【原】2022諾獎首發花落人類進化遺傳學研究，瑞典古遺傳學開拓者獲獎，揭示人類因何獨特

生輝 2022-10-03 發布于甘肅

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北京時間 10 月 3 日下午 5 點 30 分，2022 年諾貝爾生理學或醫學獎評選結果揭曉——諾貝爾委員會宣布，將此獎項頒發給斯萬特·帕博（Svante P??bo），“以表彰他在已滅絕古人類基因組和人類進化方面的發現。”
Svante P??bo 于 1955 年 4 月 20 日出生于瑞典斯德哥爾摩，其父親是 1982 年諾貝爾生理學與醫學獎得主 Sune Karl Bergstr?m （蘇恩·伯格斯特龍）。1986 年，他在烏普薩拉大學通過博士論文答辯，并先后在瑞士蘇黎世大學和美國加州大學伯克利分校從事博士后研究。1990 年，他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并擔任所長，同時他也是日本沖繩科學技術學院的兼職教授。此外，他還是美國、瑞典等國家科學院院士。
1992 年，Svante P??bo 獲德國科學基金會頒發的戈特弗里德·威廉·萊布尼茨獎；2007年，被評為 TIME 全球最有影響力百人之一；2008年，被 New Scientist 評為 8 位年度科學英雄之一。

起源：開創古基因組學研究

人類一直對自身的起源很感興趣。我們來自哪里？我們與古時的先人有什么關系？是什么造成了智人與人族其它物種的差異？
Svante P??bo 通過其開創性研究獲得了突破性的成就：他對尼安德特人（Homo neanderthalensis，現代人類已滅絕的近親之一）的基因組進行測序，還轟動地發現了此前未知的古人類人種丹尼索瓦人。重要的是，P??bo 還發現，在大約 70,000 年前遷出非洲之后，這些現已滅絕的古人類基因流向了智人，并且其基因與現代人類具有生理相關性，例如影響我們的免疫系統對感染的反應。
P??bo 的開創性研究催生了一門全新的科學學科——古基因組學。通過揭示現代人類與已滅絕的古人類之間的遺傳差異，他的發現為探索現代人類在基因層面上的獨特性奠定了基礎。
我們的起源，以及是什么讓我們與眾不同的問題自古以來就一直吸引著人類。古生物學和考古學對于人類進化的研究很重要。

研究提供的證據表明，解剖學上的現代人類大約在 30 萬年前首次出現在非洲，而我們已知的最近親屬尼安德特人在大約 40 萬年前到 3 萬年前間在非洲以外地區發展，居住在歐洲和西亞。大約 7 萬年前，一群智人從非洲遷移到中東，然后從那里遷移到世界其他地方。因此，智人和尼安德特人在歐亞大陸的大部分地區共存了數萬年。

但是我們對我們自己與已滅絕的尼安德特人的關系了解多少？線索可能來自基因組信息。到 1990 年代末，幾乎整個人類基因組已完成測序。這是一項相當大的成就，這使得后續研究不同人類種群之間的遺傳關系成為可能。然而，研究當今人類與已滅絕的尼安德特人之間的關系需要對從古代標本中回收的基因組 DNA 進行測序。

發現：利用現代遺傳學方法完成古人類基因組測序

在其職業生涯的早期，Svante P??bo 對于利用現代遺傳學方法研究尼安德特人 DNA 的工作十分著迷。然而，他很快意識到了技術局限性所帶來的挑戰。隨著時間的推移，DNA 會被化學修飾并降解成短片段。幾千年后，只剩下微量的 DNA 能夠用于研究，并且這些殘余的DNA還大量被細菌和當代人類的 DNA 污染（圖 1）。

作為進化生物學領域的先驅 Allan Wilson 的博士后學生，P??bo 投身于開發用于研究尼安德特人 DNA 的方法，該項工作持續了幾十年。

▲圖1| DNA 位于細胞內的兩個不同區域

1990 年，P??bo 被慕尼黑大學聘為新任教授，繼續從事古代的 DNA 研究工作。他計劃分析來自尼安德特人的線粒體 DNA。盡管線粒體中的基因組有限，僅包含細胞中遺傳信息的一小部分，但它存在數千個拷貝，使得成功的機會大大增加。
憑借 P??bo 設計的精巧方法，他從一塊 40,000 年前的尼安德特人骨頭中成功測序了一段線粒體DNA。因此，人類第一次獲得了來自已滅絕“近親”的基因組序列。該序列與現代人類和黑猩猩之間的序列比對顯示了尼安德特人在基因上的不同之處。
由于對線粒體基因組的分析只能獲得有限的信息，P??bo 如今承擔了對尼安德特人細胞核基因組測序的任務。創立馬克斯普朗克研究所后，P??bo 和他的團隊不斷改進從古骨遺骸中分離和分析 DNA 的方法。研究團隊利用新技術的發展，使 DNA 測序變得高效。
P??bo 還聘請了幾位具有群體遺傳學和高級序列分析專業知識的合作伙伴。P??bo 完成了看似不可能的任務，并在 2010 年發表了第一個尼安德特人基因組序列。序列比對表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先大約生活在 80 萬年前。
▲圖2| P??bo 從已滅絕的人類骨骼標本中提取 DNA

P??bo 和他的同事現在可以深入研究尼安德特人與世界其他地區的現代人類之間的關系。序列比對結果表明，與起源于非洲的現代人類基因組相比，尼安德特人的 DNA 序列與起源于歐洲或亞洲的現代人類序列更為相似。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異血緣交配。在如今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（見圖 2）。
2008 年，在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發現了一塊 4 萬年前的人手指骨碎片。這塊骨頭含有保存得非常完整的 DNA，P??bo 的團隊對其進行了測序，結果引起轟動：與尼安德特人和現代人類的所有已知序列相比，丹尼索瓦人的 DNA 序列是獨一無二的。
由此，P??bo 發現了一種此前不為人知的古代人種，并將其命名為丹尼索瓦人。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曾發生基因流動（gene flow）。這種關系首次出現在美拉尼西亞和東南亞其它地區的人群中，這些地區人群攜帶高達 6% 的丹尼索瓦人 DNA。
P??bo 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，至少有兩個目前已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并與之進行了異血緣交配，還與丹尼索瓦人進行了異血緣交配（見圖 3）。

應用：解析人類進化和遷移

上文提到，通過其開創性研究，Svante P??bo 建立了一個全新的科學學科—— 古基因組學。此后，他的團隊陸續完成了其它一些對已滅絕人類的基因組序列的分析。P??bo 的發現建立了一種獨特的資源，被科學界廣泛用于更好地了解人類進化和遷移。

用于序列分析的新方法表明，古人族也可能與非洲的智人異血緣交配。然而，由于熱帶氣候加速古代 DNA 的降解，尚未實現對非洲已滅絕古人類的基因組的測序。

基于 Svante P??bo 的發現，科學家們現在了解到已滅絕親屬的古老基因序列會影響當今人類的生理機能。一個例子是，丹尼索瓦人的EPAS1 基因賦予了這些人在高海拔地區生存的優勢，這在當今的藏人中很常見。另一個例子是，尼安德特人基因會影響人類對不同類型感染作出的免疫反應。

▲圖3 | P??bo 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

整體來看，智人（Homo sapiens）的特點是其創造復雜文化、先進創新和具象藝術的獨特能力，以及穿越開闊水域并遷徙到地球各個地方的能力（圖 4）。尼安德特人同樣群居生活，擁有很大的大腦。他們也使用工具，不過在數十萬年的時間里開發的工具很少。直到通過 P??bo 的開創性工作才確定了智人與已滅絕的近親種族之間的遺傳差異。當前正在進行的研究側重于分析這些差異的功能影響，最終目標是解釋人類因何獨特。