新的dna技术正在撼动进化树的枝干（古DNA技术破解人类进化之谜）

据10月3日诺贝尔奖官网消息，瑞典诺贝尔奖委员会宣布将2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典古生物学家斯万特·帕博（Svante Pääbo），以表彰他在已灭绝的人类基因组和人类进化方面的发现。斯万特·帕博将独享1000万瑞典克朗奖金（约合641万人民币）。

2022年诺贝尔生理学或医学奖获得者斯万特·帕博 （资料图/图）

初涉古遗传学领域

1955年，斯万特·帕博出生于瑞典斯德哥尔摩，其父亲为瑞典生物化学家苏内·伯格斯特伦（Sune Bergström），后者因为发现前列腺素和相关物质，与另外两位科学家一起分享了1982年诺贝尔生理学或医学奖。不过，这两位获得诺贝尔生理学或医学奖的父子俩相处不多，因为帕博为非婚生子，主要由母亲抚养长大。

帕博于1986年在乌普萨拉大学取得博士学位，主要研究腺病毒及其与免疫系统相互作用。在攻读博士学位期间，他已对古生物学产生了浓厚兴趣，独自一人设法从一具2400多年前的古埃及木乃伊身上成功提取出DNA片段，并将研究结果发表在《自然》杂志上，这项研究也比他的博士课题让帕博获得更多的关注。当然，帕博在主要博士研究课题上也做得不错，相继在《细胞》等学术杂志上发表了至少10篇与博士课题相关的学术论文。

博士毕业后，帕博相继在瑞士苏黎世大学和美国加州大学伯克利分校从事博士后研究，开始专注于古DNA研究。特别是师从当时世界上最负盛名的演化生物学家之一、加州大学伯克利分校阿兰威尔逊教授之后，帕博对古DNA有了更深入的研究和理解。这时候，美国生化学家凯利·穆利斯（Kary Mullis）发明的聚合酶链式反应（PCR）技术刚刚兴起，帕博和威尔逊敏锐地意识到，PCR技术在研究古DNA方面具有巨大潜力。例如，帕博建立了适合古DNA研究的PCR技术，首次从保存完好的 7000 年前人类大脑中提取出线粒体DNA，为美洲史前人类遗传学研究提供重要的工具，也表明PCR技术将在古DNA研究领域发挥重要作用。

但是，帕博很快发现，从古代人类遗骸中提取DNA并非易事。因为受到自身或环境微生物的DNA酶、酸、碱、紫外光等影响，DNA非常容易降解，往往从成百上千万个碱基对的长链DNA，降解成数百个甚至数十个碱基对的短链DNA片段，而且会混杂环境微生物或其他生物的DNA，特别是现代人类的DNA。

古DNA污染是非常常见的问题。为了解决这个问题，斯万特·帕博和同事设计了专门的超净室，制定了超净室的工作规则，最大限度地减少了污染，并强调其他实验室独立再现结果的必要性。如今，超净室已经成为世界上大多数古DNA研究实验室的标准配置。

另外，由于PCR技术能在短时间内将古人类遗骸中极微量DNA扩增上亿倍，因此在克隆少数基因时用处非常大，但是要研究古人类遗传学，需要对古人类的整个基因组进行研究，PCR技术显得有些力不从心。要想将古人类遗骸中已降解的短链DNA提取出来，测序并拼接成长链DNA，就如同将约10亿个字的《四库全书》全部分拆成几十个字数不等的短句，然后让从没有读它的人将其复原，其难度可想而知。

绘制尼安德特人基因组图谱

1990年初，帕博担任德国慕尼黑大学动物学研究所正教授，开始了自己的独立研究生涯。在最初的几年里，帕博带领自己的学生和同事仍然重点专注于古DNA研究，创新和完善了古DNA的提取、保存、扩增和测序等技术方法，并应用这些技术方法研究了1万-5万年前的猛犸象DNA、2.5万年前的古马DNA、胎盘类哺乳动物进化关系等等。但是最受瞩目的成果，莫过于1997年帕博和同事首次公布了尼安德特人的线粒体DNA。

尼安德特人的遗骸是1856年首次在德国杜塞尔多夫市东部尼安德谷一个采石场中被发现的。经考古学家鉴定，这是一具已灭绝人种的遗骸，科学家将其称为“尼安德特人”。后来考古学家又从欧洲和中东地区相继挖掘出数百个尼安德特人的遗骸。

帕博和同事从德国波恩莱茵国家博物馆保存的尼安德特人遗骸中提取出线粒体DNA，首次测序获得379个核苷酸。为了研究现代人类和尼安德特人之间的关系，将尼安德特人这些线粒体DNA序列与已知的2051个人类和59个黑猩猩线粒体DNA序列进行比较，发现在379个核苷酸中有27个变异不属于已知的任何智人或黑猩猩，为尼安德特人所独有。进一步分析发现，尼安德特人同样起源于非洲，与现代智人在55万-69万年前有共同祖先。同时，帕博等人推测，尼安德特人对现代人类没有母系遗传贡献。

1997年，帕博参与创立德国马克斯·普朗克人类演化学研究所，并担任首任所长，自此帕博团队的研究领域更加聚焦于古人类遗传学研究。随着DNA测序技术发展和人类基因组计划的深入开展，帕博将高通量基因组测序技术引入古人类遗传学领域，开创了古基因组学这一新型学科，引领国际古人类遗传学研究进行基因组学阶段。

2010年5月，斯万特·帕博领导的一个国际研究团队在《科学》杂志上首次发表了尼安德特人基因组草图。这些基因组DNA从属于不同尼安德特人的三块小骨头提取，而这些骨头来自克罗地亚北部的温迪加洞穴。此次公布尼安德特人的基因组信息总共约有20亿个碱基对，约占其全基因组的60％。该研究将现代人类与尼安德特人分歧时间进一步缩短至27万-44万年前。令人震惊的是，科学家发现，在现代欧洲和亚洲人类基因组中竟然含有1%-4%的尼安德特人特有的基因组信息，而非洲原住民则没有，表明现代人走出非洲后与尼安德特人有过混交，而且这些混交的后代成为现代人的祖先。在此之前，该国际研究团队已在2009年2月12日公布了他们绘制的尼安德特人基因组草图，以纪念进化论奠基人达尔文诞辰200周年。

揭开人类进化之谜

凭借他的开创性发现，帕博建立了一个全新的科学学科，现在被称为古基因组学。从我们灭绝的人类亲属以及古代智人那里获得了大量的基因组序列数据，并且该领域正在迅速发展。

就在第一张尼安德特人基因组草图在《科学》杂志发表的前一个月，斯万特·帕博和俄罗斯科学院阿纳托利·杰烈维扬科（Anatoli P. Derevianko）团队在《自然》杂志上宣布，他们发现了另一个已灭绝的新人种。两年前，杰烈维扬科从俄罗斯、中国和蒙古交界的阿尔泰山丹尼索瓦洞穴中挖掘出来的一小块人科动物手指骨片。帕博团队对该骨片提取线粒体DNA并测序，经与早期现代人类、尼安德特人、倭黑猩猩和黑猩猩的线粒体DNA进行比对发现，这块小骨片既不属于早期现代人类，也不属于尼安德特人，更不属于倭黑猩猩和黑猩猩，而是属于一个已灭绝的新人种——“丹尼索瓦人”。进一步分析发现，丹尼索瓦人与现代人类、尼安德特人在100万年前共享同一祖先。

之后，帕博和其他研究团队进一步研究发现了不同人种发生了混交，其中尼安德特人和丹尼索瓦人都对现代人类做出了重要的遗传贡献。研究表明，丹尼索瓦人的遗传信息主要留存在亚洲现代人的基因组中，其中生活着东南亚附近太平洋岛屿的美拉尼西亚人基因组含有4%-6%的丹尼索瓦人遗传信息，而现今一些澳大利亚和分散在东南亚岛屿上的土著人，以及东亚大陆及美洲土著人基因组中都有丹尼索瓦人的贡献。

自此，古人类基因组学研究得到广泛关注，吸引了越来越多优秀科学家加入，人类进化进程和关键节点也日渐清晰。人类祖先并非独善其身，而是与其他人种发生了广泛的基因交流，获得其他人种有益的基因馈赠，得以让走出非洲、初来乍到的现代人类祖先快速适应非洲以外的环境，进而开枝散叶，踏过冰川，登上高原，游上海岛，开辟新大陆，最终遍布全球。

2022年诺贝尔生理学或医学奖获得者斯万特·帕博正是通过一系列开创性研究，引领了一个全新的研究方向，让我们更加清晰地了解我们的祖先是如何从黑猩猩群体中脱颖而出，如何与其他古人类交融，最终又是如何演化出独一无二的我们的。

南方周末特约撰稿 汤波