中科院古脊椎所古DNA實驗室主任的付巧妹博士，大家瞭解一下._風聞

平常-无尽世界。03-18 19:26

2023-03-18

俺也給你上課。你那些拉拉雜雜不過是要把現代人的祖宗算在非洲的一個母猴子身上。這個母猴子據説二十萬年前了。那麼俺問：在自然條件下，母猴子的機體組織的哪一部分保存到了現在？洋人在哪一部分保存下的組織裏找到了有活性的，可以被檢測出的DNA？貳拾萬年，即便有保存下來的骨頭，那也早就石化了，礦物化了，從石化、礦物化的骨頭裏能找到可被檢測的，有活性的DNA？這是哪裏的臭氧層子？

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2022年諾貝爾生理學或醫學獎授予瑞典科學家斯萬特·帕博（Svante Pbo），以表彰他對已滅絕人種的基因組和人類進化的發現。目前帕博團隊的技術已經可以檢測最早至43萬年前的古人類DNA，完成了原先看來幾乎不可能的任務；他發現了新的古人類種羣，這裏有一定天時地利的因素，古人類骨頭的DNA基本完好地保留了下來，並且剛好是以往未知的人類種羣；他建立了一個全新的科學學科——古基因組學，建立了目前最完整的古人類基因組數據庫，為後續研究奠定了極其重要的基礎。

再給你説一箇中國研究團隊的。

中國科學院古脊椎所古DNA實驗室主任付巧妹，她是德國馬克思·普朗克進化人類研究所的博士，**斯萬特·帕博的學生。**付巧妹（1983年12月- ），女，先後畢業於西北大學、中國科學院、德國馬克思·普朗克進化人類研究所。博士，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、分子生物學實驗室主任、脊椎動物演化與人類起源重點實驗室副主任、古DNA實驗室主任，博士生導師，獲得國家傑出青年基金資助項目，國家重點研發計劃重點專項項目首席科學家。任《人類學學報》期刊編委、《Human Genomics》期刊編委、《PLOS Biology》期刊編委、《Molecular Biology and Evolution》期刊資深編輯；中國第四紀科學研究會人類演化與環境考古專業委員會副主任。

2012年，在德國讀博士的付巧妹得到了一個極為珍貴的研究樣本。在羅馬尼亞，發現了一塊距今四萬多年的現代人的下顎骨。她提出一種類似釣魚的方案，和同事共同巧妙設計出一種特殊的實驗方式，用現代人的DNA做了一個吸鐵磁一樣的引子，可以將相似度極高的古人類的DNA吸附出來，終於在大量實驗嘗試和反覆驗證中獲得了這個個體極其微量的古DNA信息，一步步挖掘，一點點發現，帶來有關人類演化的新認識。

從2010年起，付巧妹開始籌建中科院古脊椎所的古DNA實驗室。2016年，付巧妹回國後，她將研究的全部重心放在東亞人羣多樣性及遺傳歷史的研究。她組建的一支“中國製造”的古DNA研究團隊，在《自然》、《科學》等雜誌發表重要論文40餘篇，其共同創新開發的實驗技術在世界範圍內極大推動了人類學、演化遺傳學等相關領域的發展。

中國科學院古脊椎所古DNA實驗室主任付巧妹是一位年輕的古遺傳學家，今年只有37歲。2016年，《自然》雜誌曾這樣評價她：“幫助重寫了歐洲最早的現代人類的歷史，並希望用古人類遺骸的DNA改寫亞洲的史前史。”以下是付巧妹不久前在演講中介紹有關東亞早期現代人的研究成果。

古DNA到底研究些什麼人類演化中有許多未解之謎。《自然》雜誌創刊125週年時，曾經公佈了125個最具挑戰性的科學問題，其中有幾個就與人類演化有關。我所在的中國科學院古脊椎所古DNA實驗室，就試圖去回答人類演化史上的一些謎題。通過古DNA，通過古代生物的遺骸或者遺蹟中殘存的極其微量的DNA片段，我們可以直接研究過去人羣的遺傳信息。已有的研究結果告訴我們，現代人的祖先曾經與不同的已滅絕的古人類共存過。滅絕古人類，顧名思義，就是現在已經沒有後代存世的古人類，他們的體質特徵與我們現代人是不一樣的。比如，尼安德特人的平均顱容量大於現代人，眉脊明顯，額頭平扁，他們的骨骼強健，四肢粗短，手和腳也比較大。大約從12萬年前開始，他們生活在歐洲、亞洲西部、非洲北部，在約3萬年前消失了。

為什麼獲得古DNA這麼難首先要向大家介紹的，是我們關於田園洞人的研究。大家可能對山頂洞人更加熟悉，其實田園洞人和山頂洞人一樣，也是在北京房山地區發現的，但他們存在的時間比山頂洞人還要早，大概在4萬年前左右。田園洞人和山頂洞人都是早期現代人。因為歷史的原因，山頂洞人的頭骨材料遺失了，所以田園洞人的骨骼材料更顯得珍貴。我們從田園洞人的腿骨中提取了目前為止東亞最古老的人類基因組，而且它也是中國第一例人類古基因組。

其實早在2003年，田園洞的洞穴地層中就已經發現了化石，但直到2017年，我們才獲得了基因組。為什麼獲得古DNA會這麼難呢？首先，我想讓大家瞭解一下古DNA是什麼。古DNA沒有一個絕對的定義，考古遺存生物、土壤……只要能承載遺傳信息，都可以成為我們研究的對象。從20世紀80年代起，就已經有了古DNA相關的研究。比如，人們在琥珀、恐龍蛋中都發現了遺傳物質，但後來發現，這些遺傳物質實際上都來源於污染。

為什麼會這樣？這與古DNA的特點有關。古DNA和“新鮮”的DNA非常不一樣，它摻雜了大量微生物的DNA等污染，而屬於這個個體本身的DNA非常少，有時候甚至是沒有。對於古DNA研究而言，我們需要找到的是屬於這個個體的內源DNA。所以，即使是觸摸樣品這樣簡單的舉動，都會對研究結果產生非常大的影響，甚至導致整個研究的失敗。因為你獲得的，有可能是來自這些摸過化石的人的DNA，而不是屬於這個樣品本身的DNA。這就是為什麼古DNA在過去很長時間裏，一直都很難被用來研究人類演化史的原因。直到過去10年以來，技術才開始有了突破。

我非常有幸和同事共同開發了一種新的技術，像“釣魚”一樣，即使在微生物污染非常嚴重的情況下，我們也可以提取捕獲微量的內源古DNA。怎麼“釣魚”呢？我們用現代人的DNA，做了一個像吸鐵石一樣的引子，這個引子可以將僅佔0.03%的人類DNA，從大量來自土壤微生物的DNA中吸附、富集並“釣取”出來。通過這種方法，最終我們成功提取了4萬年前田園洞人的基因組。這個技術在全世界的影響非常大，因為我們可以用這種方法去研究一些過去很難獲得的古DNA樣品，從而擴大研究對象的範圍。

北京田園洞人與亞馬孫原住民

那麼，田園洞人的基因組到底告訴了我們什麼？通過研究，我們確定，田園洞人已經是現代亞洲人羣直接祖先羣體中的一個成員，也就是遺傳意義上的東亞人。但這個研究沒有結束，我們還發現了一個特別有意思的現象：田園洞人和古歐洲人羣，甚至與美洲原住民人羣之間存在不尋常的聯繫。在歐洲的比利時，有一個距今35000年的古人類遺骸樣本，神奇的是，這個個體相對於別的歐洲人而言，與田園洞人遺傳關係更近。

這説明了什麼？説明早期的歐洲人和亞洲人，在遺傳上並不是簡單決然地分開的，他們之間存在一種聯繫。而且這種聯繫，是因為更古老的人羣間接地對他們共同產生了影響，他們體內都殘存着來自古老人羣的成分，從而把他們聯繫起來。更有意思的是，田園洞人相關人羣不僅是東亞人、美洲原住民共同的祖先，相對於別的地區的美洲原住民而言，他們竟然與亞馬孫地區的原住民在遺傳關係上距離更近。這意味着什麼？這種不均等的特殊聯繫説明，在東亞史前時期，人羣的遷移交流是非常複雜的，這也讓我們更加迫切地想要研究中國不同時期和不同區域的人羣的多樣性。這個研究在當時被《自然》雜誌認為是“填補了東亞非常重要的地理和時間尺度上的巨大空白”。

還有個有趣的現象，那就是田園洞人雖然生活在現在的北京地區，但是相對東亞南方人羣而言，他並沒有與北方人羣顯現出更近的遺傳聯繫。這説明田園洞人處於東亞南北方人羣分離之前的時期，是非常古老的東亞人羣。

我為什麼要研究南北方古人羣講到南北方人羣，我們現在知道，東亞南北方人羣有很多差異，比如生活習慣上的差異。研究顯示，在南方和北方生活的人羣，他們的遺傳成分也是不一樣的。於是我就很好奇：他們的這種差異和分化是從什麼時候開始的？這種差異和分化，與我們文明的發展又有什麼聯繫？所以，我們針對中國南北方古人羣，首次開展了時間跨度最大的系統性的古基因組研究。

但是，這個“南北方”可能和大家想象的有所不同。我們現在常説的南北方人，經過不斷遷徙與融合，已經很難選出具有代表性的研究對象，所以我們選擇的是長期定居在南北方的少數民族人羣，以他們的基因作為參照。比如，北方的達斡爾族、赫哲族、錫伯族、蒙古族，南方的阿美人、泰雅人、布依族、傣族，他們流動較少，相對而言更具有代表性。從2012年開始，我們有了這個研究的設想。到2014年，我們已經提取了幾個關鍵樣品的基因組，也得到了一些很重要的結論。但當時我很糾結一點，就是一個來自亮島的古人類基因組是不是能夠真正代表南方人羣。亮島是離福州很近的一個島嶼。因為島嶼的特殊環境，島嶼上的人羣和鄰近的大陸人羣可能存在很大差異。比如印度安達曼羣島上生活着一個現代人羣，叫翁奇人，他們過着狩獵採集的生活，人口只有不到100人。由於地理的隔離，他們與印度半島大陸上的其他人羣遺傳差異很大。

所以，亮島島嶼上的人羣可能無法代表典型的南方大陸人羣。於是，我們又花了四五年的時間，才真正找到南方人羣的古DNA。為什麼會這樣？因為南方地區潮濕炎熱的氣候和酸性的土壤環境，非常不利於樣品中DNA的保存，人類的DNA容易被高度降解甚至完全降解。在這種情況下獲得基因組的難度是非常大的。2014年到2018年這4年間，我們付出了非常大的努力，深入南方30多個遺址，採集了257例古代人類樣本，到目前為止已經獲得了18個南方個體的基因組。總體而言，整個研究的樣本分佈在北方的山東、內蒙古，南方的福建及臨近島嶼，包括25個9500年前到4200年前的基因組。這些基因組非常珍貴，最早的屬於新石器早期，時間跨度非常大。

南北人羣的影響哪個更大這些基因組到底告訴了我們哪些信息？通過對比古南北方人羣的基因組，我們發現，早在9500年以前，南方人羣和北方人羣就已經出現分化。那麼，與今天的現代人相比，南北方人羣差異是更大了，還是更小了？我們發現，古南北方人羣的差異，遠比現今南北方人羣的差異要大。

這説明什麼？説明近萬年以來，南北方人羣在不斷融合。而且，這個融合發生的時間遠比大家想象的要早。大概在8000多年前，在北方山東人羣的基因組中，就已經發現了古南方人羣的成分；同樣，在8000多年前的南方人羣基因組中，也發現了北方人羣的信號。

這説明至少在8000年前，甚至是從更早的時候開始，南方人和北方人就已經發生互動。而且，直到4000多年前，這種互動仍然存在，這種影響依然是雙向的。緊接着我們又提出一個問題：雖然南北方人羣互相有影響，但這種互動和影響是均等的嗎？南方人羣對北方人羣影響更大，還是相反呢？通過研究我們發現，在9500多年前到7500多年前的這個階段，古南方人羣主導着南方，古北方人羣主導着北方，直到4000多年前的時候也基本如此。

但是，當我們觀察現在的東亞內陸人羣基因組時會發現，古南方人羣成分在我們基因組中的比例下降非常多，古北方人羣成分則佔據主導地位。所以我們推測，南北古人羣雖然一直在交融和互相影響，但在新石器時代以後，可能出現了大量黃河流域人羣向南遷徙的現象，這構成了現在中國南北方人羣的基本框架。

東亞與歐洲的演化歷程截然不同這個研究有什麼意義呢？它既是對華夏文明本身的溯源，也反映了一個非常有意思的現象，那就是東亞與歐洲在同一時期的人類演化歷程是截然不同的。同樣在大概9000多年前，近代農業進入歐洲，對當地人羣的生活方式產生了很大的影響，人們逐漸從狩獵採集的生活轉向農耕生活。通過比較可以看到，歐洲人羣的基因組成分發生了變化。屬於狩獵採集者的特徵佔比變少，而屬於農耕者的特徵佔比逐漸增大。

這説明，農業帶來的不光是技術的傳播，還帶來了新的人羣的進入。在這裏有一個很重要的問題：農耕人羣的進入是取代了當地人，還是與當地人進行了融合？在研究人類演化史的時候，取代還是融合始終是一個非常重要的問題。通過研究我們發現，對於狩獵採集人羣來説，他們的數量並沒有出現一個急劇下降的過程。同時，在外來的農耕人羣中，出現了早期人口的膨脹。這説明，新的人羣與本地人羣之間並不是取代的關係，而是一個同化的過程。

所以，在約9000年前農業出現以來，歐洲人羣不斷受到近代農業人羣以及歐亞草原人羣等外來羣體的大換血。外來人羣一直在重構歐洲人羣的遺傳信息，他們對現今的歐洲人產生了重要的影響。而在中國，南北方人羣雖然早在9500年前就已經分化了，但南北方同期人羣的演化基本是連續的，沒有明顯受到大量外來人羣的影響，遷徙互動主要發生在東亞區域內的各種人羣之間。開始的時候我提到，我們研究的古南北方人主要是指少數民族。

那麼中國各個地區的漢族人的遺傳成分又是什麼樣的？我們發現，現在大部分漢族人羣所攜帶的東亞古南北方人羣成分的混合比例基本相似，這也是晚期人羣不斷融合的結果。