探索古人類基因：揭示演化之謎

文/楊先碧

人類在進(jìn)化過程中發(fā)生了哪些變化？古人類和現(xiàn)代人之間有多大的差別？這不僅是古人類學(xué)家正在研究的課題，也是普羅大眾十分關(guān)心的事情。瑞典科學(xué)家斯萬特·帕博多年來致力于從基因?qū)用鎭硌芯抗湃祟?，并獲得了一系列重要的成果，他也因此獲得了2022 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他是第一個(gè)因研究生物進(jìn)化而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家。

尼安德特人

從小喜歡古人類學(xué)

1856 年，一些采石工人在德國(guó)尼安德特河谷巖壁的一個(gè)山洞中發(fā)現(xiàn)了一些古人類骨骼化石，這些古人類因發(fā)現(xiàn)地而被命名為“尼安德特人”。尼安德特人從40 萬年前開始生活在歐洲和亞洲西部，他們以肉食為主，主要捕獵小型或中型動(dòng)物 (如山羊和小鹿)。

尼安德特人是穴居者，但也偶爾建造露天營(yíng)地。大約7 萬年前，一群智人從非洲遷移到中東，然后從那里再遷徙到世界其他地方。2.8 萬年前，尼安德特人在與遠(yuǎn)古智人的競(jìng)爭(zhēng)中失敗了，從而導(dǎo)致整個(gè)族群滅亡。

西方人尤其是歐洲人，對(duì)尼安德特人十分感興趣，他們希望對(duì)尼安德特人有更多的了解。斯萬特·帕博也是好奇者之一。他在童年時(shí)期就對(duì)古人類學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，他的房間里堆滿了史前瑞典人制作的陶器碎片。

13 歲那年，他和母親一起到埃及度假，第一次接觸到木乃伊，他便萌生了研究木乃伊的想法，這進(jìn)一步強(qiáng)化了他對(duì)古人類學(xué)的摯愛之情。在攻讀博士學(xué)位期間，他受父親（蘇恩·伯格斯特龍，1982 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者）的影響選擇了醫(yī)學(xué)，但仍對(duì)古人類學(xué)念念不忘。因此，他后來還是轉(zhuǎn)向了古人類學(xué)的研究。

不過，他和其他古人類學(xué)家的研究方法不太一樣。大多數(shù)古人類學(xué)家利用體質(zhì)人類學(xué)和比較解剖學(xué)的技術(shù)對(duì)古人類化石進(jìn)行研究，而他采用的是基因科學(xué)的技術(shù)，他的研究催生了一門全新的分支學(xué)科——古人類基因組學(xué)。

尼安德特人的基因

對(duì)于現(xiàn)在的生物學(xué)家來說，對(duì)生物進(jìn)行基因測(cè)序已經(jīng)不是什么困難的事情了。但是，要對(duì)古人類進(jìn)行基因測(cè)序，那難度就變得相當(dāng)大了，這是因?yàn)橐谌祟惢刑崛〉缴锎蠓肿邮鞘掷щy的事情。這些化石歷經(jīng)數(shù)萬年的風(fēng)風(fēng)雨雨，還有細(xì)菌的不斷吞食，其中殘存的有機(jī)物質(zhì)已經(jīng)微乎其微了。

對(duì)生物進(jìn)行基因檢測(cè)通常要用到DNA。生物的DNA主要存在于細(xì)胞核中，被稱為“核DNA”，它們是雙螺旋長(zhǎng)鏈狀分子。不過，在細(xì)胞的線粒體中也存在少量的DNA 分子，被稱為“線粒體DNA”，它們是雙螺旋圓環(huán)狀分子。線粒體是一種生產(chǎn)能量的細(xì)胞器，是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所。

帕博發(fā)現(xiàn)，從古人類化石中尋找核DNA 比較困難，而尋找線粒體DNA 則相對(duì)容易一些，這是因?yàn)榫€粒體DNA 比核DNA 小得多，且結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定一些。經(jīng)過多次不斷的嘗試，帕博從尼安德特人的化石中提取出線粒體DNA，并對(duì)之進(jìn)行測(cè)序。2010 年，他發(fā)布了第一個(gè)尼安德特人的基因組序列。雖然每個(gè)線粒體DNA 中只有部分基因信息，但是他完成了多個(gè)細(xì)胞里的線粒體DNA 測(cè)序，并綜合這些數(shù)據(jù)得到了完整的基因組信息。

2014 年，他完成了對(duì)尼安德特人的全基因組的測(cè)序，其精度可以與現(xiàn)今人類基因組序列相媲美。測(cè)序結(jié)果表明，在歐洲或亞洲后裔的現(xiàn)代人類中，大約1%～4%的基因組起源于尼安德特人。經(jīng)對(duì)比分析表明，尼安德特人和智人的共同祖先是生活在80 萬年前的直立人。

男性尼安德特人的樣貌重建

發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人

2008 年，在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中，古人類學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一塊距今4 萬年的人類指骨碎片。由于西伯利亞特殊的常年低溫環(huán)境，使得這塊骨頭里殘留的生物大分子較多。更令人驚喜的是，其中保存了完好的DNA分子。

帕博對(duì)這塊指骨中的DNA 分子進(jìn)行了基因測(cè)序，發(fā)現(xiàn)這塊指骨既不是尼安德特人的，也不屬于其他已知的古人類，而是屬于一個(gè)全新的人種。于是，人們稱它為“丹尼索瓦人”。這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓人們認(rèn)識(shí)到古人類的多樣性：數(shù)萬年前的歐亞大陸至少存在2 個(gè)古人類人種，其中尼安德特人居住在歐亞大陸的西部，而丹尼索瓦人居住在歐亞大陸的東部。

雖然丹尼索瓦人是依據(jù)俄羅斯的化石樣本命名的，但是這一人種其實(shí)主要分布在我國(guó)?？茖W(xué)家研究表明，丹尼索瓦人曾長(zhǎng)期生活在青藏高原。丹尼索瓦人的命運(yùn)和尼安德特人一樣，他們都遭遇了來自非洲的遠(yuǎn)古智人，并在領(lǐng)地爭(zhēng)奪中屢戰(zhàn)屢敗，從而在歷史舞臺(tái)上消失了。

耶路撒冷希伯來大學(xué)經(jīng)過對(duì)丹尼索瓦人的DNA進(jìn)行甲基化研究分析，重建了丹尼索瓦人的面部

研究古人類基因的現(xiàn)實(shí)意義

雖然研究古人類主要是滿足人們對(duì)人類起源的好奇心，但是這些研究同樣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究古人類的演化歷程，可以讓我們更好地理解人類與環(huán)境之間的關(guān)系，以及我們未來在遭遇災(zāi)害時(shí)可以采取哪些策略來降低被滅種的可能性。

帕博的研究可以加深人們對(duì)自身的認(rèn)識(shí)，有利于提升人們的健康水平。通過對(duì)比古人和現(xiàn)代人的基因，對(duì)理解我們的遺傳多樣性，還有生理、免疫相關(guān)的一些遺傳特質(zhì)，都是非常有意義的。帕博的研究發(fā)現(xiàn)，尼安德特人和遠(yuǎn)古智人（現(xiàn)代人的祖先）發(fā)生了基因交流。這種基因交流影響了現(xiàn)代人免疫系統(tǒng)對(duì)傳染病（比如新冠肺炎）作出反應(yīng)的方式。

2022 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者瑞典遺傳學(xué)家斯萬特·帕博

帕博在丹尼索瓦人身上發(fā)現(xiàn)了EPAS1 基因，這是細(xì)胞的低氧誘導(dǎo)調(diào)節(jié)通路中的重要基因, 它幫助紅細(xì)胞高效地利用氧氣，讓人們能夠很快適應(yīng)高海拔地區(qū)的生活，不少生活在藏區(qū)的人就從丹尼索瓦人那里遺傳了這種基因。對(duì)于體內(nèi)沒有這種基因的人來說，高海拔環(huán)境會(huì)讓血液變得黏稠，并會(huì)引發(fā)心血管問題。

正是在帕博的帶動(dòng)下，古人類基因研究近幾十年來呈現(xiàn)出了爆炸性增長(zhǎng)，這徹底改變了我們對(duì)人類變異和人類歷史的理解。古人和今人，并非完全割裂的兩個(gè)族群。我們延續(xù)著祖先的基因，繼承著祖先的才智。弄清楚人類的演化歷程，將有利于我們奔向更加美好的未來。