2022年諾貝爾生理學獎：已滅絕人種基因組和人類進化

2022年10月08日11:30:21 科學 1963

2022年諾貝爾生理學或醫學獎正式頒布，獲得此獎項的是瑞典科學家Svante Pääbo，以表彰他對已滅絕人種的基因組和人類進化的發現。他將獲得1000萬瑞典克朗獎金（約合642萬元人民幣）。

收到獲獎消息時，Pääbo正在享用早晨的一杯咖啡。震驚消退後，他想的第一件事就是能否與妻子Linda分享這個消息。

Svante Pääbo——通過基因揭示人類進化之謎

Svante Pääbo於1955年出生在瑞典斯德哥爾摩。

1986年，Pääbo在烏普薩拉大學通過博士論文答辯，並先後在瑞士蘇黎世大學和美國加州大學伯克利分校從事博士後研究。後於1990年成為德國慕尼黑大學的教授。

1999年，他在德國萊比錫創立了馬克斯普朗克進化人類學研究所，至今仍活躍在該研究所。同時還擔任日本沖繩科學技術學院的兼職教授。

他更是建立了一個全新的科學學科——古基因組學。通過揭示將所有活著的人類與已滅絕的人類區分開來的遺傳差異，他的發現為探索是什麼使我們成為獨特的人類奠定了基礎。

一直以來，科學家們都在致力於對古人類的研究，以探尋人類的起源以及與眾不同的原因等等。但是，由於數萬年來DNA的降解以及微生物和當代人類的污染所帶來的極端技術挑戰，長期以來，對已滅絕的人類形式的古代DNA的分析是否可行一直是個疑問。

而如今，這個看似不可能的任務被Pääbo解決了。幾十年來，作為進化生物學領域先驅艾倫威爾遜的博士後學生，Pääbo一直在開發研究尼安德特人DNA的方法。

90年代，Pääbo憑藉他精巧的方法，設法從一塊40000年前的骨頭中測序了一個線粒體DNA區域，這是人類第一次獲得了來自已滅絕親屬的序列。

圖 | DNA位於細胞內的兩個不同區域。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千個拷貝存在。死後，DNA會隨著時間的推移而降解，最終只剩下少量。它還被來自例如細菌和當代人類的DNA污染。

在德國萊比錫建立馬克斯普朗克研究所後，Pääbo和他的團隊不斷改進從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法。最終，通過新技術的加持，以及與幾位具有群體遺傳學和高級序列分析專業知識的關鍵合作者的努力，Pääbo最終完成了看似不可能的任務，並在2010年發表了第一個尼安德特人基因組序列。比較分析表明，尼安德特人和最近的共同祖先智人生活在大約80萬年前。

Pääbo和他的同事現在可以調查尼安德特人與來自世界不同地區的現代人類之間的關係。比較分析表明，來自尼安德特人的DNA序列與來自歐洲或亞洲的當代人類的序列比來自非洲的當代人類的序列更相似。這意味著尼安德特人和智人在他們數千年的共存期間進行了雜交。在具有歐洲或亞洲血統的現代人類中，大約1-4%的基因組來自尼安德特人。

以上研究之外，Pääbo還獲得了一個更為轟動性的成就——通過從一塊4萬年前的小指骨標本中檢索到的基因組數據發現了一種已滅絕的古人類 Denisova。

這塊指骨標本發現於西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴，含有保存得非常完好的 DNA。

對其進行測序後，Pääbo團隊發現：與尼安德特人和現代人類的所有已知序列相比，DNA序列是獨一無二的。

而與來自世界不同地區的當代人類的序列比較表明，丹尼索瓦和智人之間也發生了基因流動。這種關係首次出現在美拉尼西亞和東南亞其他地區的人群中，那裡的個體攜帶高達6%的丹尼索瓦DNA。

圖 | Pääbo的發現提供了有關智人從非洲遷移到世界其他地方時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。當智人遍布整個大陸時，雜交就發生了，留下了留在我們DNA中的痕迹。

Pääbo的發現使人們對我們的進化史有了新的認識：

在智人遷出非洲的時候，至少有兩個滅絕的人類種群居住在歐亞大陸。尼安德特人生活在歐亞大陸西部，而丹尼索瓦人則居住在該大陸的東部地區。在智人向非洲以外的擴張和向東遷移的過程中，他們不僅遇到了尼安德特人並與之雜交，還與丹尼索瓦人進行了雜交。

丹尼索瓦人(Denisovans)，是生活在上一個冰河時代的人類種群，她屬於一個全新的人類種群。通過對古代遺留的牙齒和指骨化石提取的DNA進行分析，科學家證明了丹尼索瓦人的存在，該研究被《科學》雜誌（Science）評為2012年度十大科學突破之一。雖然是依據俄羅斯的化石樣本命名，其實這一人種主要分布在中國。2020年11月，國家文物局召開「考古中國」重大項目重要進展工作會，科學家研究揭示，丹尼索瓦人曾長期生活在青藏高原。

探索發現

丹尼索瓦人的發現是在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4萬年前的指骨碎片。這塊骨頭中含有著保存異常完好的 DNA，斯萬特·帕博帶領的研究團隊對其進行了測序。他們發現與來自尼安德特人和當今人類的所有已知的序列相比，該 DNA 序列是獨一無二的。帕博發現了一種此前未知的古人類，並命名為丹尼索瓦人。

比較分析顯示，與來自世界不同地區的當代人類的序列相比，丹尼索瓦人和智人之間也發生了基因流動。這種關係首次出現在美拉尼西亞和東南亞其他一些地區的人群中，那裡的人攜帶有 6% 的丹尼索瓦人 DNA。

穴居人和丹尼索瓦人遷移方向

科學家發現，一個神秘的人類種群曾在3萬年前與我們的祖先共同生活在這個世界上。科學家將這個生活在上一個冰河時代的人類種群被稱之為「丹尼索瓦人(Denisovans)」。通過對在西伯利亞一個洞穴內發現的牙齒和指骨化石提取的DNA進行分析，科學家證明了丹尼索瓦人的存在。2012年12月21日，該研究被《科學》雜誌（Science）評為年度十大科學突破之一。

「X女孩」的DNA檢測結果顯示，她既不是早期人類，也不是穴居人，而是一個此前未知的人類種群在上一個冰河時代，他們曾與現代人共同生活在地球上，當時現代人在製造石制工具、珠寶和藝術創作方面不斷向前邁進。這一發現意味著人類族譜至少有3個截然不同的成員，分別是現代人、丹尼索瓦人和穴居人。據悉，西伯利亞洞穴內發現的骨骼化石來自於一名小姑娘，昵稱「X女孩」。根據2010年初公布的檢測結果，她屬於一個全新的人類種群。當前，一次全面的DNA分析證實了她在越發混亂的人類族譜中的地位。

丹尼索瓦人雖然與尼人和智人同源，但和兩者又存在著一定差異，其牙齒結構與後兩者相比更接近共同祖先海德堡人。丹尼索瓦人的線粒體基因顯示和尼人、智人隔開100萬年，但核基因顯示其為尼人的兄弟群，因此其母系可能來自先驅人。其實這一人種對中國人來說並不陌生，從28萬年前的金牛山文化，20萬年前大荔文化、13萬年前的馬壩文化以及10萬年前的許家窯文化等所謂的「早期智人」文化都由他們所創造，只是沒有及時命名。丹尼索瓦人遺址以石球眾多著稱，他們可能是最早使用飛石索的人群。

綜合化石證據，我們可以大致理清丹尼索瓦人的演化史。30萬年前，丹尼索瓦人從原始尼人中分化出來，28萬年前，他們到達遼寧金牛山地區。經過8萬年的生存鬥爭，他們淘汰了本土的北京直立人，成為了東北亞地區的人類居民。之後他們在中華大地上反覆遷徙，最終在2-3萬年前消失在西伯利亞平原。

丹尼索瓦人滅亡的原因可能和表親尼安德特人一樣，是在與智人的競爭中衰敗所致。5萬年前開始，當丹尼索瓦人返回華北之後，更高級的第二批智人（新亞洲人）來到中國，憑藉著更為先進的工具，打得已成為「土著」的丹尼索瓦人節節敗退。在智人的壓力下，丹尼索瓦人被迫遷徙到西伯利亞一帶，最終在那裡消亡。

2019年5月，發現於青藏高原東北部甘肅省甘南藏族自治州夏河縣的古人類下頜骨化石，最新分析研究確認其為距今16萬年的青藏高原丹尼索瓦人。當今藏族帶有少量的丹尼索瓦人基因片段，從而大多具有適應高原的先天能力。

2019年12月19日，美國《科學》雜誌19日公布了其評選的2019年十大科學突破。其中包括：青藏高原的古人類。中國、德國等研究人員發現，在青藏高原一處洞穴內發現的人類下頜骨化石屬於丹尼索瓦人，表明早在16萬年前，這種早期智人已出現在青藏高原並適應了那裡的高海拔環境。

2020年11月，國家文物局召開「考古中國」重大項目重要進展工作會，通報了位於甘肅省甘南藏族自治州夏河縣甘加鄉的白石崖溶洞遺址，是目前東亞第一個發現丹尼索瓦人化石和丹尼索瓦人DNA的舊石器時代考古遺址，是青藏高原史前考古的重大進展，更是國際上丹尼索瓦人研究的重大突破。中國研究團隊成功獲取了丹尼索瓦洞以外的首個丹尼索瓦人線粒體基因序列，最終揭示丹尼索瓦人成功適應了高寒缺氧的環境，在晚更新世就長期生活在青藏高原，也是支撐丹尼索瓦人在亞洲地區廣泛分布的一個有力證據。這一研究成果日前在線發表在《科學》雜誌上。

科學爭議

丹尼索瓦洞

科學家曾公布一項具有爭議的發現，聲稱發現又一個「新」人類種群。這一結論源於2004年在一個印度尼西亞島嶼上的發現，當時人們發現了一個3英尺(約合0.91米)高的古人化石，被稱之為「霍比特矮人」。但很多研究人員拒不接受存在霍比特矮人的結論，他們認為所發現的骨骼應該屬於患有發育障礙的現代人。

研究意義

新發現的人類種群似乎是穴居人的「姊妹群」，它的發現為我們描繪出一幅更為複雜的人類進化和走出非洲的圖畫。

這項研究幫助我們掌握了一些細節。通過進一步的研究，我們將加深對丹尼索瓦人以及他們與其他人類種群交往的了解。

美國《考古學》雜誌評選出2019年度的世界十大考古發現。其中，由中國科學院青藏高原研究所、蘭州大學和德國馬普進化人類學研究所學者領銜、多家境內外科研院所參與的青藏高原丹尼索瓦人研究入選。

重組基因

據悉，這次排序工作是利用從化石指骨里提取的10毫克DNA樣本進行的。研究者馬提亞·梅耶博士說：「這個基因組的質量非常高。我們給它多次排序，結果存在的誤差比大部分給現代人的基因組排序產生的誤差更少。」

尼安德特人和「丹尼索瓦人」都是與現代人親緣關係最近的已經滅絕的遠古人類，這種清晰度的基因組已經能夠幫助科學家確定「丹尼索瓦人」、尼安德特人和現代人之間的關係。

德國馬普研究所的斯文特·帕玻博士說：「我們希望科學家利用這個基因組，能夠發現對現代人類文化和科技發展至關重要的遺傳變化。這些變化促使現代人從大約10萬年前開始離開非洲，迅速分散到世界各地。」

高質量基因組有助現代基因研究

通常研究人員無法通過基因排序研究基因組特殊部位的進化，而他們利用這個最新完成的高質量基因組版本，甚至能夠分辨出這個個體從母親和父親那裡遺傳來的基因存在的細微差別。這個完整的「丹尼索瓦人」基因序列，科學界已經可以通過網路查閱。這個基因組還有望揭開有關「丹尼索瓦人」和尼安德特人的歷史的新篇章。

帕玻說：「我們想讓每個人都能自由使用它。我們認為，很多科學家會發現這對他們的研究非常有幫助。」

是已滅絕人類基因研究的巨大飛躍

這個基因組代表著我們祖先中的一個分支的首個高覆蓋、完整基因序列。負責彙編該序列的人稱其為「已滅絕人種研究取得的一次巨大飛躍」。

科學家利用較早的基因序列發現，生活在新幾內亞島的居民擁有4.8%的「丹尼索瓦人」DNA。據發表在《公共科學圖書館-綜合》雜誌上的一篇論文說，新技術幫助科學家給「丹尼索瓦人」基因組的每一個部位排序超過30次，這是更加詳細的掃描結果。

在丹尼索瓦人生存的年代，我們的祖先以及穴居人已開始捕魚、打獵、佩戴珠寶、在洞穴上作畫並利用動物的骨頭製作雕刻品。研究人員在發表於《自然》雜誌的報告中指出，DNA檢測結果顯示，牙齒和指骨屬於一個不同的人類種群。10年前，科學家才開始具備從化石中提取DNA的能力。在此之前，他們只能根據外形和尺寸對骨骼進行鑒定。

基因測序

一項新的研究描述了丹尼索瓦人基因組的完整序列，從而為這些古老的人類——他們與尼安德特人密切相關——與現代人之間的關係提供了線索。丹尼索瓦人的化石證據稀缺；這個組群的存在是在2010年時才為人所知，而其唯一已知的化石是在南西伯利亞阿爾泰山中的丹尼索瓦洞穴中挖掘出的某根指骨中的碎塊和2顆磨牙。因為他們只有來自該指骨的極小的材料樣品，Svante Paabo及其研究團隊研發出了一種解開DNA鏈使得其2股中的每1股都能用來產生測序用分子的處理方法。這種方法使得該團隊得到了極其完整的基因組序列（30X），它類似於研究人員能夠從現代人基因組中所獲得的序列。

研究人員將該丹尼索瓦人基因組與全世界各地的幾種現代人的基因組進行了比較。丹尼索瓦人似乎對現代人類的基因組有某種程度的貢獻，但其程度各不相同。例如，丹尼索瓦人與巴布亞紐幾內亞人有著比任何其他研究過的現有人群更多的相同基因。此外，在亞洲和南美洲所發現的丹尼索瓦人的等位基因要多於在歐洲人群中發現的等位基因，但這可能反映了現代人與丹尼索瓦人的近親尼安德特人之間的雜種繁殖，而不是來自丹尼索瓦人本身的基因流動。

該研究報告了其它幾個發現。例如，該基因組被測序的丹尼索瓦人攜帶有當今人類的與黝黑皮膚、棕色頭髮和棕色眼睛相關的等位基因。研究人員還製作了一個發生在與丹尼索瓦人分叉之後的人類基因組新近變化的一覽表，即現代人所特有的變化。研究人員說，丹尼索瓦人本身的基因多元性極低，但這可能並非由近親交配所致。鑒於隨著時間的推移丹尼索瓦人呈現的廣泛的地理範圍，有可能他們的種群在開始時相當小但卻成長很快，且沒有時間令基因的多元性增加。文章的作者說，如果進一步的研究顯示尼安德特人的種群大小隨著時間流逝而以某種方式改變，這可能提示某一從非洲分散出來的單一人群產生了丹尼索瓦人和尼安德特人。