2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：揭示人類(lèi)如何演化

田地

10月3日，瑞典卡羅林斯卡學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)決定將2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)萊比錫馬克斯·普朗克進(jìn)化人類(lèi)學(xué)研究所的瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·帕博，以表彰他在已滅絕古人類(lèi)基因組研究及人類(lèi)進(jìn)化領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

盡管今天的人們已經(jīng)比較清楚，人是從幾十萬(wàn)年前的非洲南方古猿演化而來(lái)，但是，在人類(lèi)形成的過(guò)程中，仍有無(wú)數(shù)謎團(tuán)有待解答，更需要化石和基因方面的證據(jù)。斯萬(wàn)特·帕博的貢獻(xiàn)主要在于古基因的發(fā)現(xiàn)，他的開(kāi)創(chuàng)性研究催生了一門(mén)全新的學(xué)科—古基因組學(xué)。通過(guò)揭示和比較活著的人類(lèi)與已滅絕的人類(lèi)的遺傳基因差異，帕博初步解釋了奠定現(xiàn)代人類(lèi)獨(dú)特性的基礎(chǔ)。

人類(lèi)學(xué)上一個(gè)主流的觀點(diǎn)是，現(xiàn)代人的祖先起源于非洲，目前世界各地的人類(lèi)都是源自非洲的古人類(lèi)的后代。解剖學(xué)上的現(xiàn)代人的祖先—智人，大約在30萬(wàn)年前首次出現(xiàn)在非洲。同時(shí)，人類(lèi)也有一些很親近的親屬，如尼安德特人（1856年在德國(guó)尼安德特河谷發(fā)現(xiàn)的一種古人類(lèi)），大約在40萬(wàn)年前到3萬(wàn)年前在非洲以外的地區(qū)發(fā)展，主要居住在歐洲和西亞，但在3萬(wàn)年前滅絕。大約7萬(wàn)年前，一群智人從非洲遷移到中東，后又遷徙到世界其他地方。智人和尼安德特人在歐亞大陸的大部分地區(qū)共存了數(shù)萬(wàn)年，他們之間可能有某種關(guān)系，只是我們不了解其中的細(xì)節(jié)。

帕博團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)尼安德特人的基因組進(jìn)行測(cè)序發(fā)現(xiàn)，他們是當(dāng)今人類(lèi)已滅絕的近親。帕博和同事首先從尼安德特人的遺骸上提取DNA并進(jìn)行測(cè)序，于1997年公布了對(duì)尼安德特人線粒體DNA的測(cè)序結(jié)果。此后，帕博一直持續(xù)追蹤和研究尼安德特人與智人的關(guān)系。2010年，帕博團(tuán)隊(duì)重構(gòu)出在克羅地亞一處洞穴發(fā)現(xiàn)的尼安德特人化石的基因組草圖，由此發(fā)現(xiàn)尼安德特人與分布在歐亞地區(qū)的現(xiàn)代人類(lèi)的祖先曾通婚。

帕博對(duì)尼安德特人與世界各地的現(xiàn)代人類(lèi)之間的關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尼安德特人的基因序列與來(lái)自歐洲或亞洲的現(xiàn)代人類(lèi)更相似。這意味著尼安德特人和智人在他們數(shù)萬(wàn)年的共存期間有過(guò)雜交。在具有歐洲或亞洲血統(tǒng)的現(xiàn)代人身上大約有1%～4% 的基因來(lái)自尼安德特人。

帕博團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行基因測(cè)序并發(fā)現(xiàn)尼安德特人的基因組，這為后來(lái)的研究打下了基礎(chǔ)。

古人類(lèi)方面的考古發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提供了尼安德特人與智人雜交的證據(jù)和更多細(xì)節(jié)。2008年，由以色列特拉維夫大學(xué)的學(xué)者組成的國(guó)際研究小組，在以色列西加利利地區(qū)的馬諾特（Manot）洞穴里發(fā)現(xiàn)了一塊5.5萬(wàn)年前的頭蓋骨，這塊頭蓋骨既有尼安德特人的特征，也有現(xiàn)代人類(lèi)的特征，是智人與尼安德特人雜交的重要線索，也是非洲現(xiàn)代人遷徙到歐亞大陸的第一項(xiàng)化石證據(jù)。

2016年，中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)的研究人員利用幾種不同的遺傳分析方法得出結(jié)論，在約10萬(wàn)年前，尼安德特人和智人之間發(fā)生了基因交流事件，這一時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于此前的各種推測(cè)與研究。

德國(guó)萊比錫馬普學(xué)會(huì)進(jìn)化人類(lèi)學(xué)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)分析了來(lái)自西伯利亞南部阿爾泰地區(qū)的一名尼安德特人和一名丹尼索瓦人（已滅絕的人種）的基因組和兩名現(xiàn)代人的基因組，同時(shí)還研究了另外兩名尼安德特人（一人來(lái)自西班牙，一人來(lái)自克羅地亞）的第21號(hào)染色體的詳細(xì)序列數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一支很早與其他智人分離的族群在10萬(wàn)年前曾向阿爾泰地區(qū)的尼安德特人轉(zhuǎn)移了基因。

還有一些后續(xù)的研究表明，尼安德特人向現(xiàn)代人轉(zhuǎn)移的基因中，一些可能是有益的，但大部分可能是中性的或?qū)ΜF(xiàn)代人有害的。一方面，尼安德特人的滅絕可能與其基因不適應(yīng)當(dāng)時(shí)的環(huán)境和生活方式有關(guān)；另一方面，源自尼安德特人的遺傳變異與12種疾?。ㄈ缧呐K病、動(dòng)脈壁增厚）患病風(fēng)險(xiǎn)的增加顯著相關(guān)。此外，美國(guó)范德堡大學(xué)的研究人員對(duì)2.8萬(wàn)人的基因的特殊部分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，尼安德特人的基因產(chǎn)生抑郁癥、煙癮、日曬導(dǎo)致的皮膚損傷、新陳代謝較慢、血液凝結(jié)過(guò)多、帕金森病的概率更高。這些疾病也增加了尼安德特人滅絕的風(fēng)險(xiǎn)。不過(guò)，尼安德特人是如何滅絕的，還有待進(jìn)一步研究。

帕博團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了以前不為人知的古人類(lèi)丹尼索瓦人在基因上與現(xiàn)代人的關(guān)系。

2008年，考古工作者在西伯利亞南部的阿爾泰山的丹尼索瓦洞中發(fā)現(xiàn)了一些化石，包括一塊指骨、一顆牙齒及一些飾物，經(jīng)測(cè)定，認(rèn)為其產(chǎn)生于4萬(wàn)年前。據(jù)推測(cè)，該化石來(lái)自一名5～7歲的女性，被稱(chēng)為“X女”（Woman X）。2014年，帕博和同事完成了對(duì)丹尼索瓦洞手指骨的基因測(cè)序，結(jié)果令人驚奇。研究者將“X女”的基因組與尼安德特人及現(xiàn)代人類(lèi)的所有已知基因組序列進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，丹尼索瓦洞手指骨的DNA序列是獨(dú)一無(wú)二的。由此，帕博團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的人類(lèi)，并將其命名為丹尼索瓦人。

隨后，帕博團(tuán)隊(duì)對(duì)來(lái)自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人類(lèi)的基因組序列進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人也和智人發(fā)生了基因交流，說(shuō)明兩類(lèi)人群之間有過(guò)通婚。這種關(guān)系首次出現(xiàn)在位于太平洋的美拉尼西亞群島和東南亞地區(qū)的人群中，他們攜帶高達(dá)6%的丹尼索瓦人的基因。

之后，出現(xiàn)了更多關(guān)于丹尼索瓦人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，研究者認(rèn)為這是一個(gè)已經(jīng)滅絕的人種，可能在更新世晚期生活于亞洲大陸。丹尼索瓦人也是直立行走，但身體構(gòu)造與智人和尼安德特人有所不同。研究發(fā)現(xiàn)，丹尼索瓦人與尼安德特人是姐妹群關(guān)系（由同一祖先衍生的兩個(gè)分支）。巴布亞新幾內(nèi)亞的現(xiàn)代美拉尼西亞人中有約6%的基因與丹尼索瓦人相同，可能是美拉尼西亞人的祖先在亞洲東南部與丹尼索瓦人相遇并通婚，然后美拉尼西亞人的祖先又遷徙到巴布亞新幾內(nèi)亞。

其他研究發(fā)現(xiàn)，非洲族群與丹尼索瓦人毫無(wú)接觸；丹尼索瓦人曾長(zhǎng)期居住在中亞，與處在東方與南方的東亞、南亞智人族群都有過(guò)一些基因交流。從已經(jīng)分析的基因組比對(duì)中發(fā)現(xiàn)，部分大洋洲人類(lèi)族群體內(nèi)的丹尼索瓦人基因比例最高。

在丹尼索瓦人與智人的基因交流過(guò)程中，有一個(gè)最出名的“饋贈(zèng)”，他們將變異的EPAS1基因轉(zhuǎn)移給了現(xiàn)代人，這在西藏地區(qū)的藏族人和夏爾巴人身上較為常見(jiàn)。

2014年，《自然》雜志發(fā)表了一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果。該研究在比較了40名藏族人和40名漢族人的EPAS1基因后發(fā)現(xiàn)，藏族人有變異的EPAS1基因，這使得藏族人能輕微提高紅細(xì)胞和血紅蛋白水平。這一變異既能提高供氧，又不會(huì)造成什么副作用。在漢族人和其他沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間高原生活史的人群中，其EPAS1基因沒(méi)有變異，若前往高原生活就會(huì)出現(xiàn)攝氧不足和其他心血管系統(tǒng)問(wèn)題。

在比較了尼安德特人和丹尼索瓦人的基因序列后，研究者確認(rèn)變異的EPAS1基因源自丹尼索瓦人。這種基因在缺氧環(huán)境下特別重要，它能增進(jìn)氧氣運(yùn)輸?shù)男?，讓人適應(yīng)低氧環(huán)境。在高原上生活的藏族人和夏爾巴人都有變異的EPAS1基因，說(shuō)明丹尼索瓦人也曾與這兩個(gè)族群有過(guò)基因交流。

當(dāng)時(shí)，這項(xiàng)研究也引發(fā)了爭(zhēng)議，因?yàn)榇饲爸辉谖鞑麃喌牡つ崴魍叨囱ㄖ邪l(fā)現(xiàn)了丹尼索瓦人，而這個(gè)洞穴的海拔高度只有700米。由于其他地方并未發(fā)現(xiàn)過(guò)丹尼索瓦人的遺骸，說(shuō)明他們并沒(méi)有到過(guò)青藏高原，不可能和藏族人及夏爾巴人有基因交流。因此，人們一直不理解丹尼索瓦人為何會(huì)攜帶與高海拔環(huán)境有關(guān)的基因。

不過(guò)，后來(lái)的研究證明了丹尼索瓦人與藏族人及夏爾巴人的確有過(guò)通婚。一些研究進(jìn)一步指出了丹尼索瓦人、尼安德特人和現(xiàn)代人的關(guān)系。丹尼索瓦人可能在20萬(wàn)—5.5萬(wàn)年前占據(jù)了這個(gè)位于西伯利亞的洞穴，而尼安德特人在19.3萬(wàn)—9.7萬(wàn)年前也曾出現(xiàn)在這個(gè)洞穴中。一些研究還發(fā)現(xiàn)，智人可能兩次與丹尼索瓦人發(fā)生大規(guī)?；煅?，丹尼索瓦人的基因以不同比例保存在現(xiàn)代大洋洲、東南亞和東亞人群的身體里。

2019年，中國(guó)科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在位于甘肅省甘南藏族自治州的白石崖溶洞中發(fā)現(xiàn)了丹尼索瓦人化石和丹尼索瓦人的基因。在溶洞中發(fā)現(xiàn)的化石是一個(gè)下頜骨化石，被稱(chēng)為夏河人。研究人員利用古蛋白分析方法鑒定其為丹尼索瓦人，利用鈾系測(cè)年方法將其確定為距今至少16萬(wàn)年。

夏河人下頜骨化石是在丹尼索瓦洞穴以外發(fā)現(xiàn)的第一份丹尼索瓦人化石，也是在東亞發(fā)現(xiàn)的首例丹尼索瓦人化石和遺跡。研究團(tuán)隊(duì)獲取了首個(gè)丹尼索瓦人線粒體基因序列，最終揭示出丹尼索瓦人在晚更新世就長(zhǎng)期生活在青藏高原，且成功適應(yīng)了高寒缺氧的環(huán)境。這是支撐丹尼索瓦人在亞洲地區(qū)廣泛分布的有力證據(jù)。該研究表明，約16萬(wàn)年前，丹尼索瓦人曾出現(xiàn)在青藏高原上，當(dāng)時(shí)的古人類(lèi)已經(jīng)適應(yīng)了青藏高原的環(huán)境。16萬(wàn)年前的地球正處于離現(xiàn)在最近的第二次冰期，那時(shí)的青藏高原比現(xiàn)在更冷、更干燥。在嚴(yán)酷的氣候條件下，丹尼索瓦人出現(xiàn)在青藏高原，說(shuō)明他們不僅可以適應(yīng)高海拔環(huán)境，而且有能力在寒冷、干燥的冰期生存。這說(shuō)明，變異的EPAS1基因是丹尼索瓦人與藏族人、夏爾巴人基因交流的結(jié)果。

解開(kāi)人類(lèi)演化過(guò)程中不同人群的種群聯(lián)姻的秘密，并揭示人類(lèi)與其近親之間的關(guān)系，或許是今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予斯萬(wàn)特·帕博的根本原因。