古人基因演化史（诺奖获得者谈如何通过古基因探索远古人类历史）

北京晚报·五色土 | 作者 尹传红

从4万年前的骨骼中提取遗传物质，构建起完整的尼安德特人基因组，通过古人类基因去探索远古人类历史、理解人类的本质，神奇！

因在“关于已灭绝人类基因组和人类进化的发现”方面作出贡献，瑞典生物学家、进化遗传学家斯万特·帕博，一人独享了2022年的诺贝尔生理学或医学奖。

帕博，一门新兴学科——古遗传学的开创者，他称尼安德特人基因组项目“就像科幻小说一般”。

斯万特·帕博与他的中国博士生付巧妹。2016年《自然》选出十位“中国科学之星”，付巧妹在列。帕博在接受《自然》采访时，称她为“最棒的学生之一”。付巧妹曾参与尼安德特人、丹尼索瓦人基因组项目（《尼安德特人》一书多处提及），现任中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室主任。

“新人谷中的人”

在达尔文《物种起源》出版的前3年，1856年8月的一天，两名采石工人在德国杜塞尔多夫以东约10千米处的一个石灰岩洞穴清理碎石时，起出了一片骨盆、一个眉棱隆起的头颅骨以及一具骸骨的其他部分的化石。领班看了，判定是一头洞熊的遗骨，但他又觉得有点儿特别，于是就拿了去，让一名当地教师兼业余博物学家鉴定。后者立刻认出，这些是不同于现存人类物种的遗骨。

发掘出遗骨的地方叫尼安德谷（Neander Valley），它是依照17世纪德国作曲家兼诗人乔基姆·纽曼（Joachim Neumann）的姓氏命名的，其中 Neumann 相当于英文中的Newman（新人的意思）。几年后，此地发现的那些遗骸被鉴定为属于一种已经灭绝的古人类——“尼安德特人”（Neandertal）。英文词按字面直译就是“新人谷中的人”，一语双关的意味。

尼安德特人的亮相震惊了博物学界。不久，欧洲大陆又有多个地方开始出土这些所谓的“穴居人”的遗存。乍一看，确实太像人类了。但在解剖学上，尼安德特人却与现代人类非常不同，也与大约同时期生活在欧洲其他地方的早期现代人类不同。他们似乎是一种更像野兽的“土著”。

20世纪初在法国圣沙拜尔出土的一具化石，让西方人对尼安德特人更抱有负面的看法。这具化石有着完整的头骨、躯干与四肢，科学家推测这是一个外形粗鄙、步履蹒跚的佝偻老人。英国作家、《时间机器》的作者赫伯特·威尔斯在20世纪20年代出版的《历史大纲》一书中，对尼安德特人有这样一番描述：“它的厚颅骨束缚了它的脑，额头低，像野兽。”这些，代表了当时标准的尼安德特人形象：丑陋、粗壮、笨拙。过去，若是对一个欧洲人说他“长得像尼安德特人”，那就相当于说他是一个未开化的野人。

可是，多年来考古遗址的发掘结果却告诉我们，相较任何现今的猿类，尼安德特人与我们更相像。

用于尼安德特人基因组测序的骨头

帕博带领的一个研究团队，曾对黑猩猩基因组中的大量DNA片段进行了测序。结果表明，在我们人类与黑猩猩共有的DNA序列中，只有略高于1%的核苷酸存在差异。帕博相信，尼安德特人肯定比这个结果更接近于我们人类。就演化史而言，尼安德特人应该是最接近于当今所有人类的近亲。

一直以来，尼安德特人存在着许多谜团，譬如他们为什么在大约3万年前就消失了？他们到底是不是人类的祖先？他们与人类有没有血缘上的关系？他们是否是人类家族演化分支中走入末路的一个物种？帕博断言，研究我们与尼安德特人在遗传上有何不同，将有助于我们寻找是什么让当今人类的先祖与地球上的其他生物分开。这也将关涉研究人类历史上最基本的部分——现代人类的生物起源，所有现代人类的直接祖先。

尼安德特人模式标本的右上臂骨

匪夷所思的“采样”

2014年出版的《尼安德特人》中，帕博回顾了自己的研究历程。话说这帕博，13岁那年随他身为化学家的母亲卡琳·帕博去了一趟埃及，就迷上了那里的古老历史和文物，有志于成为一名埃及古文物学者。但后来他发现这个领域发展太慢，不是他想要的那种职业生活，便断了念想。受其父亲苏内·贝里斯特伦（因前列腺素和相关生物活性物质的发现而获1982年诺贝尔生理学或医学奖）的影响，他进了瑞典乌普萨拉大学的医学院。

《尼安德特人》 斯万特·帕博 浙江教育出版社

在攻读遗传学博士学位期间，帕博致力于研究某些感冒病毒是如何躲过免疫防御的。然而，他念念不忘的古文物时不时地总会闯入他心里。只要有时间，他就去埃及学研究所听课。在那里，他结识了来自芬兰的埃及古文物学者罗斯季斯拉夫·霍尔特尔，两人成了无话不谈的知心好友。

某天在跟罗斯季斯拉夫聊天时，帕博又感慨，脚踏两只船让他很纠结：虽然他热爱埃及古文物，但却很难看到这行当的未来，而自己同时也喜欢分子生物学，它倒是可以不断提升人类的福祉。

接着他又向他这位耐心的听众解释新兴的DNA技术所能做的事：科学家如何确定外源基因的四个核苷酸序列，如何发现两个个体或两个物种 DNA序列之间的差异。两个序列越相似（即两者之间的差异越少），两者之间的关系就越密切。事实上，透过共有突变的数量，我们不仅可以推断在数千年和数百万年间，特定的序列如何从共同祖先的DNA序列演变而来，而且还可推断出这些祖先DNA序列存在的大致年月。

例如，在1981年的一项研究中，英国分子生物学家亚历克·杰弗里斯分别分析了一个人类和猿类血液中的血红素蛋白基因的DNA序列，并推断出该基因何时开始在人类和猿类中独立演化。话说到这儿，帕博解释说，此方法可能很快就会应用在许多基因上，任何物种的许多个体都有这些基因。这样，科学家就能确定过去不同物种之间的亲缘关系以及它们何时开始各自的演化。这种方法，要比形态学或化石研究更为可靠。

就在帕博自说自话，向罗斯季斯拉夫叨咕这一切时，一连串问题逐渐浮现在他的脑海中：这种方法只能用于测序当今人类及动物的血液或组织样本中的DNA吗？能不能用于测序那些埃及木乃伊的DNA呢？DNA分子会不会在木乃伊中留存下来？是否有可能通过研究古DNA序列，从而阐明古埃及人彼此之间以及与现今人类之间是否关联呢？如果可以做到，那么我们便可以回答埃及学研究中常规方法所无法回答的问题。

随后发生的事情真是匪夷所思：1983年夏，帕博在罗斯季斯拉夫的牵线帮助和密切配合下，“偷偷地”从当时存放在东柏林一家博物馆的木乃伊身上“拿”到了人体组织样本。这是一具2400年前的木乃伊（差不多是亚历山大大帝征服埃及时期生成），帕博从其断裂处截了一小块肌肉组织，进行DNA提取。他最终获得了成功——这是人类第一次从两千多年前的遗体中分离出DNA，相关研究成果发表在1985年的《自然》杂志上。《自然》在刊出这篇论文的同时，还特意设计了一幅DNA序列巧妙环绕木乃伊的封面插画。

有趣的是，在给《自然》投寄那篇论文之前，帕博带着些许惶恐，去拜访他的论文导师彼尔·帕特森，报告了他未经请示就做的事情，并问询其是否愿意以导师身份，和他一起成为论文的共同作者。结果，“显然，我想多了。他不仅没有责备我滥用科研经费和浪费宝贵的时间，似乎还很高兴。他答应看论文，但拒绝挂名共同作者，原因很明显，他之前完全没意识到有这项研究。”

古老基因仍存于今天人类中

博士毕业后帕博马上就迎来了他职业生涯的转折点。可在当时，他一度感到彷徨、犹豫。身边的朋友们都认为他对木乃伊DNA的兴趣是一种古怪的嗜好，最终会与严肃的工作渐行渐远，无法为未来的研究奠定坚实的基础。他也不知道坚持主流的病毒学研究，而把“分子考古学”作为一种业余爱好，是否不切实际。

不过，1986年在分子遗传学研究圣地——美国长岛的冷泉港实验室召开的计量生物学研讨会，改变了这一切。

由于那篇发表在《自然》上的论文，帕博受邀与会，并就有关木乃伊的研究做了报告。会上，他见到了聚合酶链式反应（PCR）技术的发明者凯利·穆利斯（1993年诺贝尔化学奖得主）。穆利斯在结束报告时指出，可大量扩增古代生物组织中微量DNA的PCR技术非常适合研究木乃伊。

帕博备受鼓舞，迫不及待地想回实验室试试看。其时，他已拿定主意，放弃看起来很有前途的医学研究职业生涯，把人类演化史作为他最终的研究追求。他将致力于开发一种新颖且准确的方法，来研究埃及和其他地方的人类历史。甚至，重建DNA——勾连起远古时期人类和非人类的生物学、历史和进化历程。

1990年，帕博入职德国慕尼黑大学动物学研究所，开始了自己独立的研究生涯。1994年，帕博发表了距今5万年的猛犸象的首批DNA测序结果。他们的研究表明，4头猛犸象的DNA序列之间有着很多不同。此结果不仅可以明确猛犸象和如今尚存的两个同类物种——亚洲象和非洲象之间的关系，也可追踪更新世晚期和约4000年前猛犸象灭绝的历史。

古DNA研究曙光初显，一个更广阔的天地展现在帕博面前。

到了1996年，帕博已经建立起系统的古DNA提取和扩增流程，并通过施行严格的“可靠性准则”，规避了新技术应用过程中常常会发生的外源DNA污染。一些大型动物博物馆先后建立分子实验室，被他“转变”成了名副其实的基因库。是时候回到人类遗骸这个旧的挑战上了。

1996年，帕博团队获得了第一个远古人类——尼安德特人的线粒体DNA序列。研究的样本，是他们想方设法从波恩博物馆弄到的一块从尼安德谷出土的尼安德特人骨。他们从样本中重构了一个内含379个核苷酸的线粒体DNA，发现此一序列和标准的人类序列在27个位置有差别。由两个序列之间的差别，计算出尼安德特人在遗传上和我们的非洲祖先分隔开的时间，至少是50万年，其结果与化石记录完全吻合。

2010年，帕博团队对西伯利亚阿尔泰山发现的一段小指骨进行了DNA测序，结果发现了一个全新的人类亚种——丹尼索瓦人。这是科学家第一次通过遗传方法发现了灭绝古人类，也是第一次完全基于DNA数据来命名一个人类物种。这个基因组也在某些现代人类身上留下了其印记：帕博发现，帮助现代藏族人在高海拔地区生活的基因变体可能源自丹尼索瓦人。同年，帕博团队发表了第一个尼安德特基因组草图——帕博戏称4年前所立“就像科幻小说一般”的项目，第一次直接比较了尼安德特人基因组与现代人类的基因组。他们的研究显示，在非洲以外的现代人的基因组中，有高达2%的成分来自尼安德特人，从而证明尼安德特人与现代人有过混血。

某种意义上说，尼安德特人没有完全灭绝，他们的DNA仍存在于今天的人类中。（责编：李峥嵘）