人類總是感興趣于我們自身的起源：我們從哪來？我們與那些先于我們來到這里的人有什么關(guān)系？是什么讓智人不同于其他古人類？

斯萬特 · 帕博（Svante Pääbo）的開創(chuàng)性研究完成了一件看似不可能的事：他對現(xiàn)代人類的一種已滅絕的親緣——尼安德特人，進(jìn)行基因組測序。此外，他還是一種之前不為人知的古人類——丹尼索瓦人——的發(fā)現(xiàn)者。重要的是，帕博還發(fā)現(xiàn)，隨著智人在大約 7 萬年前離開非洲，基因從這些現(xiàn)已滅絕的古人類身上轉(zhuǎn)移到了智人身上。這種基因在很久以前流向了現(xiàn)代人，它們在今天同樣具有重要的生理意義，比如影響著我們的免疫系統(tǒng)會如何應(yīng)對感染。

帕博的開創(chuàng)性研究產(chǎn)生了一門全新的學(xué)科——古基因組學(xué)。通過揭示所有現(xiàn)存人類與已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)一無二的人類提供了基礎(chǔ)。

帕博（Svante Pääbo）榮獲 2022 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

我們從哪里來？

有證據(jù)表明，解剖學(xué)上的現(xiàn)代人，即智人，大約是在 30 萬年前首次出現(xiàn)在非洲的；而我們已知的近親——尼安德特人，則在大約 40 萬年前到 3 萬年前在非洲以外的歐洲和西亞居住，再往后他們便滅絕了。

大約 7 萬年前，智人從非洲遷移到中東，并從那兒擴(kuò)散到世界各地。因此，智人和尼安德特人在歐亞大陸的大部分地區(qū)共存了數(shù)萬年。但是，關(guān)于我們和已滅絕的尼安德特人的關(guān)系，我們了解多少呢？

基因組信息或許能為我們提供線索。在 20 世紀(jì) 90 年代末，科學(xué)家?guī)缀跬瓿闪苏麄€人類基因組的測序。這項(xiàng)了不起的成就為后續(xù)研究不同人類種群之間的遺傳關(guān)系提供了條件。然而，要想研究現(xiàn)代人和已滅絕的尼安德特人之間的關(guān)系，還需要對從古老的標(biāo)本中恢復(fù)的基因組 DNA 進(jìn)行測序。

不可能的任務(wù)

在職業(yè)生涯早期，帕博就非常希望能夠利用現(xiàn)代的基因方法來研究尼安德特人的 DNA。然而，他很快意識到這面臨極端的技術(shù)挑戰(zhàn)，因?yàn)殡S著時間的推移，DNA 會發(fā)生化學(xué)修飾，并且會降解為短小的片段。在經(jīng)歷了成千上萬年后，剩下的只會是非常微量的 DNA，而且這些 DNA 還會受到細(xì)菌和現(xiàn)代人類的 DNA 嚴(yán)重污染。在跟隨進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)Allan Wilson進(jìn)行博士后研究期間，帕博開始發(fā)展可用于研究尼安德特人 DNA 的方法，這一努力持續(xù)了幾十年。

DNA 存在于細(xì)胞的兩個不同區(qū)域。核 DNA 包含了大部分遺傳信息，而小得多的線粒體基因組則有成千上萬個拷貝。在生物死亡后，DNA 會隨著時間的推移而降解，最后僅僅剩下非常少量的存留。它也會被來自其他生物的 DNA 污染，比如細(xì)菌和現(xiàn)代人的 DNA。

1990 年，帕博前往了慕尼黑大學(xué)，作為一名新晉教授，他繼續(xù)從事古 DNA 的研究工作。他決定從安德特人的線粒體 DNA入手。線粒體是細(xì)胞中一種含有自身 DNA 的細(xì)胞器，線粒體基因組很小，只包含細(xì)胞中的一小部分遺傳信息，但它存在于成千上萬個拷貝中，這就增加了成功的機(jī)會。

通過這種方法，帕博成功地對一塊古老骨骼中的線粒體 DNA 的一個區(qū)域進(jìn)行了測序，這塊骨骼已有 4 萬多年的歷史。這讓我們首次獲取了一個已滅絕的親緣的基因組序列。通過與當(dāng)代人類和黑猩猩進(jìn)行比較，研究人員發(fā)現(xiàn)尼安德特人在基因上是有所不同的。

對尼安德特人的基因組進(jìn)行測序

由于對小小的線粒體基因組進(jìn)行分析所能獲取的信息有限，帕博便轉(zhuǎn)向?qū)δ岚驳绿厝说暮嘶蚪M進(jìn)行測序。這是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。這時，在德國萊比錫的馬克斯 · 普朗克研究所的帕博和他的團(tuán)隊(duì)逐步穩(wěn)健地改進(jìn)了從古老的骨遺骸中分離和分析 DNA 的方法。

他們利用改善過的技術(shù)，使 DNA 測序變得非常高效。帕博還請來了幾位在群體遺傳學(xué)和高級序列分析方面具有專業(yè)知識的合作者。他的努力得到了匯報。帕博完成了這項(xiàng)看似不可能的任務(wù)，并在 2010 年發(fā)表了首個尼安德特人的基因組序列。比較分析表明，尼安德特人和智人的最近的共同祖先，生活在大約 80 萬年前。

帕博從已滅絕的古人類骨骼標(biāo)本中提取到了 DNA。他最初得到了一塊來自德國尼安德特的骨骼碎片，這種古人類因此被命名為尼安德特人。后來，他使用了來自西伯利亞南部丹尼索瓦洞穴的一塊指骨，也就是后來所稱的丹尼索瓦人。圖中的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示了智人和已滅絕的古人類之間的進(jìn)化和關(guān)系。它還展示了帕博所發(fā)現(xiàn)的基因流。

現(xiàn)在，帕博和他的同事可以研究尼安德特人和來自世界不同地區(qū)的現(xiàn)代人之間的關(guān)系。比較分析表明，與來自非洲的當(dāng)代人類相比，尼安德特人的 DNA 序列與來自歐洲或亞洲的當(dāng)代人類的 DNA 序列更為相似。這意味著尼安德特人和智人在成千上萬年的共存中進(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% 的基因組來自尼安德特人。

一個轟動的發(fā)現(xiàn)：丹尼索瓦人

2008 年，在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中，發(fā)現(xiàn)了一塊 4 萬年前的指骨碎片。這塊指骨中含有保存非常完好的 DNA。帕博的團(tuán)隊(duì)對其進(jìn)行了測序，得到了令人驚嘆的結(jié)果：與所有已知的尼安德特人和現(xiàn)代人的 DNA 序列相比，新測得的 DNA 序列是獨(dú)一無二的。

帕博發(fā)現(xiàn)了一種此前不為人所知的古人類，并稱其為丹尼索瓦人。與來自世界各個不同地區(qū)的當(dāng)代人類的基因序列比較表明，丹尼索瓦人和智人之間也發(fā)生過基因流。這種關(guān)系首先在發(fā)現(xiàn)于美拉尼西亞和東南亞其他地區(qū)的人群中，那里的個體攜帶的丹尼索瓦人 DNA 可高達(dá) 6%。

帕博的發(fā)現(xiàn)使人們對人類的進(jìn)化史有了新的認(rèn)識。當(dāng)智人離開非洲時，至少有兩個已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歐亞大陸的東部。在智人向非洲以外擴(kuò)張以及向東遷移的過程中，他們不僅與尼安德特人相遇并雜交過，還與丹尼索瓦人相遇并雜交過。

古人類和它們的關(guān)聯(lián)

帕博通過他的開創(chuàng)性研究，建立了一門全新的科學(xué)，也就是古基因組學(xué)。在最初的發(fā)現(xiàn)之后，他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了對另外幾個已滅絕的古人類物種的基因組序列分析。帕博的發(fā)現(xiàn)帶來了一種獨(dú)特的資源，它被科學(xué)界廣泛使用，從而更好地理解人類的進(jìn)化和遷移。強(qiáng)大的新序列分析方法表明，早期古人類可能也曾與非洲的智人交融。然而，由于熱帶氣候環(huán)境會讓古人類 DNA 加速降解，目前還沒有對非洲的滅絕古人類的基因組進(jìn)行測序。

帕博的發(fā)現(xiàn)為智人走出非洲，并擴(kuò)散到世界其他地區(qū)時的人口情況提供了重要信息。尼安德特人居住在西部，而丹尼索瓦人則生活在東部的歐亞大陸。當(dāng)智人擴(kuò)散到整個大陸時，它們之間發(fā)生了雜交，在我們的 DNA 中留下了痕跡。

由于帕博的發(fā)現(xiàn)，我們現(xiàn)在認(rèn)識到，來自我們已滅絕近親的古老基因序列，仍舊影響著現(xiàn)代人類的生理機(jī)能。其中一個例子便是丹尼索瓦人的 EPAS1 基因版本，它帶來了在高海拔地區(qū)生存的優(yōu)勢，如今在當(dāng)代的藏人中也相當(dāng)常見。其他例子還包括，尼安德特人的基因影響著我們對不同感染的免疫應(yīng)答。

為什么人類如此獨(dú)一無二？

智人的特點(diǎn)是擁有一些獨(dú)特的能力，比如創(chuàng)造復(fù)雜的文化、先進(jìn)的創(chuàng)新和具象藝術(shù)，此外，我們也有能力跨越開闊的水域，涉足這顆星球的幾乎所有角落。尼安德特人也是群居動物，它們的腦部也很大，同樣會使用工具。但在數(shù)十萬年的時間里，卻幾乎毫無發(fā)展。智人和我們最親近的滅絕親緣物種之間的基因差異一直不為人所知，直到帕博的開創(chuàng)性研究才確認(rèn)了這一切。正在進(jìn)行的密集研究著重于分析這些基因差異的功能影響，而最終的目的是解釋，究竟什么讓我們成了獨(dú)一無二的人類。