2023年第一期探索古人类基因：揭秘演化之密

2023-01-12

人类在进化过程中发生了哪些变化？古人类和现代人之间有多大的差别？这不仅是古人类学家正在研究的课题，也是普罗大众十分关心的事情。瑞典科学家斯万特·帕博多年来致力于从基因层面来研究古人类，并获得了一系列重要的成果，他也因此获得了2022年诺贝尔生理学或医学奖。他是第一个因研究生物进化而获得诺贝尔奖的科学家。

尼安德特人

从小喜欢古人类学

1856年，一些采石工人在德国尼安德特河谷岩壁的一个山洞中发现了一些古人类骨骼化石，这些古人类因发现地而被命名为“尼安德特人”。尼安德特人从40万年前开始生活在欧洲和亚洲西部，他们以肉食为主，主要捕猎小型或中型动物 ( 如山羊和小鹿 )。

尼安德特人是穴居者，但也偶尔建造露天营地。大约7万年前，一群智人从非洲迁移到中东，然后从那里再迁徙到世界其他地方。2.8万年前，尼安德特人在与远古智人的竞争中失败了，从而导致整个族群灭亡。

西方人尤其是欧洲人，对尼安德特人十分感兴趣，他们希望对尼安德特人有更多的了解。斯万特·帕博也是好奇者之一。他在童年时期就对古人类学产生了浓厚的兴趣，他的房间里堆满了史前瑞典人制作的陶器碎片。

13岁那年，他和母亲一起到埃及度假，第一次接触到木乃伊，他便萌生了研究木乃伊的想法，这进一步强化了他对古人类学的挚爱之情。在攻读博士学位期间，他受父亲（苏恩·伯格斯特龙，1982年诺贝尔生理学或医学奖获得者）的影响选择了医学，但仍对古人类学念念不忘。因此，他后来还是转向了古人类学的研究。

不过，他和其他古人类学家的研究方法不太一样。大多数古人类学家利用体质人类学和比较解剖学的技术对古人类化石进行研究，而他采用的是基因科学的技术，他的研究催生了一门全新的分支学科——古人类基因组学。

尼安德特人的基因

对于现在的生物学家来说，对生物进行基因测序已经不是什么困难的事情了。但是，要对古人类进行基因测序，那难度就变得相当大了，这是因为要在人类化石中提取到生物大分子是十分困难的事情。这些化石历经数万年的风风雨雨，还有细菌的不断吞食，其中残存的有机物质已经微乎其微了。

对生物进行基因检测通常要用到DNA。生物的DNA主要存在于细胞核中，被称为“核DNA”，它们是双螺旋长链状分子。不过，在细胞的线粒体中也存在少量的DNA分子，被称为“线粒体 DNA”，它们是双螺旋圆环状分子。线粒体是一种生产能量的细胞器，是细胞进行有氧呼吸的主要场所。

男性尼安德特人的样貌重建

帕博发现，从古人类化石中寻找核DNA比较困难，而寻找线粒体DNA则相对容易一些，这是因为线粒体DNA比核DNA小得多，且结构更稳定一些。经过多次不断的尝试，帕博从尼安德特人的化石中提取出线粒体DNA，并对之进行测序。2010年，他发布了第一个尼安德特人的基因组序列。虽然每个线粒体DNA中只有部分基因信息，但是他完成了多个细胞里的线粒体DNA测序，并综合这些数据得到了完整的基因组信息。

2014 年，他完成了对尼安德特人的全基因组的测序，其精度可以与现今人类基因组序列相媲美。测序结果表明，在欧洲或亚洲后裔的现代人类中，大约1%～4%的基因组起源于尼安德特人。经对比分析表明，尼安德特人和智人的共同祖先是生活在80万年前的直立人。

发现丹尼索瓦人

2008年，在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中，古人类学家发现了一块距今4万年的人类指骨碎片。由于西伯利亚特殊的常年低温环境，使得这块骨头里残留的生物大分子较多。更令人惊喜的是，其中保存了完好的DNA分子。

帕博对这块指骨中的DNA分子进行了基因测序，发现这块指骨既不是尼安德特人的，也不属于其他已知的古人类，而是属于一个全新的人种。于是，人们称它为“丹尼索瓦人”。这个发现让人们认识到古人类的多样性：数万年前的欧亚大陆至少存在2个古人类人种，其中尼安德特人居住在欧亚大陆的西部，而丹尼索瓦人居住在欧亚大陆的东部。

耶路撒冷希伯来大学经过对丹尼索瓦人的DNA进行甲基化研究分析，重建了丹尼索瓦人的面部

虽然丹尼索瓦人是依据俄罗斯的化石样本命名的，但是这一人种其实主要分布在我国。科学家研究表明，丹尼索瓦人曾长期生活在青藏高原。丹尼索瓦人的命运和尼安德特人一样，他们都遭遇了来自非洲的远古智人，并在领地争夺中屡战屡败，从而在历史舞台上消失了。

研究古人类基因的现实意义

虽然研究古人类主要是满足人们对人类起源的好奇心，但是这些研究同样具有重要的现实意义。研究古人类的演化历程，可以让我们更好地理解人类与环境之间的关系，以及我们未来在遭遇灾害时可以采取哪些策略来降低被灭种的可能性。

帕博的研究可以加深人们对自身的认识，有利于提升人们的健康水平。通过对比古人和现代人的基因，对理解我们的遗传多样性，还有生理、免疫相关的一些遗传特质，都是非常有意义的。帕博的研究发现，尼安德特人和远古智人（现代人的祖先）发生了基因交流。这种基因交流影响了现代人免疫系统对传染病（比如新冠肺炎）作出反应的方式。