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科学上网电报群(www.tg888.vip):人类为什么如此独特?2022年诺贝尔生理学或医学奖解读

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人类的起源向来是人们感兴趣的话题。我们从哪里来?现代人与我们之前的人种有什么关系?是什么让智人有别于其他人种?

获得2022年诺贝尔生理学或医学奖的瑞典科学家斯万特·帕博通过其开创性研究,完成了一件看似不可能的事:为尼安德特人的基因组测序。尼安德特人是现代人已灭绝的近亲。

2022年诺贝尔生理学或医学奖得主斯万特·帕博(Svante Pääbo)。图源:诺贝尔奖委员会官网

帕博还发现了一种以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。更重要的是,帕博发现,在大约7万年前迁出非洲后,这些现已灭绝的古人类向智人进行了基因转移。这种流动在今天具有生理学上的意义,例如,其影响了人类免疫系统对感染的反应。

帕博的开创性研究催生了一门全新的科学学科:古基因组学。通过揭示所有活着的人类与已灭绝的原始人类的基因差异,他的发现为探索是什么让我们成为独特的人类奠定了基础。

图源:瑞典卡罗琳医学院诺贝尔奖委员会官网

完成尼安德特人基因组测序

1990年,帕博到德国慕尼黑大学任教。他决定分析尼安德特人线粒体的DNA。线粒体基因组很小,只包含细胞中遗传信息的一小部分,但它存在数千个DNA副本,增加了研究成功的机会。帕博成功对一块4万年前的骨骼的线粒体DNA区域进行了测序。人类因此首次获得了第一个已灭绝的近亲古人类的基因序列。与现代人类和黑猩猩的比较表明,尼安德特人在基因上与众不同。

DNA位于细胞内的两个不同区域。核DNA包含大部分遗传信息,而小得多的线粒体基因组则以数千个拷贝存在。死亡后,DNA会随着时间推移而退化,最终只剩下少量。它还会被来自例如细菌和现代人类的DNA污染。图源:诺贝尔奖委员会官网

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2010年,帕博及其团队公布第一个尼安德特人基因组序列。对比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。

通过研究尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系,结果表明,与源自欧洲或亚洲的当代人类的序列相比,尼安德特人的DNA序列与源自非洲的当代人类更为相似。这意味着尼安德特人和智人在他们几千年的共存过程中进行了交配。在具有欧洲或亚洲血统的现代人中,大约有1-4%的基因组源自尼安德特人。

(左图)帕博从已灭绝的人类骨骼标本中提取 DNA。他首先从德国的尼安德特人那里获得了一块骨头碎片,该地点以尼安德特人的名字命名。后来,他使用了来自西伯利亚南部丹尼索瓦洞穴的一根指骨,丹尼索瓦人就是在这个地方命名的。(右图)系统发育树显示智人与已灭绝的人类之间的进化和关系,还说明了帕博发现的基因流。图源:诺贝尔奖委员会官网

发现不为人知的丹尼索瓦人

2008年,帕博在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现了一块4万年前的手指骨碎片。这块骨头含有保存极为完好的DNA,帕博的团队对其进行了测序。结果引起轰动:与所有已知的尼安德特人和现代人的序列相比,该DNA序列是独一无二的。帕博发现了一种此前不为人知的古人类,并将其命名为丹尼索瓦人。与来自世界不同地区的当代人类的序列进行比较后发现,丹尼索瓦人和智人之间也发生了基因流动。这种结合的关系首先出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人口中,那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人的DNA。

帕博的发现使我们对人类进化史有了新的理解。在智人迁出非洲时,欧亚大陆上至少居住着两个原始人类种群。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部,而丹尼索瓦人则居住在该大陆的东部。在智人向非洲以外扩张和向东迁徙的过程中,他们不仅与尼安德特人结合,还与丹尼索瓦人结合。

开创古基因组学全新学科

帕博的发现提供了有关智人从非洲迁移到世界其他地方时世界人口分布情况的重要信息。尼安德特人居住在欧亚大陆的西部,丹尼索瓦人则居住在东部。当智人遍布整个大陆时,人种的结合就发生了,留下了“印”在我们DNA中的痕迹。图源:诺贝尔奖委员会官网

通过开创性研究,斯万特·帕博建立了一门全新的科学学科——古基因组学。在最初的发现之后,他的团队已完成对灭绝的古人类的几个额外基因组序列的分析。帕博的发现为科学家提供了更好了解人类进化和迁徙的广泛而独特的资源。新序列分析方法表明,在非洲,古人类也可能与智人混合在一起。然而,由于热带气候中古老DNA的加速退化,非洲已灭绝的古人类的基因组还没有被测序。

帕博的发现让我们了解到,我们已灭绝的近亲古人类的基因序列影响了现代人类的生理。其中一个例子是丹尼索瓦人版本的EPAS1基因,它赋予了人类在高海拔地区生存的优势。此外,尼安德特人基因影响了人们对不同类型感染的免疫反应。

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