人們對人類進化史有了新的認識。當智人離開非洲時，至少有兩個滅絕的古人類種群居住在歐亞大陸。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。在智人在非洲以外的擴張和向東遷移過程中，他們不僅與尼安德特人相遇並雜交，還與丹尼索瓦人雜交。
通過其開創性研究，帕博博士建立了一個嶄新的科學領域，古基因組學。跟隨最初的發現，他的團隊分析了幾種已滅絕的古人類的基因組序列。帕博博士的發現成為了獨一無二的資源，它被科學家廣泛使用，以增進對人類演化和遷徙的理解。幾種強大的序列分析新方法指出，古人類可能曾與非洲的智人雜交。然而，在非洲滅絕的古人類基因組還沒有得到測序，這是因為熱帶氣候會加速古代DNA的降解。基於帕博博士的發現，我們明白那些滅絕親戚的古代基因序列還影響了現在人類的生理學特徵。一個例子是丹尼索瓦人的EPAS1基因，它使現代藏族人獲得了在高海拔地區生存的優勢。還有比如尼安德特人的若干基因影響了我們對多種感染的免疫反應。
▲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。（圖片來源：參考資料[1]）
智人能夠創造複雜的文明，能進行發明創造和藝術活動，還能在整個地球的水陸範圍活動。尼安德特人同樣過集體生活，擁有足夠大的大腦。他們也會使用工具，但在幾十萬年里沒有太大發展。相比關係最近但已經滅絕的親戚，智人的基因和他們有哪些不同？通過帕博博士一系列開創性的研究，這個問題開始有了答案。目前的研究聚焦於分析這些基因差異帶來的功能差異，最終我們將回答那個終極問題：我們為什麼會是獨一無二的人類。
帕博博士的貢獻從更本源的地方讓我們人類探知自身在歷史長河中的位置。此次摘取諾貝爾生理學或醫學獎的桂冠，正是對其意義的最好褒獎。
參考資料：
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022, Retrieved October 3, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-medicine2022.pdf
