“他們?cè)鴣?lái)過(guò)”——本次諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)為什么是關(guān)于人類起源的？

北京時(shí)間2022年10月3日下午17點(diǎn)30分，2022年科學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)季正式開啟，首先公開的獎(jiǎng)項(xiàng)與往年一致，仍然是諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

本年度的生理學(xué)諾獎(jiǎng)再次爆出冷門，古人類進(jìn)化生物學(xué)的集大成者斯萬(wàn)特·帕博獨(dú)享全部獎(jiǎng)金，之前呼聲甚高的mRNA疫苗等成果則繼續(xù)無(wú)緣獲獎(jiǎng)。能夠獲得諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)青睞的成果，要么是對(duì)于人類社會(huì)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，要么是回答了關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。本年度的生理學(xué)獎(jiǎng)成果屬于后者，它回答了“人類的基因組與其他已滅絕的古人類到底有何區(qū)別及聯(lián)系”這樣一個(gè)基本科學(xué)問(wèn)題。

這篇文章將用平實(shí)的語(yǔ)言為您講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，保證一看就懂。

圖片來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng)

01

人類的“表親”曾經(jīng)活躍在地球上

如今的人類總數(shù)擁有七十億之巨，幾乎將自己的足跡留在了這個(gè)星球的每一寸土地。但從歷史上來(lái)看，在演化過(guò)程中，人類最初的群體規(guī)模和地域分布只能說(shuō)是“星星之火”——雖有燎原之勢(shì)，但想制霸全球卻仍然時(shí)機(jī)尚早，隨便一場(chǎng)天災(zāi)人禍就能熄滅人類演化的火種。實(shí)際上，古人類的開疆拓土可不是即時(shí)戰(zhàn)略游戲這般簡(jiǎn)單，稍有不慎，整個(gè)族群就可能走向滅亡。我們的近親尼安德特人就沒(méi)能實(shí)現(xiàn)族群的延續(xù)，在大約三萬(wàn)年前消失在了歷史長(zhǎng)河中。

一直以來(lái)，尼安德特人和現(xiàn)代人類祖先的遺傳學(xué)關(guān)系都是人們極為感興趣的話題。尼安德特人和人類擁有類似的時(shí)空演化軌跡，卻沒(méi)能最終開枝散葉，他們到底因何絕滅？而且，科學(xué)家和公眾都想知道，這些古人類近親到底是否曾經(jīng)和現(xiàn)代人類的祖先有過(guò)交集？或者更進(jìn)一步，我們希望能知道，現(xiàn)代人類在這場(chǎng)進(jìn)化比賽中脫穎而出的理由到底是什么？

尼安德特人的分布范圍，來(lái)源：維基百科

02

歲月——帕博面臨的挑戰(zhàn)

在DNA結(jié)構(gòu)和序列得到有效解析之前，以上問(wèn)題只能通過(guò)考古學(xué)的遺跡發(fā)掘進(jìn)行推演，缺乏關(guān)鍵性的科學(xué)證據(jù)。

DNA測(cè)序技術(shù)逐步走向成熟后，看似條件具備，但可惜的是DNA屬于大分子有機(jī)物，其在環(huán)境中的保存時(shí)間十分有限，數(shù)萬(wàn)年的時(shí)光足夠?qū)⑼旰玫腄NA降解為無(wú)意義的碎片。從上世紀(jì)90年代初開始，帕博將精力集中于古人類DNA的解析，他采取了從線粒體DNA開始進(jìn)行測(cè)序的策略。

線粒體DNA是細(xì)胞中的一類特殊DNA，它們的序列長(zhǎng)度比細(xì)胞核中的DNA要短很多，遺傳信息含量也少的多，但這也意味著序列解析的難度更低。此外，細(xì)胞中含有大量的線粒體DNA拷貝，這又極大增加了解析成功的概率。

終于，帕博從一塊4萬(wàn)年前的尼安德特人遺骨中，解析出了一小段線粒體DNA序列。經(jīng)過(guò)與現(xiàn)代人類和黑猩猩的對(duì)比，帕博從遺傳學(xué)角度證實(shí)了尼安德特人的遺傳學(xué)獨(dú)特性，并且還將古人類祖先與黑猩猩在進(jìn)化上的分化年代確定為700萬(wàn)年前。

古人類DNA極易降解或遭受污染，來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng)

03

尼安德特人與丹尼索瓦人

之后的歲月里，帕博不斷改良古人類DNA的測(cè)序方法，從各種渠道降低測(cè)序過(guò)程中來(lái)自其它生物和人類DNA的潛在污染。終于，在2010年，歷經(jīng)20年的不懈努力，帕博成功完成了一項(xiàng)此前被大家認(rèn)為不可能完成的任務(wù)——實(shí)現(xiàn)了尼安德特人的全基因組測(cè)序。成功測(cè)序極大促進(jìn)了相關(guān)研究的進(jìn)展，在那之后，基因組比對(duì)技術(shù)揭示了現(xiàn)代人類祖先和尼安德特人大約在80萬(wàn)年前開始分化。

帕博的工作仍在繼續(xù)。2008年，一枚4萬(wàn)年前的原始人類指骨出土于南西伯利亞的丹尼索瓦洞穴，它的DNA保存情況極為完好。帕博團(tuán)隊(duì)隨即對(duì)其進(jìn)行測(cè)序，并且從2010年開始發(fā)表相關(guān)的基因組測(cè)序成果。令人欣喜的結(jié)果出現(xiàn)了，人們發(fā)現(xiàn)，它的遺傳學(xué)特征與現(xiàn)代人類和尼安德特人均有顯著差異，一個(gè)新的古人類種，丹尼索瓦人就此誕生。

人類、尼安德特人、丹尼索瓦人以及黑猩猩的演化圖譜，來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng)

丹尼索瓦人和尼安德特人一樣，都是人類已經(jīng)滅絕的近親。通過(guò)DNA測(cè)序，帕博的成果進(jìn)一步揭示了現(xiàn)代人體內(nèi)含有約1%到6%的二者基因，且這種基因交換發(fā)生在約7萬(wàn)年前。這證明，在過(guò)去的數(shù)十萬(wàn)年間，現(xiàn)代人類祖先與以上二者存在通婚行為，二者同為現(xiàn)代人類的祖先之一。

04

我們的身體流淌著他們的血液

帕博的研究成果開創(chuàng)了古基因組學(xué)這一全新的研究領(lǐng)域，它為我們勾勒出了現(xiàn)代人類的進(jìn)化圖譜。

當(dāng)現(xiàn)代人類祖先走出非洲，開始向歐亞大陸擴(kuò)展足跡之時(shí)，尼安德特人和丹尼索瓦人已經(jīng)分別在亞歐大陸西部和東部繁衍生息了?，F(xiàn)代人類的祖先在從亞歐大陸東端向西挺進(jìn)的過(guò)程中，與以上二者發(fā)生過(guò)基因組的交流與融合，且尼安德特人和丹尼索瓦人之間也有過(guò)類似的婚配行為。

除了宏觀的進(jìn)化路徑描繪，帕博開創(chuàng)的研究領(lǐng)域也讓研究獨(dú)立基因的進(jìn)化成為可能，例如，2014年發(fā)表在《自然》期刊上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，西藏人群和夏爾巴人群中，對(duì)高海拔表現(xiàn)出更強(qiáng)耐性的基因就源自丹尼索瓦人。

人類祖先與尼安德特人和丹尼索瓦人間的基因交流，來(lái)源：諾獎(jiǎng)官網(wǎng)

05

對(duì)人類自身的追問(wèn)仍在路上

但不妨偶爾“自我感動(dòng)”

帕博跨越30年的研究令上述成果的實(shí)現(xiàn)成為可能，如今我們已經(jīng)可以初步回答文章開篇的疑問(wèn)，但智人為何在與其它古人類的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出仍然沒(méi)有確切結(jié)論。

有研究認(rèn)為，尼安德特人雖然有使用工具的技能，但與同樣時(shí)間跨度的智人相比，它們工具本身的進(jìn)化似乎要慢得多，這也許從側(cè)面佐證了智人具有更高級(jí)的智慧。無(wú)論如何，智人在演化上取得的成功有目共睹，實(shí)力也好，運(yùn)氣也罷，事實(shí)如此。

在結(jié)果公布后，有記者向評(píng)委會(huì)成員提問(wèn)稱：“您是否認(rèn)為本年度的獲獎(jiǎng)結(jié)果是一個(gè)冷門？”她得到的回答是，“很高興這項(xiàng)成果能成為屬于帕博的驚喜，這對(duì)于人類而言是一個(gè)非常重要的課題?！?/p>

帕博的研究成果讓人們得以穿越數(shù)十萬(wàn)年的歲月洪荒，看到那些在演化長(zhǎng)河中發(fā)生過(guò)并影響至今的事情，這一點(diǎn)本身就值得全體人類驕傲和自豪。

出品：科普中國(guó)

作者：陸修遠(yuǎn)（生物醫(yī)學(xué)博士）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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