最初关注木乃伊的他,给出了“人类从何而来“



从古至今,关于人类从何而来的答案层出不穷,比如女娲造人等神话传说。随着科学的进步,人们逐渐认识到,现代人类起源于古猿,但想要了解人类起源和演化背后的过程,仍需要更多的努力。

10 月 3 日,2022 年诺贝尔生理学或医学奖被授予进化遗传学家斯万特 · 帕博(Svante Pääbo),以表彰其古基因组学领域的突出贡献。帕博博士通过开发古 DNA 提取和测序的技术,揭示所有现代人类与灭绝的古人类之间的基因差异,解开了人类演化史中的一个又一个谜团。

最初关注木乃伊的他,给出了“人类从何而来“

2022 生理学或医学奖得主 -- 斯万特 · 帕博

图片来源:nobelprize.org

答案,藏在古 DNA 里

提到 DNA,大家应该都不会陌生,DNA 通过碱基对的排列来记录生物的遗传信息,从一定程度上,破译了 DNA 的密码,就可以了解生命背后的许多奥秘,这其中就包括人类的起源和演化。

举个例子,英国分子生物学家亚历克 · 杰弗里斯就通过血红素蛋白基因的 DNA 序列推断了这个基因何时开始在人类和猿类中独立演化。

古 DNA 和平日里大家提到 DNA 并没有本质上的区别,它们是古代生物遗体或遗迹中残存的 DNA 的片段。古 DNA 的研究可以构建和复原古代人的群遗传结构和种族属性,帮助我们推断群体间的交流及迁移模式。

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古 DNA 的研究揭示了古人类之间的交流和通婚

图片来源:参考文献

一般而言,用于研究人类演化的古 DNA 包括三种类型:线粒体 DNA、Y 染色体 DNA 和核 DNA,它们分别反映了母系、父系,以及父母双方的遗传信息

毫无疑问,DNA 测序技术的发明使得对 DNA,乃至于古 DNA 的研究想法得以实现,但不同于那些针对新鲜材料的研究,古 DNA 的提取并不容易。

虽然 DNA 序列的稳定性很高,但是随着时间的推移,古代标本中的 DNA 依旧会被降解成短片段。也就是说,几千年后,古代标本中就只剩下微量的基因组 DNA,并且残留的 DNA 已经被细菌和现代人类的 DNA 所污染。

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古人类化石中的 DNA 随着时间推移被降解成短片段

图片来源:nobelprize.org

因此,从古代人类遗骸中成功获取内源性古 DNA 并进行深入研究分析的最大挑战就是需要控制不同来源的现代人类和微生物 DNA 的污染。

大家可能不知道,尽管开创了古遗传学领域,但帕博在古 DNA 的研究路上也并非一帆风顺。在研究一个 7000 年前的美洲土著人的大脑时,帕博就因为样品被现代人的 DNA 污染而彻底失败。

当认识到现代人带来的任何污染都可能让一次对古 DNA 的研究彻底失败之后,帕博搭建了世界上第一个古 DNA 研究的超净室(clean room)。

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。

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超净室

图片来源:nytimes.com

在初步解决了污染问题后,帕博设法从一块 40,000 年前的尼安德特人遗骸中收集了线粒体基因组的 DNA 序列,并进行了测序。

因为这项研究,我们第一次获得了来自已经灭绝亲属的序列,结果表明,与当代人类和黑猩猩相比尼安德特人在基因序列上是不同的。

从线粒体序列到基因组,找到那些在人类基因组中的 " 幽灵 "

上世纪末,人类基因组计划的开展敲开了新世界的大门,人们可以从基因组中了解到过去不曾知道的信息。如果我们可以获得古人类的基因组信息,再将这些信息和现代人类的基因组进行比较,那是不是可以对人类演化的过程有更深入的了解呢?

答案显然是肯定的。

帕博在取得了初步的进展之后,毅然接受了对尼安德特人核基因组测序的巨大挑战。他和他的团队改进了从古骨遗骸中分离和分析 DNA 的方法,通过新的技术使得对古 DNA 的测序变得更为有效。

2010 年,帕博的研究取得了突破性的进展,他们发表了首个尼安德特人基因组序列。对比分析表明,尼安德特人和智人共同生活在大约 80 万年前。在他们共存的期间,尼安德特人和智人进行了数次通婚,在现代的欧洲或亚洲人中,大约 1%-4% 的基因组来自尼安德特人。

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尼安德特人和现代人祖先发生过通婚

图片来源:nobelprize.org




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