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2023-01-31
更新時(shí)間:2022-10-04 08:05:32作者:智慧百科
▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)編輯
北京時(shí)間10月3日下午,萬(wàn)眾矚目的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)公布了2022年獲獎(jiǎng)?wù)呙麊危?strong>斯萬(wàn)特·帕博(Svante P??bo)博士因在古基因組學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)而摘得桂冠。他建立了一門全新的科學(xué)學(xué)科——古基因組學(xué)。通過(guò)揭示所有現(xiàn)存人類與滅絕的古人類之間的基因差異,他的發(fā)現(xiàn)為探索“是什么使我們成為獨(dú)一無(wú)二的人類”提供了基礎(chǔ)。
▲今日斬獲諾獎(jiǎng)的Svante P??bo博士(圖片來(lái)源:參考資料[1])
好奇是人類的天性。仰望星空之余,我們也會(huì)思考自身的命運(yùn):我們是誰(shuí)?從何而來(lái)?又要往哪里去?是什么讓我們成為了人,又是什么讓我們?nèi)绱伺c眾不同?
帕博博士是這一領(lǐng)域的開(kāi)拓者。通過(guò)對(duì)已滅絕的尼安德特人的基因組進(jìn)行測(cè)序,他讓這個(gè)看似不可能回答的問(wèn)題有了答案。此外,他也極大協(xié)助了對(duì)丹尼索瓦人的發(fā)現(xiàn)。
這些重要的進(jìn)展揭示了一個(gè)秘密——不同的早期人種之間有著基因的轉(zhuǎn)移,并影響到了今日人類的方方面面,譬如免疫功能。這些里程碑式的突破也讓古基因組學(xué)這一嶄新的科學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)而出,讓人類更為了解自身。
人類如何起源?我們?yōu)槭裁磁c眾不同?這些問(wèn)題一直吸引著科學(xué)家。來(lái)自古生物學(xué)和考古學(xué)的證據(jù)表明,現(xiàn)代智人大約30萬(wàn)年前起源于非洲,而我們的近親尼安德特人在大約40萬(wàn)年前~3萬(wàn)年前在非洲以外的歐洲和西亞居住,最終走向滅絕。大約7萬(wàn)年前,一群智人從非洲遷移到中東地區(qū),隨后走向全球其他地方。因此,智人和尼安德特人在歐亞大陸共存了數(shù)萬(wàn)年。但對(duì)于我們與已滅絕的尼安德特人的關(guān)系,人們長(zhǎng)期以來(lái)了解甚少。而關(guān)鍵的線索來(lái)自基因組信息。到1990年代末,幾乎整個(gè)人類基因組都已得到測(cè)序,使得后續(xù)研究不同人群之間的遺傳關(guān)系成為可能。然而,研究現(xiàn)代人與尼安德特人之間的關(guān)系,需要對(duì)從遠(yuǎn)古樣本中收集的基因組DNA進(jìn)行測(cè)序。
面對(duì)這項(xiàng)幾乎不可能的任務(wù),帕博博士意識(shí)到了技術(shù)上的難度。隨著時(shí)間推移,DNA會(huì)被化學(xué)修飾、降解成片段。數(shù)千年后,只剩下微量的DNA,并且殘留的DNA會(huì)被細(xì)菌和當(dāng)代人類的DNA污染。帕博博士開(kāi)始開(kāi)發(fā)研究尼安德特人DNA的方法,這項(xiàng)工作持續(xù)了幾十年。
▲DNA位于細(xì)胞內(nèi)的兩個(gè)不同位置:細(xì)胞核DNA含有大部分遺傳信息,剩下的少部分則位于線粒體中。在古代人類死亡后,DNA會(huì)隨著時(shí)間推移而降解,也會(huì)被來(lái)自細(xì)菌和當(dāng)代人類的DNA所污染。(圖片來(lái)源:參考資料[1])
由于對(duì)小線粒體基因組的分析只能提供有限的信息,帕博博士接受了對(duì)尼安德特人核基因組測(cè)序的巨大挑戰(zhàn)。這時(shí),他得到了在馬克斯·普朗克研究所的工作機(jī)會(huì)。在新的研究所,帕博博士和他的團(tuán)隊(duì)穩(wěn)步改進(jìn)了從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法。該研究小組利用新的技術(shù),使DNA測(cè)序變得非常高效。帕博博士還聘請(qǐng)了幾位在種群遺傳學(xué)和序列分析方面具有專業(yè)知識(shí)的合作者。
帕博博士完成了看似不可能完成的任務(wù),并在2010年發(fā)表了首個(gè)尼安德特人基因組序列。對(duì)比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大約80萬(wàn)年前。帕博博士和他的同事現(xiàn)在可以分析尼安德特人和來(lái)自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人之間的關(guān)系。對(duì)比分析表明,尼安德特人的DNA序列與起源于歐洲或亞洲的當(dāng)代人類的DNA序列更相似,而不是非洲。這意味著尼安德特人和智人在幾千年的共存中進(jìn)行了雜交。在現(xiàn)代具有歐洲或亞洲血統(tǒng)的人類中,大約1%-4%的基因組來(lái)自尼安德特人。
▲帕博博士從已滅絕人類的骨樣本中提取了DNA。他最早從德國(guó)尼安德特獲得了一塊骨頭的碎片,之后也曾使用來(lái)自丹尼索瓦洞穴的骨片進(jìn)行分析。進(jìn)化樹(shù)顯示了智人與這些已滅絕古人類之間的關(guān)系,也顯示了帕博博士發(fā)現(xiàn)的基因之間的轉(zhuǎn)移。(圖片來(lái)源:參考資料[1])
2008年,科學(xué)家在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發(fā)現(xiàn)了一塊距今4萬(wàn)年前的指骨碎片。這塊骨頭含有保存非常完好的DNA,帕博博士的團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)序。結(jié)果引起了轟動(dòng):與所有已知的尼安德特人和現(xiàn)代人的DNA序列相比,這個(gè)DNA序列是獨(dú)一無(wú)二的。帕博博士發(fā)現(xiàn)了一種以前不為人知的古人類,命名為丹尼索瓦人。與來(lái)自世界不同地區(qū)的同時(shí)代人類的序列比較表明,丹尼索瓦人和智人之間也發(fā)生過(guò)基因流動(dòng)。這種關(guān)系首先在美拉尼西亞和東南亞其他地區(qū)的人群中被發(fā)現(xiàn),那里的個(gè)體攜帶高達(dá)6%的丹尼索瓦人DNA。帕博博士的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)人類進(jìn)化史有了新的認(rèn)識(shí)。當(dāng)智人離開(kāi)非洲時(shí),至少有兩個(gè)滅絕的古人類種群居住在歐亞大陸。尼安德特人生活在歐亞大陸的西部,而丹尼索瓦人居住在大陸的東部。在智人在非洲以外的擴(kuò)張和向東遷移過(guò)程中,他們不僅與尼安德特人相遇并雜交,還與丹尼索瓦人雜交。
通過(guò)其開(kāi)創(chuàng)性研究,帕博博士建立了一個(gè)嶄新的科學(xué)領(lǐng)域,古基因組學(xué)。跟隨最初的發(fā)現(xiàn),他的團(tuán)隊(duì)分析了幾種已滅絕的古人類的基因組序列。帕博博士的發(fā)現(xiàn)成為了獨(dú)一無(wú)二的資源,它被科學(xué)家廣泛使用,以增進(jìn)對(duì)人類演化和遷徙的理解。幾種強(qiáng)大的序列分析新方法指出,古人類可能曾與非洲的智人雜交。然而,在非洲滅絕的古人類基因組還沒(méi)有得到測(cè)序,這是因?yàn)闊釒夂驎?huì)加速古代DNA的降解?;谂敛┎┦康陌l(fā)現(xiàn),我們明白那些滅絕親戚的古代基因序列還影響了現(xiàn)在人類的生理學(xué)特征。一個(gè)例子是丹尼索瓦人的EPAS1基因,它使現(xiàn)代藏族人獲得了在高海拔地區(qū)生存的優(yōu)勢(shì)。還有比如尼安德特人的若干基因影響了我們對(duì)多種感染的免疫反應(yīng)。
▲帕博博士的發(fā)現(xiàn)有著重要意義,它揭示了在智人走出非洲,來(lái)到全球各地時(shí),地球上的人口分布情況。尼安德特人住在歐亞大陸的西部,而丹尼索瓦人住在東部。當(dāng)我們的祖先來(lái)到這些地區(qū)后,也與他們有過(guò)交配,在我們的DNA里留下了永遠(yuǎn)的痕跡。(圖片來(lái)源:參考資料[1])
智人能夠創(chuàng)造復(fù)雜的文明,能進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造和藝術(shù)活動(dòng),還能在整個(gè)地球的水陸范圍活動(dòng)。尼安德特人同樣過(guò)集體生活,擁有足夠大的大腦。他們也會(huì)使用工具,但在幾十萬(wàn)年里沒(méi)有太大發(fā)展。相比關(guān)系最近但已經(jīng)滅絕的親戚,智人的基因和他們有哪些不同?通過(guò)帕博博士一系列開(kāi)創(chuàng)性的研究,這個(gè)問(wèn)題開(kāi)始有了答案。目前的研究聚焦于分析這些基因差異帶來(lái)的功能差異,最終我們將回答那個(gè)終極問(wèn)題:我們?yōu)槭裁磿?huì)是獨(dú)一無(wú)二的人類。
帕博博士的貢獻(xiàn)從更本源的地方讓我們?nèi)祟愄街陨碓跉v史長(zhǎng)河中的位置。此次摘取諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的桂冠,正是對(duì)其意義的最好褒獎(jiǎng)。
參考資料:
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022, Retrieved October 3, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-medicine2022.pdf
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