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“他们曾来过”——本次诺贝尔生理学或医学奖为什么是关于人类起源的?

古人类 生理学 问题 成果
中国科普博览

北京时间2022年10月3日下午17点30分,2022年科学诺贝尔奖颁奖季正式开启,首先公开的奖项与往年一致,仍然是诺贝尔生理学或医学奖。

本年度的生理学诺奖再次爆出冷门,古人类进化生物学的集大成者斯万特·帕博独享全部奖金,之前呼声甚高的mRNA疫苗等成果则继续无缘获奖。能够获得诺贝尔奖委员会青睐的成果,要么是对于人类社会具有重大的现实意义,要么是回答了关键的科学问题。本年度的生理学奖成果属于后者,它回答了“人类的基因组与其他已灭绝的古人类到底有何区别及联系”这样一个基本科学问题。

这篇文章将用平实的语言为您讲解相关知识点,保证一看就懂。

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图片来源:诺奖官网

01

人类的“表亲”曾经活跃在地球上

如今的人类总数拥有七十亿之巨,几乎将自己的足迹留在了这个星球的每一寸土地。但从历史上来看,在演化过程中,人类最初的群体规模和地域分布只能说是“星星之火”——虽有燎原之势,但想制霸全球却仍然时机尚早,随便一场天灾人祸就能熄灭人类演化的火种。实际上,古人类的开疆拓土可不是即时战略游戏这般简单,稍有不慎,整个族群就可能走向灭亡。我们的近亲尼安德特人就没能实现族群的延续,在大约三万年前消失在了历史长河中。

一直以来,尼安德特人和现代人类祖先的遗传学关系都是人们极为感兴趣的话题。尼安德特人和人类拥有类似的时空演化轨迹,却没能最终开枝散叶,他们到底因何绝灭?而且,科学家和公众都想知道,这些古人类近亲到底是否曾经和现代人类的祖先有过交集?或者更进一步,我们希望能知道,现代人类在这场进化比赛中脱颖而出的理由到底是什么?

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尼安德特人的分布范围,来源:维基百科

02

岁月——帕博面临的挑战

在DNA结构和序列得到有效解析之前,以上问题只能通过考古学的遗迹发掘进行推演,缺乏关键性的科学证据。

DNA测序技术逐步走向成熟后,看似条件具备,但可惜的是DNA属于大分子有机物,其在环境中的保存时间十分有限,数万年的时光足够将完好的DNA降解为无意义的碎片。从上世纪90年代初开始,帕博将精力集中于古人类DNA的解析,他采取了从线粒体DNA开始进行测序的策略。

线粒体DNA是细胞中的一类特殊DNA,它们的序列长度比细胞核中的DNA要短很多,遗传信息含量也少的多,但这也意味着序列解析的难度更低。此外,细胞中含有大量的线粒体DNA拷贝,这又极大增加了解析成功的概率。

终于,帕博从一块4万年前的尼安德特人遗骨中,解析出了一小段线粒体DNA序列。经过与现代人类和黑猩猩的对比,帕博从遗传学角度证实了尼安德特人的遗传学独特性,并且还将古人类祖先与黑猩猩在进化上的分化年代确定为700万年前。

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古人类DNA极易降解或遭受污染,来源:诺奖官网

03

尼安德特人与丹尼索瓦人

之后的岁月里,帕博不断改良古人类DNA的测序方法,从各种渠道降低测序过程中来自其它生物和人类DNA的潜在污染。终于,在2010年,历经20年的不懈努力,帕博成功完成了一项此前被大家认为不可能完成的任务——实现了尼安德特人的全基因组测序。成功测序极大促进了相关研究的进展,在那之后,基因组比对技术揭示了现代人类祖先和尼安德特人大约在80万年前开始分化。

帕博的工作仍在继续。2008年,一枚4万年前的原始人类指骨出土于南西伯利亚的丹尼索瓦洞穴,它的DNA保存情况极为完好。帕博团队随即对其进行测序,并且从2010年开始发表相关的基因组测序成果。令人欣喜的结果出现了,人们发现,它的遗传学特征与现代人类和尼安德特人均有显著差异,一个新的古人类种,丹尼索瓦人就此诞生。

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人类、尼安德特人、丹尼索瓦人以及黑猩猩的演化图谱,来源:诺奖官网

丹尼索瓦人和尼安德特人一样,都是人类已经灭绝的近亲。通过DNA测序,帕博的成果进一步揭示了现代人体内含有约1%到6%的二者基因,且这种基因交换发生在约7万年前。这证明,在过去的数十万年间,现代人类祖先与以上二者存在通婚行为,二者同为现代人类的祖先之一。

04

我们的身体流淌着他们的血液

帕博的研究成果开创了古基因组学这一全新的研究领域,它为我们勾勒出了现代人类的进化图谱。

当现代人类祖先走出非洲,开始向欧亚大陆扩展足迹之时,尼安德特人和丹尼索瓦人已经分别在亚欧大陆西部和东部繁衍生息了。现代人类的祖先在从亚欧大陆东端向西挺进的过程中,与以上二者发生过基因组的交流与融合,且尼安德特人和丹尼索瓦人之间也有过类似的婚配行为。

除了宏观的进化路径描绘,帕博开创的研究领域也让研究独立基因的进化成为可能,例如,2014年发表在《自然》期刊上的一项研究发现,西藏人群和夏尔巴人群中,对高海拔表现出更强耐性的基因就源自丹尼索瓦人。 图片

人类祖先与尼安德特人和丹尼索瓦人间的基因交流,来源:诺奖官网

05

对人类自身的追问仍在路上

但不妨偶尔“自我感动”

帕博跨越30年的研究令上述成果的实现成为可能,如今我们已经可以初步回答文章开篇的疑问,但智人为何在与其它古人类的竞争中脱颖而出仍然没有确切结论。

有研究认为,尼安德特人虽然有使用工具的技能,但与同样时间跨度的智人相比,它们工具本身的进化似乎要慢得多,这也许从侧面佐证了智人具有更高级的智慧。无论如何,智人在演化上取得的成功有目共睹,实力也好,运气也罢,事实如此。

在结果公布后,有记者向评委会成员提问称:“您是否认为本年度的获奖结果是一个冷门?”她得到的回答是,“很高兴这项成果能成为属于帕博的惊喜,这对于人类而言是一个非常重要的课题。”

帕博的研究成果让人们得以穿越数十万年的岁月洪荒,看到那些在演化长河中发生过并影响至今的事情,这一点本身就值得全体人类骄傲和自豪。

出品:科普中国

作者:陆修远(生物医学博士)

监制:中国科普博览

文章由科普中国出品,陆修远制作,中国科普博览监制。转载请注明来源

本文来自版权图库的图片,不授权转载。

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董明贵
学士级
学习
2022-10-08
春雨631fc6a2
贡士级
2022-11-01
郑礼好
贡士级
2022-10-23