2022年诺贝尔生理学奖颁发给了斯万特·帕博（Svante Pääbo），表彰他在人类演化与古基因组学领域做出的贡献。这位科学家具体都做了啥？以下是来自诺奖官方的简要解读。

人类一直对自身的起源感到好奇。我们从哪里来，我们与此前的物种有什么关系？是什么使我们智人成为了特别的物种？

通过开创性的研究，斯万特·帕博（Svante Pääbo）完成了看似不可能的事情：对尼安德特人基因组进行测序，那是当今人类一个已灭绝的“亲戚”。

他还发现了以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。

重要的是，他还发现，在大约7万年前走出非洲后，这些已灭绝古人类的基因曾转移到智人身上。那些古老的基因至今仍影响着我们的生理，例如它们会影响免疫系统对感染的反应。

帕博的研究催生了全新的学科领域：古基因组学。通过揭示现生人类和已灭绝人族的基因差异，他的发现帮助人类了解是什么让我们如此特别。

我们从哪里来？

自古以来，人类一直思考着自己源自何方。

研究表明，现代人类（智人）最早出现在大约30万年前的非洲。而我们已知最近的“亲戚”尼安德特人，在非洲以外的地方发展起来，从大约40万年前到3万年前时在欧洲和西亚居住，他们在3万年前左右灭绝。

大约7万年前，智人从非洲迁移到中东，并从那里扩散到世界其他地区。

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。

智人与尼安德特人之间有怎样的关系？线索可能就藏在基因当中。

到20世纪90年代末，几乎整个人类基因组都已被测序。这是一个相当大的成就，但要想了解人类和已灭绝亲戚们的关系，还需要从古人类标本中提取DNA进行测量。

看似不可能的任务

在职业生涯早期，斯万特·帕博就希望用现代遗传学方法研究尼安德特人。但他很快意识到这要面临极大的技术挑战：随着时间推移，DNA会发生化学变化，降解成短小的碎片。几千年过后，只有很少量DNA幸存下来，同时样本又会被来自细菌和现代人类的DNA污染（图1）。

作为演化生物学领域先驱艾伦·威尔逊（Allan Wilson）的博士后学生，帕博开始开发研究尼安德特人DNA的方法，这一努力持续了几十年。

图1：在细胞中，DNA位于两处不同的位置。核DNA包含了大部分的遗传信息，更小的线粒体基因组则存在数千个拷贝。生物死亡后，DNA随时间降解，最终只有小部分留存下来。这些留下的DNA还会被诸如细菌或当代人类的DNA所污染。

1990年，帕博来到慕尼黑大学。作为一名新任命的教授，他继续从事古人类DNA研究。

他决定分析尼安德特人的线粒体DNA——这种细胞器含有自己的DNA。线粒体基因组很小，只包含细胞遗传信息的一小部分，但它有数千份拷贝，增加了成功的机会。

通过他精细的方法，帕博成功对一块4万年前骨头上的线粒体DNA进行了测序。因此，我们第一次获得了人类已灭绝“亲戚”的序列。

与现代人类和黑猩猩的比较表明，尼安德特人在遗传上是特别的。

尼安德特人基因组测序

线粒体基因组很小，它只提供了有限的信息。帕博现在承担了新的巨大挑战：测量尼安德特人的细胞核基因组。

在这个时候，他得到了在德国莱比锡建立一个马克斯-普朗克研究所的机会。

在新研究所里，帕博和他的团队稳步改进了提取和分析DNA的方法。研究小组利用新技术使DNA测序变得非常高效。

帕博还邀请了几个关键的合作者，他们在群体遗传学和高级序列分析方面有所专长。他的努力获得了成功。

帕博完成了看似不可能的任务，并在2010年公布了第一个尼安德特人基因组序列。比较分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。

图2：帕博从已灭绝古人类的骨骼样本中提取DNA。他先是在德国的尼安德河谷获得了尼安德特人的骨骼碎片；随后，他从西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴获得了丹尼索瓦人的指骨。

右侧的系统发育树则显示了智人与已灭绝古人类的演化关系，也阐释了帕博发现的基因流动。

帕博和他的同事现在可以调查尼安德特人与世界不同地区现代人类之间的关系。

比较分析表明，尼安德特人DNA与来自欧洲或亚洲的现代人类相对更相似，而与来自非洲的现代人类差异更多。在欧洲或亚洲血统的现代人类中，大约1-4%的基因组来自尼安德特人（图2）。

惊人发现：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4万年前的手指骨碎片。这块骨头含有保存很好的DNA，帕博团队对其进行了测序。

结果引起了轰动：与尼安德特人和现今人类相比，该DNA序列显得十分独特。帕博发现了以往不为人知的古人类，它被命名为丹尼索瓦人。

与不同地区现代人类的比较表明，丹尼索瓦人和智人之间也发生了基因流动。这种联系首先出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人口中，那里的人们携带可多至6%的丹尼索瓦人DNA。

帕博的发现使我们对人类演化史有了新的认识。

在智人走出非洲时，至少有两个现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西部，而丹尼索瓦人则居住在该大陆的东部地区。在智人向非洲以外扩张和向东迁移的过程中，他们不仅遇到了尼安德特人并与之杂交，而且和丹尼索瓦人也做了同样的事（图3）。

古基因组学及其现实意义

斯万特·帕博建立了全新的学科：古基因组学。

在最初的发现之后，他的小组已经完成了对另外几个已灭绝古人类的基因组分析。这些发现帮助科学界更好地理解人类演化与迁移。新的强大的序列分析方法表明，古人类基因也可能在非洲与智人混合。然而，由于热带气候下DNA加速降解，目前还没有对非洲灭绝古人类的基因组进行测序。

由于帕博的发现，我们现在了解到，来自我们已灭绝“亲戚”的古老基因影响了现今人类的生理学。

其中一个例子是丹尼索瓦人版本的基因EPAS1，它带来了高海拔地区的生存优势，在今天的西藏人中很常见。

另一个例子是，来自尼安德特人的基因会影响我们对感染的免疫反应。

图3：帕博的发现，为“智人如何从非洲出走、最终遍及全球”这一问题提供了重要的信息。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部，丹尼索瓦人则在东部。当智人在这片大陆上扩张时，基因交流发生了，杂交的痕迹最终留在了我们的基因里。

是什么使我们成为独特的人类？

智人的特点是能够创造复杂文化、先进发明和艺术，同时我们还能跨越开阔水域、占据整个地球（图4）。

尼安德特人也是群居的，并且有大尺寸的脑子（图4）。他们也使用工具，但在几十万年时间里，这些工具发展非常缓慢。

智人和我们的灭绝“亲戚”之间的基因差异一直不为人知，直到通过帕博的研究工作才得以确认。正在进行的密集研究侧重于分析这些差异的功能影响，最终目的是解释是什么使我们成为独特的人类。

图4：是什么让我们成为了独一无二的人类，帕博开创性的工作为这个问题提供了基础性的解释。

翻译：果壳翻译班

校对：窗敲雨

审稿：vicko238

制图：麦麦

编译来源：Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022

本文来自果壳，未经授权不得转载.

如有需要请联系sns@guokr.com