药明康德 药明康德 2022-10-03 18:04 发表于北京
北京时间10月3日下午，万众瞩目的诺贝尔生理学或医学奖公布了2022年获奖者名单，斯万特·帕博（Svante Pääbo）博士因在古基因组学领域的突出贡献而摘得桂冠。他建立了一门全新的科学学科——古基因组学。通过揭示所有现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异，他的发现为探索“是什么使我们成为独一无二的人类”提供了基础。
▲今日斩获诺奖的Svante Pääbo博士（图片来源：参考资料[1]）
好奇是人类的天性。仰望星空之余，我们也会思考自身的命运：我们是谁？从何而来？又要往哪里去？是什么让我们成为了人，又是什么让我们如此与众不同？
帕博博士是这一领域的开拓者。通过对已灭绝的尼安德特人的基因组进行测序，他让这个看似不可能回答的问题有了答案。此外，他也极大协助了对丹尼索瓦人的发现。
这些重要的进展揭示了一个秘密——不同的早期人种之间有着基因的转移，并影响到了今日人类的方方面面，譬如免疫功能。这些里程碑式的突破也让古基因组学这一崭新的科学领域涌现而出，让人类更为了解自身。
人类如何起源？我们为什么与众不同？这些问题一直吸引着科学家。来自古生物学和考古学的证据表明，现代智人大约30万年前起源于非洲，而我们的近亲尼安德特人在大约40万年前~3万年前在非洲以外的欧洲和西亚居住，最终走向灭绝。大约7万年前，一群智人从非洲迁移到中东地区，随后走向全球其他地方。因此，智人和尼安德特人在欧亚大陆共存了数万年。但对于我们与已灭绝的尼安德特人的关系，人们长期以来了解甚少。而关键的线索来自基因组信息。到1990年代末，几乎整个人类基因组都已得到测序，使得后续研究不同人群之间的遗传关系成为可能。然而，研究现代人与尼安德特人之间的关系，需要对从远古样本中收集的基因组DNA进行测序。
面对这项几乎不可能的任务，帕博博士意识到了技术上的难度。随着时间推移，DNA会被化学修饰、降解成片段。数千年后，只剩下微量的DNA，并且残留的DNA会被细菌和当代人类的DNA污染。帕博博士开始开发研究尼安德特人DNA的方法，这项工作持续了几十年。
▲DNA位于细胞内的两个不同位置：细胞核DNA含有大部分遗传信息，剩下的少部分则位于线粒体中。在古代人类死亡后，DNA会随着时间推移而降解，也会被来自细菌和当代人类的DNA所污染。（图片来源：参考资料[1]）
由于对小线粒体基因组的分析只能提供有限的信息，帕博博士接受了对尼安德特人核基因组测序的巨大挑战。这时，他得到了在马克斯·普朗克研究所的工作机会。在新的研究所，帕博博士和他的团队稳步改进了从古骨遗骸中分离和分析DNA的方法。该研究小组利用新的技术，使DNA测序变得非常高效。帕博博士还聘请了几位在种群遗传学和序列分析方面具有专业知识的合作者。
帕博博士完成了看似不可能完成的任务，并在2010年发表了首个尼安德特人基因组序列。对比分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。帕博博士和他的同事现在可以分析尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系。对比分析表明，尼安德特人的DNA序列与起源于欧洲或亚洲的当代人类的DNA序列更相似，而不是非洲。这意味着尼安德特人和智人在几千年的共存中进行了杂交。在现代具有欧洲或亚洲血统的人类中，大约1%-4%的基因组来自尼安德特人。
▲帕博博士从已灭绝人类的骨样本中提取了DNA。他最早从德国尼安德特获得了一块骨头的碎片，之后也曾使用来自丹尼索瓦洞穴的骨片进行分析。进化树显示了智人与这些已灭绝古人类之间的关系，也显示了帕博博士发现的基因之间的转移。（图片来源：参考资料[1]）
2008年，科学家在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现了一块距今4万年前的指骨碎片。这块骨头含有保存非常完好的DNA，帕博博士的团队对其进行了测序。结果引起了轰动：与所有已知的尼安德特人和现代人的DNA序列相比，这个DNA序列是独一无二的。帕博博士发现了一种以前不为人知的古人类，命名为丹尼索瓦人。与来自世界不同地区的同时代人类的序列比较表明，丹尼索瓦人和智人之间也发生过基因流动。这种关系首先在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中被发现，那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人DNA。帕博博士的发现使人们对人类进化史有了新的认识。当智人离开非洲时，至少有两个灭绝的古人类种群居住在欧亚大陆。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部，而丹尼索瓦人居住在大陆的东部。在智人在非洲以外的扩张和向东迁移过程中，他们不仅与尼安德特人相遇并杂交，还与丹尼索瓦人杂交。
通过其开创性研究，帕博博士建立了一个崭新的科学领域，古基因组学。跟随最初的发现，他的团队分析了几种已灭绝的古人类的基因组序列。帕博博士的发现成为了独一无二的资源，它被科学家广泛使用，以增进对人类演化和迁徙的理解。几种强大的序列分析新方法指出，古人类可能曾与非洲的智人杂交。然而，在非洲灭绝的古人类基因组还没有得到测序，这是因为热带气候会加速古代DNA的降解。基于帕博博士的发现，我们明白那些灭绝亲戚的古代基因序列还影响了现在人类的生理学特征。一个例子是丹尼索瓦人的EPAS1基因，它使现代藏族人获得了在高海拔地区生存的优势。还有比如尼安德特人的若干基因影响了我们对多种感染的免疫反应。
▲帕博博士的发现有着重要意义，它揭示了在智人走出非洲，来到全球各地时，地球上的人口分布情况。尼安德特人住在欧亚大陆的西部，而丹尼索瓦人住在东部。当我们的祖先来到这些地区后，也与他们有过交配，在我们的DNA里留下了永远的痕迹。（图片来源：参考资料[1]）
智人能够创造复杂的文明，能进行发明创造和艺术活动，还能在整个地球的水陆范围活动。尼安德特人同样过集体生活，拥有足够大的大脑。他们也会使用工具，但在几十万年里没有太大发展。相比关系最近但已经灭绝的亲戚，智人的基因和他们有哪些不同？通过帕博博士一系列开创性的研究，这个问题开始有了答案。目前的研究聚焦于分析这些基因差异带来的功能差异，最终我们将回答那个终极问题：我们为什么会是独一无二的人类。
帕博博士的贡献从更本源的地方让我们人类探知自身在历史长河中的位置。此次摘取诺贝尔生理学或医学奖的桂冠，正是对其意义的最好褒奖。
参考资料：
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022, Retrieved October 3, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-medicine2022.pdf
