为什么每人都是独一无二？我们为何独一无二
为什么每人都是独一无二？我们为何独一无二不可能的任务基因组信息或许能为我们提供线索。在20世纪90年代末，科学家几乎完成了整个人类基因组的测序。这项了不起的成就为后续研究不同人类种群之间的遗传关系提供了条件。然而，要想研究现代人和已灭绝的尼安德特人之间的关系，还需要对从古老的标本中恢复的基因组DNA进行测序。我们从哪里来？有证据表明，解剖学上的现代人，即智人，大约是在30万年前首次出现在非洲的；而我们已知的近亲——尼安德特人，则在大约40万年前到3万年前在非洲以外的欧洲和西亚居住，再往后他们便灭绝了。大约7万年前，智人从非洲迁移到中东，并从那儿扩散到世界各地。因此，智人和尼安德特人在欧亚大陆的大部分地区共存了数万年。但是，关于我们和已灭绝的尼安德特人的关系，我们了解多少呢？
人类总是感兴趣于我们自身的起源：我们从哪来？我们与那些先于我们来到这里的人有什么关系？是什么让智人不同于其他古人类？
斯万特·帕博（Svante Pääbo）的开创性研究完成了一件看似不可能的事：他对现代人类的一种已灭绝的亲缘——尼安德特人，进行基因组测序。此外，他还是一种之前不为人知的古人类——丹尼索瓦人——的发现者。重要的是，帕博还发现，随着智人在大约7万年前离开非洲，基因从这些现已灭绝的古人类身上转移到了智人身上。这种基因在很久以前流向了现代人，它们在今天同样具有重要的生理意义，比如影响着我们的免疫系统会如何应对感染。
帕博的开创性研究产生了一门全新的学科——古基因组学。通过揭示所有现存人类与已灭绝的古人类之间的基因差异，他的发现为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。
帕博（Svante Pääbo）荣获2022年诺贝尔生理学或医学奖。
我们从哪里来？
有证据表明，解剖学上的现代人，即智人，大约是在30万年前首次出现在非洲的；而我们已知的近亲——尼安德特人，则在大约40万年前到3万年前在非洲以外的欧洲和西亚居住，再往后他们便灭绝了。
大约7万年前，智人从非洲迁移到中东，并从那儿扩散到世界各地。因此，智人和尼安德特人在欧亚大陆的大部分地区共存了数万年。但是，关于我们和已灭绝的尼安德特人的关系，我们了解多少呢？
基因组信息或许能为我们提供线索。在20世纪90年代末，科学家几乎完成了整个人类基因组的测序。这项了不起的成就为后续研究不同人类种群之间的遗传关系提供了条件。然而，要想研究现代人和已灭绝的尼安德特人之间的关系，还需要对从古老的标本中恢复的基因组DNA进行测序。
不可能的任务
在职业生涯早期，帕博就非常希望能够利用现代的基因方法来研究尼安德特人的DNA。然而，他很快意识到这面临极端的技术挑战，因为随着时间的推移，DNA会发生化学修饰，并且会降解为短小的片段。在经历了成千上万年后，剩下的只会是非常微量的DNA，而且这些DNA还会受到细菌和现代人类的DNA严重污染。在跟随进化生物学领域的先驱Allan Wilson进行博士后研究期间，帕博开始发展可用于研究尼安德特人DNA的方法，这一努力持续了几十年。
DNA存在于细胞的两个不同区域。核DNA包含了大部分遗传信息，而小得多的线粒体基因组则有成千上万个拷贝。在生物死亡后，DNA会随着时间的推移而降解，最后仅仅剩下非常少量的存留。它也会被来自其他生物的DNA污染，比如细菌和现代人的DNA。
1990年，帕博前往了慕尼黑大学，作为一名新晋教授，他继续从事古DNA的研究工作。他决定从安德特人的线粒体DNA入手。线粒体是细胞中一种含有自身DNA的细胞器，线粒体基因组很小，只包含细胞中的一小部分遗传信息，但它存在于成千上万个拷贝中，这就增加了成功的机会。
通过这种方法，帕博成功地对一块古老骨骼中的线粒体DNA的一个区域进行了测序，这块骨骼已有4万多年的历史。这让我们首次获取了一个已灭绝的亲缘的基因组序列。通过与当代人类和黑猩猩进行比较，研究人员发现尼安德特人在基因上是有所不同的。
对尼安德特人的基因组进行测序
由于对小小的线粒体基因组进行分析所能获取的信息有限，帕博便转向对尼安德特人的核基因组进行测序。这是一项巨大的挑战。这时，在德国莱比锡的马克斯·普朗克研究所的帕博和他的团队逐步稳健地改进了从古老的骨遗骸中分离和分析DNA的方法。
他们利用改善过的技术，使DNA测序变得非常高效。帕博还请来了几位在群体遗传学和高级序列分析方面具有专业知识的合作者。他的努力得到了汇报。帕博完成了这项看似不可能的任务，并在2010年发表了首个尼安德特人的基因组序列。比较分析表明，尼安德特人和智人的最近的共同祖先，生活在大约80万年前。
帕博从已灭绝的古人类骨骼标本中提取到了DNA。他最初得到了一块来自德国尼安德特的骨骼碎片，这种古人类因此被命名为尼安德特人。后来，他使用了来自西伯利亚南部丹尼索瓦洞穴的一块指骨，也就是后来所称的丹尼索瓦人。图中的系统发育树显示了智人和已灭绝的古人类之间的进化和关系。它还展示了帕博所发现的基因流。
现在，帕博和他的同事可以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。比较分析表明，与来自非洲的当代人类相比，尼安德特人的DNA序列与来自欧洲或亚洲的当代人类的DNA序列更为相似。这意味着尼安德特人和智人在成千上万年的共存中进行了杂交。在现代具有欧洲或亚洲血统的人类中，大约1~4%的基因组来自尼安德特人。
一个轰动的发现：丹尼索瓦人
2008年，在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中，发现了一块4万年前的指骨碎片。这块指骨中含有保存非常完好的DNA。帕博的团队对其进行了测序，得到了令人惊叹的结果：与所有已知的尼安德特人和现代人的DNA序列相比，新测得的DNA序列是独一无二的。
帕博发现了一种此前不为人所知的古人类，并称其为丹尼索瓦人。与来自世界各个不同地区的当代人类的基因序列比较表明，丹尼索瓦人和智人之间也发生过基因流。这种关系首先在发现于美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中，那里的个体携带的丹尼索瓦人DNA可高达6%。
帕博的发现使人们对人类的进化史有了新的认识。当智人离开非洲时，至少有两个已灭绝的古人类种群居住在欧亚大陆。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部，而丹尼索瓦人居住在欧亚大陆的东部。在智人向非洲以外扩张以及向东迁移的过程中，他们不仅与尼安德特人相遇并杂交过，还与丹尼索瓦人相遇并杂交过。
古人类和它们的关联
帕博通过他的开创性研究，建立了一门全新的科学，也就是古基因组学。在最初的发现之后，他的团队已经完成了对另外几个已灭绝的古人类物种的基因组序列分析。帕博的发现带来了一种独特的资源，它被科学界广泛使用，从而更好地理解人类的进化和迁移。强大的新序列分析方法表明，早期古人类可能也曾与非洲的智人交融。然而，由于热带气候环境会让古人类DNA加速降解，目前还没有对非洲的灭绝古人类的基因组进行测序。
帕博的发现为智人走出非洲，并扩散到世界其他地区时的人口情况提供了重要信息。尼安德特人居住在西部，而丹尼索瓦人则生活在东部的欧亚大陆。当智人扩散到整个大陆时，它们之间发生了杂交，在我们的DNA中留下了痕迹。
由于帕博的发现，我们现在认识到，来自我们已灭绝近亲的古老基因序列，仍旧影响着现代人类的生理机能。其中一个例子便是丹尼索瓦人的EPAS1基因版本，它带来了在高海拔地区生存的优势，如今在当代的藏人中也相当常见。其他例子还包括，尼安德特人的基因影响着我们对不同感染的免疫应答。
为什么人类如此独一无二？
智人的特点是拥有一些独特的能力，比如创造复杂的文化、先进的创新和具象艺术，此外，我们也有能力跨越开阔的水域，涉足这颗星球的几乎所有角落。尼安德特人也是群居动物，它们的脑部也很大，同样会使用工具。但在数十万年的时间里，却几乎毫无发展。智人和我们最亲近的灭绝亲缘物种之间的基因差异一直不为人所知，直到帕博的开创性研究才确认了这一切。正在进行的密集研究着重于分析这些基因差异的功能影响，而最终的目的是解释，究竟什么让我们成了独一无二的人类。
参考来源：
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/
封面图、插图：The Nobel Committe for physiology or Medicine
首图：The Nobel Prize
