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標題 | 詳解 2022 諾貝爾生理學或醫學獎:他創立了一門全新學科,揭示人類因何獨一無二 |
分類 | 熱點事件 |
內容 | 2022 年 10 月 3 日北京時間 17 時 30 分許,瑞典遺傳學家斯萬特 帕博(Svante Pbo)對已滅絕的古人類基因組和人類進化的貢獻獲得 2022 年諾貝爾生理學或醫學獎。
通過他的開創性研究,Vant Pabo完成了一件看似不可能的事情:對人類滅絕的近親尼安德特人的基因組進行測序。他的另一項震驚世界的成就是發現了一個不為人知的古人類:丹尼索瓦人。帕博還發現,在大約7萬年前從非洲遷徙過來之后,這些現已滅絕的古人類向智人進行了基因轉移。這種古老的基因流對今天的人類仍然具有生理意義,比如它可以影響我們的免疫系統對感染的反應。 博的開創性研究催生了一門新學科————古基因組學。他的發現通過揭示當今人類與已滅絕人類的基因差異,為人類探索自身的獨特性奠定了基礎。 我們從何而來? 自古以來,人類一直對自己的起源以及是什么讓我們與眾不同感興趣。古生物學和考古學對研究人類進化非常重要。證據顯示,——名智人,一種解剖學上的現代人類,最早出現在大約30萬年前的非洲,而我們的近親尼安德特人,則是在非洲以外發展起來的,大約40萬至3萬年前生活在歐洲和西亞,然后滅絕。 大約7萬年前,智人從非洲遷移到中東,又從那里遷移擴散到世界其他地方。因此,智人和尼安德特人在歐亞大陸大部分地區共存了數萬年。但是我們對我們和滅絕的尼安德特人的關系了解多少呢?基因組信息可能會提供線索。到20世紀90年代末,幾乎整個人類基因組都已測序完成。這是一項偉大的成就,它使得研究不同群體之間的遺傳關系成為可能。然而,要研究現代人類與已滅絕的尼安德特人之間的關系,必須對古代標本中發現的基因組DNA進行測序。 看似不可能的任務 在職業生涯的早期,賈譯尊巴勃羅對利用現代遺傳學方法研究尼安德特人DNA的可能性非常著迷。然而,他很快意識到極端的技術挑戰。隨著時間的推移,DNA會發生化學修飾,降解成短片段。幾千年后,只剩下少量的DNA,其余的都被細菌和當代人類的DNA嚴重污染了(圖1)。作為進化生物學領域的先驅艾倫威爾遜(Allan Wilson)的博士后,帕博開始發展一種研究尼安德特人DNA的方法,這種方法持續了幾十年。
1990年,帕博被慕尼黑大學聘為教授,繼續研究古代DNA。他決定分析尼安德特人線粒體3354細胞中含有DNA的細胞器——的DNA。線粒體很小,在細胞中只包含一小部分遺傳信息,但每個細胞中有成千上萬個拷貝,這增加了研究成功的幾率。通過他改進的方法,帕博成功地從一根4萬年前的骨頭上測序出一段線粒體DNA,我們第一次能夠獲得滅絕的人類親屬的DNA序列。與當代人類和黑猩猩的DNA相比,尼安德特人在基因上是不同的物種。 給尼安德特人的基因組測序 由于線粒體中基因組的分析帶來的信息有限,帕博后來承擔了尼安德特人核基因組測序的巨大挑戰。當時,他得到了在德國萊比錫建立馬克斯普朗克進化人類學研究所的機會。在這個新的研究所中,帕博和他的團隊不斷改進從古代人類骨骼遺骸中分離和分析DNA的方法。在新興技術的幫助下,他們顯著提高了DNA測序的效率。Pabo還雇傭了幾個重要的合作者,——,專門研究群體遺傳學和高級序列分析。他的努力成功了。帕博完成了這個看似不可能的任務,并于2010年發布了首個尼安德特人基因組序列。對比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大約80萬年前。
帕博和他的同事們現在可以分析來自世界各地的尼安德特人和現代人類之間的關系。對比顯示,歐洲或亞洲現代人的DNA比生活在非洲的現代人更接近尼安德特人。這意味著尼安德特人和智人在數千年的共存期間相互雜交。具有歐洲或亞洲血統的現代人類的基因組中,約有1%-4%來自尼安德特人(圖2)。 一個激動人心的發現:丹尼索瓦人 2008年,科學家在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中發現了一塊有4萬年歷史的指骨碎片。這塊骨頭含有保存異常完好的DNA,由Pablo領導的研究小組對其進行了測序。他們發現,與所有已知的來自尼安德特人和現代人的序列相比,這個DNA序列是獨一無二的。帕博發現了一個此前未知的古人類,并將其命名為丹尼索瓦人。對比分析表明,與來自世界不同地區的當代人類的序列相比,丹尼索瓦人與智人之間也發生了基因流動。這種關系最早出現在美拉尼西亞和東南亞其他地區的人群中,那里的人攜帶6%的丹尼索瓦人DNA。 巴勃羅的發現讓我們對人類進化史有了新的認識。當智人遷出非洲時,至少有兩個已經滅絕的古人類種群曾經生活在歐亞大陸。尼安德特人曾經生活在歐亞大陸的西部,而丹尼索瓦人生活在東部。智人在向外擴張和東移的過程中,不僅與尼安德特人相遇和雜交,還與丹尼索瓦人雜交。(圖3) 古基因組學及其相關性 由于這些開創性的研究,斯萬特帕珀建立了一個全新的科學學科,——古基因組學。在最初的發現之后,他的團隊已經完成了對滅絕人類的其他幾個基因組序列的分析。Pabo的發現提供了一種獨特的資源,可以被科學界廣泛用于更好地了解人類的進化和遷移。這些新的強大的DNA序列分析方法表明,古代人類可能已經與非洲的智人融合。但由于熱帶氣候下古DNA加速降解,非洲已滅絕古人類的基因組尚未測序。 由于賈譯尊帕布魯的發現,我們可以了解到來自我們滅絕的親戚的古老基因序列影響了今天人類的生理功能。一個具體的例子就是丹尼索瓦人的EPAS1基因,它存在于今天的人類中。它賦予了個人生活在高海拔地區的優勢,在今天生活在西藏的人群中非常普遍。另一個例子是,尼安德特人的基因影響了我們對不同類型感染的免疫反應方式。
是什么讓我們成為獨一無二的人類? 創造復雜的文化、先進的發明和圖像藝術是智人獨有的能力。此外,它們可以穿越開闊水域,遷徙到我們星球的各個地方(圖4)。尼安德特人群居,大腦更大(圖4)。他們也使用工具,但是這些工具已經幾十萬年沒有改進了。巴勃羅的開創性工作確定了智人和我們最近滅絕的近親的基因差異,我們并不知道他們之間的差異。正在進行的深入研究側重于分析這些差異的功能影響,最終目標是解釋是什么讓我們成為獨特的人類。
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