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2023-01-31
諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎剛剛揭曉！直指人類終極問題：我們?yōu)槭裁椽氁粺o二？
更新時間：2022-10-04 08:05:32作者：智慧百科
▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯
北京時間10月3日下午，萬眾矚目的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎公布了2022年獲獎?wù)呙麊危?strong>斯萬特·帕博（Svante P??bo）博士因在古基因組學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻而摘得桂冠。他建立了一門全新的科學(xué)學(xué)科——古基因組學(xué)。通過揭示所有現(xiàn)存人類與滅絕的古人類之間的基因差異，他的發(fā)現(xiàn)為探索“是什么使我們成為獨一無二的人類”提供了基礎(chǔ)。
▲今日斬獲諾獎的Svante P??bo博士（圖片來源：參考資料[1]）
好奇是人類的天性。仰望星空之余，我們也會思考自身的命運：我們是誰？從何而來？又要往哪里去？是什么讓我們成為了人，又是什么讓我們?nèi)绱伺c眾不同？
帕博博士是這一領(lǐng)域的開拓者。通過對已滅絕的尼安德特人的基因組進行測序，他讓這個看似不可能回答的問題有了答案。此外，他也極大協(xié)助了對丹尼索瓦人的發(fā)現(xiàn)。
這些重要的進展揭示了一個秘密——不同的早期人種之間有著基因的轉(zhuǎn)移，并影響到了今日人類的方方面面，譬如免疫功能。這些里程碑式的突破也讓古基因組學(xué)這一嶄新的科學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)而出，讓人類更為了解自身。
人類如何起源？我們?yōu)槭裁磁c眾不同？這些問題一直吸引著科學(xué)家。來自古生物學(xué)和考古學(xué)的證據(jù)表明，現(xiàn)代智人大約30萬年前起源于非洲，而我們的近親尼安德特人在大約40萬年前~3萬年前在非洲以外的歐洲和西亞居住，最終走向滅絕。大約7萬年前，一群智人從非洲遷移到中東地區(qū)，隨后走向全球其他地方。因此，智人和尼安德特人在歐亞大陸共存了數(shù)萬年。但對于我們與已滅絕的尼安德特人的關(guān)系，人們長期以來了解甚少。而關(guān)鍵的線索來自基因組信息。到1990年代末，幾乎整個人類基因組都已得到測序，使得后續(xù)研究不同人群之間的遺傳關(guān)系成為可能。然而，研究現(xiàn)代人與尼安德特人之間的關(guān)系，需要對從遠古樣本中收集的基因組DNA進行測序。
面對這項幾乎不可能的任務(wù)，帕博博士意識到了技術(shù)上的難度。隨著時間推移，DNA會被化學(xué)修飾、降解成片段。數(shù)千年后，只剩下微量的DNA，并且殘留的DNA會被細菌和當代人類的DNA污染。帕博博士開始開發(fā)研究尼安德特人DNA的方法，這項工作持續(xù)了幾十年。
▲DNA位于細胞內(nèi)的兩個不同位置：細胞核DNA含有大部分遺傳信息，剩下的少部分則位于線粒體中。在古代人類死亡后，DNA會隨著時間推移而降解，也會被來自細菌和當代人類的DNA所污染。（圖片來源：參考資料[1]）
由于對小線粒體基因組的分析只能提供有限的信息，帕博博士接受了對尼安德特人核基因組測序的巨大挑戰(zhàn)。這時，他得到了在馬克斯·普朗克研究所的工作機會。在新的研究所，帕博博士和他的團隊穩(wěn)步改進了從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法。該研究小組利用新的技術(shù)，使DNA測序變得非常高效。帕博博士還聘請了幾位在種群遺傳學(xué)和序列分析方面具有專業(yè)知識的合作者。
帕博博士完成了看似不可能完成的任務(wù)，并在2010年發(fā)表了首個尼安德特人基因組序列。對比分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大約80萬年前。帕博博士和他的同事現(xiàn)在可以分析尼安德特人和來自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人之間的關(guān)系。對比分析表明，尼安德特人的DNA序列與起源于歐洲或亞洲的當代人類的DNA序列更相似，而不是非洲。這意味著尼安德特人和智人在幾千年的共存中進行了雜交。在現(xiàn)代具有歐洲或亞洲血統(tǒng)的人類中，大約1%-4%的基因組來自尼安德特人。
▲帕博博士從已滅絕人類的骨樣本中提取了DNA。他最早從德國尼安德特獲得了一塊骨頭的碎片，之后也曾使用來自丹尼索瓦洞穴的骨片進行分析。進化樹顯示了智人與這些已滅絕古人類之間的關(guān)系，也顯示了帕博博士發(fā)現(xiàn)的基因之間的轉(zhuǎn)移。（圖片來源：參考資料[1]）
2008年，科學(xué)家在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發(fā)現(xiàn)了一塊距今4萬年前的指骨碎片。這塊骨頭含有保存非常完好的DNA，帕博博士的團隊對其進行了測序。結(jié)果引起了轟動：與所有已知的尼安德特人和現(xiàn)代人的DNA序列相比，這個DNA序列是獨一無二的。帕博博士發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的古人類，命名為丹尼索瓦人。與來自世界不同地區(qū)的同時代人類的序列比較表明，丹尼索瓦人和智人之間也發(fā)生過基因流動。這種關(guān)系首先在美拉尼西亞和東南亞其他地區(qū)的人群中被發(fā)現(xiàn)，那里的個體攜帶高達6%的丹尼索瓦人DNA。帕博博士的發(fā)現(xiàn)使人們對人類進化史有了新的認識。當智人離開非洲時，至少有兩個滅絕的古人類種群居住在歐亞大陸。尼安德特人生活在歐亞大陸的西部，而丹尼索瓦人居住在大陸的東部。在智人在非洲以外的擴張和向東遷移過程中，他們不僅與尼安德特人相遇并雜交，還與丹尼索瓦人雜交。
通過其開創(chuàng)性研究，帕博博士建立了一個嶄新的科學(xué)領(lǐng)域，古基因組學(xué)。跟隨最初的發(fā)現(xiàn)，他的團隊分析了幾種已滅絕的古人類的基因組序列。帕博博士的發(fā)現(xiàn)成為了獨一無二的資源，它被科學(xué)家廣泛使用，以增進對人類演化和遷徙的理解。幾種強大的序列分析新方法指出，古人類可能曾與非洲的智人雜交。然而，在非洲滅絕的古人類基因組還沒有得到測序，這是因為熱帶氣候會加速古代DNA的降解。基于帕博博士的發(fā)現(xiàn)，我們明白那些滅絕親戚的古代基因序列還影響了現(xiàn)在人類的生理學(xué)特征。一個例子是丹尼索瓦人的EPAS1基因，它使現(xiàn)代藏族人獲得了在高海拔地區(qū)生存的優(yōu)勢。還有比如尼安德特人的若干基因影響了我們對多種感染的免疫反應(yīng)。
▲帕博博士的發(fā)現(xiàn)有著重要意義，它揭示了在智人走出非洲，來到全球各地時，地球上的人口分布情況。尼安德特人住在歐亞大陸的西部，而丹尼索瓦人住在東部。當我們的祖先來到這些地區(qū)后，也與他們有過交配，在我們的DNA里留下了永遠的痕跡。（圖片來源：參考資料[1]）
智人能夠創(chuàng)造復(fù)雜的文明，能進行發(fā)明創(chuàng)造和藝術(shù)活動，還能在整個地球的水陸范圍活動。尼安德特人同樣過集體生活，擁有足夠大的大腦。他們也會使用工具，但在幾十萬年里沒有太大發(fā)展。相比關(guān)系最近但已經(jīng)滅絕的親戚，智人的基因和他們有哪些不同？通過帕博博士一系列開創(chuàng)性的研究，這個問題開始有了答案。目前的研究聚焦于分析這些基因差異帶來的功能差異，最終我們將回答那個終極問題：我們?yōu)槭裁磿仟氁粺o二的人類。
帕博博士的貢獻從更本源的地方讓我們?nèi)祟愄街陨碓跉v史長河中的位置。此次摘取諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的桂冠，正是對其意義的最好褒獎。
參考資料：
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022, Retrieved October 3, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-medicine2022.pdf
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