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古DNA研究获2022诺贝尔奖,但有人就是不信中国人源自非洲

 dandong819 2022-10-04 发布于江苏

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10月3日下午,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)因“对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现”而获奖。

斯万特·帕博于1955年出生于瑞典斯德哥尔摩。他于1986年在乌普萨拉大学取得博士学位,并先后在瑞士苏黎世大学和美国加州大学伯克利分校从事博士后研究。1990年,他成为德国慕尼黑大学教授,并于1999年在德国莱比锡创立了马克斯普朗克进化人类学研究所,至今仍活跃在该研究所。

据诺奖委员会的介绍,斯万特·帕博的贡献在于,开创性研究催生了“古基因组学”这一全新学科,通过揭示所有现存人类与已灭绝的古人类之间的遗传差异,为探索以上问题奠定了基础。

在职业生涯的早期,斯万特·帕博即开始开发研究尼安德特人DNA的方法,这项工作持续了几十年。

其实,他的工作起始于研究木乃伊中的DNA,1985年,他的研究小组从距今2400多年的埃及木乃伊中提取DNA并进行克隆测序,发表了第一篇研究古人DNA的文章。

虽然现在几乎可以肯定,该文章中获得的DNA是污染的结果,但是在该文章的鼓舞下,更多的实验室加入到古DNA研究中来。帕博也被公认为是古DNA研究的领军人物。

后来,他的研究重心集中在尼安德特人的遗传信息上。

1856年,几位矿工在德国杜塞尔多夫附近的尼安德河谷的一个洞穴中发现了一些古人类的遗骨,1864年,爱尔兰地质学家威廉姆·金(William King)将其命名为“尼安德特人”。在此之前,德国著名博物学家恩斯特·海克尔(Ernst Haeckel)曾试着给这种远古人类起名为“愚人”(Homo stupidus)。

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不过这个名字侮辱性有点强。因为尼安德特人四肢粗短,头骨低平,骨壁较厚,乍一看强壮愚鲁,与自称“智人”(Homo sapiens)的现代人截然不同。通过年代测定,尼安德特人生活在距今43万年至4万年左右,活动范围横跨欧亚大陆。

所以这个“愚人”的名字并未被采纳,因为后来更多的发现表明,尼安德特人也没那么蠢。

斯万特·帕博凭借精巧的方法,从一块4万年前尼安德特人化石中测得了一个线粒体DNA区域的序列。这是人类第一次获得来自已灭绝亲属的基因序列。

为什么研究线粒体DNA,而不是核DNA?

在动物细胞内,实际存在两种DNA:核DNA,位于细胞核中;线粒体DNA,位于游荡在细胞质内的线粒体中。而母亲可以通过卵子,把线粒体DNA完整的传递给下一代,如果下一代是女儿,就又可以传递给女儿,这样不断传递下去。通过分析线粒体DNA的变异,可以判定生物体的遗传关系。

而且在细胞中,往往含有数百个线粒体,每个线粒体中又包含2到10个线粒体DNA,而核DNA的数量却只有46个。从线粒体中提取基因的可能性,要比从染色体中获得核基因的可能性大,这也是很多科学家最早选择以此为突破口,来洞察人类进化奥秘的原因。

1987年,美国科学家华莱士和威尔逊分别带领两个实验室通过检测女性胎盘细胞线粒体DNA发现,现代人祖先可追溯到大约15万年前非洲的一个女人“夏娃”。“夏娃”的后裔开始由非洲大陆向世界其他各洲迁移,取代已存在那里的直立人和智人。

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这一研究的发现,让非洲起源说开始被多数人所接受。

现在人类学家普遍认为,不论是尼安特人、山顶洞人还是北京人后来都神秘的消失了,再没有留下任何痕迹,而自非洲走出来的现代人的祖先却走向了世界各地,进化为不同肤色的人种。

现在的DNA技术也确认了当今的人类相同的DNA部分都指向于非洲大陆,人类共同的祖先在非洲。

实际上,关于现代人类的起源问题,长期以来有两种理论:多区进化说和非洲起源说。前者认为,现代人类是由当地的早期智人,如中国的陕西大荔人等,各自平行发展,演化成现代人类。

而非洲起源说则认为,解剖学结构上的现代人类是在非洲形成,然后迁徙到世界各地。其中一支侵入到欧洲的尼人区域,消灭了当地土著,从而形成现代的欧洲人;另一支侵入亚洲地区,替代了亚洲土著,进而发展成现代的黄种人。

按照这一理论,当现代人类的祖先从非洲进入欧洲大陆后,尼人就开始走向衰落,直至最后灭绝。迄今为止,已经发现的距今最近的尼人遗迹,也在2.8万年前。关于他们消失的原因,至今众说纷纭。有科学家归咎于气候,但也有人认为是其在智力上的相对劣势造成的。

目前科学界普遍的看法是,从13万年前到4万年前,尼人是那个时期欧洲的真正“主人”。但由于其骨骼与现代人有明显不同,包括前额低而倾斜,眉骨向前突出,因此,一直被认为是人类进化史上最终归于灭绝的旁支之一。

不过尼安德特人人曾经和我们的祖先长期共存,不大可能不发生关系。

美国霍华德休斯医学研究所的华裔科学家蓝田(Bruce Lahn)曾经对我说,在欧洲、西亚乃至中东地区,科学家多次在临近区域发现了尼人和现代人的遗迹。而这些遗迹的年代,均在距今4.5万年前到3万年前之间,“他们不可能没遇见过。”

通过分析现代人类基因变异过程,蓝田所在的团队发现,现代人类祖先在3.7万年前,获得了让大脑获得一定进化优势的基因变异。而这恰在尼人灭绝之前,很可能源自“两者之间的通婚”。

通过化石上的证据得知在他们灭绝之前,很可能在欧洲和欧亚大陆交界处与我们的祖先一起共存了至少2万年。

2010年,斯万特·帕博团队发表了第一个尼安德特人基因组序列。比较分析表明,在大约80万年前,尼安德特人和我们共同祖先智人曾经共同生活。现在生活在非洲的原生非洲人群里没有尼安德特人的任何遗传成分,但是非洲之外的人群中,也就是欧洲、亚洲、美洲以及澳大利亚,都发现有1%到4%的尼安德特人DNA成分。

这说明,我们的祖先和尼安德特人发生混血之后,才分开出走,向欧洲的一支变成现在的欧洲人,另外一支向东沿着海岸线来到了亚洲和东南亚,在距今1.5万年—2万年前又走到了美洲。这些人无一例外都携带了在中东时期得到的尼安德特人DNA序列。

所以现在公认的人类演化图谱显示,现代人体内95%的DNA其实都来自于10万—20万年前共同的一个非洲祖先。但我们也有5%左右的DNA来自于非洲以外那些已经灭绝的古人类。

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由于帕博团队在古DNA研究上的权威地位,很多人希望他们的团队给自己的发现进行深入研究。

20世纪70年代,苏联科学家在西伯利亚的丹尼索瓦洞穴发现了旧石器时代遗物,以及零星破碎的人类化石,但并没有科学的方法去确定这些古人类的身份。2008年,斯万特·帕博团队对一块丹尼索瓦洞穴、4万年前的手指骨碎片进行DNA测序,发现丹尼索瓦人和智人之间也发生了基因流动。这种关系首次出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中,那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦DNA。

此外,他们还通过线粒体DNA分析出该洞内有一件化石属于尼安德特人。因此,该洞穴内曾生活有不同的人类族群 。

帕博团队在2016的文章中,对一块化石使用了肽质指纹图谱(Peptide mass fingerprinting)的方法将其鉴定为丹尼索瓦人。通过骨皮质厚度和X染色体DNA分析,研究者认为该化石属于一个13岁的女性,线粒体DNA的分析结果显示她有一位尼安德特人母亲。

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5万年前丹尼索瓦人小指骨碎片

中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、古DNA实验室主任付巧妹曾是帕博团队的一员。她认为,该研究的亮点在于这件标本是从众多没有鉴定出来的骨骼中搜索出来的,作为混血的直接证据,向我们展示了尼安德特人和丹尼索瓦人的混血不止发生了一次。

对于这种通婚,帕博对《自然》杂志说,我们略微回避了“杂交”(hybrid)这个词,因为这个术语暗示着这两个群体是两个截然分开的物种,而实际上它们之间的界限是模糊的。

比较分析表明,相比来自非洲的当代人类基因序列,尼安德特人的DNA序列与来自欧洲或亚洲的当代人类序列更相似。这意味着尼安德特人和智人在他们数千年的共存期间进行了通婚。在具有欧洲或亚洲血统的现代人类中,大约1-4%的基因组来自尼安德特人。

基于斯万特·帕博的发现,现在了解到来自已灭绝亲属的古老基因序列会影响当今人类的生理机能。例如,EPAS1基因的丹尼索瓦版本赋予了在高海拔地区生存的优势,并且在当今的藏人中很常见。再如,尼安德特人基因影响着我们对不同类型感染的免疫反应。

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诺贝尔奖委员会指出,由于斯万特·帕博的开创性工作,确定了智人与我们最近的已灭绝亲属之间的遗传差异。

而这并不能否认,人类还是起源于非洲。但是在非洲起源说成为人类起源主流学说后的近40年时间里,我们很多科学家都在和非洲起源说“唱对台戏”,且越战越勇。

对他们来说,“假说不等于真理”,他们用毕生精力去寻找更多的化石证据。

1981年,澳大利亚学者A.Thorne和美国学者M.H Wolpoff发表了关于澳大利亚和东南亚古人类地区连续性进化的论文。他们建议与中国科学家吴新智共同研究现代人起源问题。

1983年,吴新智受美国科学基金会的资助,去美国与他们进行合作研究。联合完成了论文提出“多地区进化”学说,1984年正式发表现代智人多地区起源学说。

“多地区进化说”的主要观点是,在100万至200万年前,直立人由非洲扩展到其他大陆后,分别独立演化为现代非洲、亚洲、大洋洲、欧洲人。他们根据中国目前发现的古人类化石形态变化总结,从200万年前到1万多年前都没有间断过,从原始人类到现代人类的演化进展是连续的,因此中国人是自己演化而来的,与“非洲人”无关。

但三年后, 1987年,美国科学家华莱士和威尔逊分别带领两个实验室通过检测女性胎盘细胞线粒体DNA发现,现代人祖先可追溯到大约15万年前非洲的一个女人“夏娃”。

“夏娃”的后裔开始由非洲大陆向世界其他各洲迁移,取代已存在那里的直立人和智人。他们中的一支在亚洲地区完全取代了原来生活在这一地区的古人类,成了包括中国人的现代人的祖先,发展成现代黄种人。另一支则侵入欧洲的尼安德特人区域,消灭了土著尼安德特人而形成现代的欧洲人。

由于采用了分子生物学的研究手段,这种“单一地区起源说”成为主流共识。

1999年起,又有学者通过追溯男性Y染色体谱系遗传,提出全世界的Y染色体都是由最古老的非洲类群演化来的。在30万年前,智人就分散出现在非洲大陆的许多地方,大约在20万—10万年前,智人才走出非洲,首先来到中东,随后,有的又迁徙到南亚次大陆印度,西亚东亚,以及欧洲,大约在5万年前,智人漂洋过海来到了澳大利亚,成为那里最早的原住民。

此后越来越多的遗传学证据都支持包括中国在内的世界范围内的现代人都起源于非洲。在遗传学家的眼里,中国人和全世界的人一样,都是非洲智人的后代,因为基因骗不了人。

那时学界几乎一边倒支持非洲说,吴新智成为“孤家寡人”。

而吴新智反击的武器,是形态学,就是通过分析化石形态上的特征,找到化石之间的联系。

通过总结中国地区古人类的共同形态特征发现,这些特征是其它地区古人类所少有的,特别是这些特征共聚于一个头骨的情况更不见于其他地区;他还发现另一些化石个别特征,与中国大多化石的共同特征不同,却与欧洲尼安德特人多见或仅见的特征一致,显示出基因交流即“杂交”的情况。基于此,1998年,他正式提出中国人类进化的八字假说:“连续进化,附带杂交”。

但是在十万年前至四万年前这一段时期,中国古人类化石出现了空档期,而根据非洲起源说,非洲古人类是大约在5万年前开始流向世界各大洲的,所以很多学者认为正是在这一段空档期,中国原始土著人自然灭绝,或者是随着非洲人涌入亚洲,导致原始土著居民遭到驱赶直至灭绝。

2000年,上海复旦大学金力教授的课题组对中国北方、南方共1万人的血样进行DNA分析发现,没有1个人DNA结果表明他的遗传体系与世界其他现代人不同。他们认为,现代人从非洲先到地中海沿岸再到东南亚,然后从东南亚进入中国。

1999年,71岁的吴新智被评为院士。对他来说,最重要就是不用退休,可以继续捍卫自己的学说。

他将分子生物学相关的原始材料找来,一篇篇研读。他找到对手一些“漏洞”,研究公式中有些重要的参数由人为设定,未尽严谨;对研究结果的解释角度有选择性;研究材料只占总量的千万分之一而以偏概全,忽略了其他可能性。

2007年4月,中外科学家完成了对北京周口店遗址田园洞人类化石的研究,测定结果这是距今大约4万年早期现代人化石,也是迄今在欧亚大陆东部所测出的最早的现代型人类遗骸。

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北京周口店田园洞

田园洞人的骨骼特征大体与现代人相符,尤其是田园洞人手腕的钩骨明显长于现代人,其牙齿前后的比例也比现代人大,这些特征与尼安德特人又有着相似之处。

当时研究的结论是,有可能是田园洞人在当地自己演化而来,也有可能是6万年前的“非洲人”带来的。因此,这一成果只能说是更有利于佐证“多地区进化说”。

“这说明简单的非洲取代说并不可靠。”吴新智院士告诉记者,如果是简单的取代说,那么各地区的人类特征应该与现代人完全吻合,而不可能出现任何别的古老特征。

但是2013年和2018年,田园洞人的DNA完成了基因组测序。结果发现4万年前的田园洞人在遗传学上跟现代的中国人没有什么差别,他们来自那一支和欧洲人群分开后到亚洲的人群。

2013年,在复旦举行的“上海人类学学会成立三十周年国际学术研讨会”上,“学术对手”金力为吴新智颁发了年度人类学终身成就奖“金琮奖”。金力在媒体采访中表示,所有的科学研究都是在争论中推进的,不同观点者相互支持、相互促进,有利于探索科学奥秘和真相。

直到生命的尾声,吴新智依然是古人类研究争议地带的少数派。他还曾遭到一些非议,认为其执着追求是出于狭隘的民族主义情结。

他常说,做古人类研究要习惯争议。现有的各种学说都只是假说,不是真理,更不是历史的真实,我们所做的工作只是在日趋接近真相,至于什么时候能抵达,谁也不知道。

2015年10月15日,中国科学院宣布,在道县发现了47枚具有完全现代人特征的人类牙齿化石,年代在8万~12万年,具有完全现代形态的人类在8万年前就出现在了华南。所以他们的结论认为,具有完全现代形态特征的人类在东亚出现的时间比欧洲和西亚早了3.5到7.5万年。因此中国人起源非洲这个说法是不可信的。

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也不知道这个逻辑是怎么跳跃过来的。

实际上,根据目前研究,北京人和山顶洞人都是从非洲迁徙来的。北京人,大约在70万年前,来到了北京地区,并在此生活了约50万年,直到20万年前,才消失。

山顶洞人属于晚期智人,生活在距今大约在3万年前,他们可能就是我们的祖先,山顶洞人是生活在非洲的晚期智人第三次走出非洲,迁徙到此地来的。

越来越多的证据、越来越逼近真相的DNA测序技术,都在把人类的起源引向非洲,这个时候总是强调中国人独立演化,根正苗红,有意义吗?

正如帕博在2011年的TED演讲上所说,混血一直是存在的(we have always mixed)。

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