作者:曹年润 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/3/26 16:26:12
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古DNA研究者付巧妹:过去有我们想象不到的可能性

 

·“希望通过解码古DNA,了解过去发生了什么,又如何造就了人类的现在。很多常识并不是绝对的知识,过去有很多我们想象不到的可能性。”

·“上世纪90年代,有学者对化石、恐龙蛋等的DNA进行研究,最终发现提取的DNA都来自于污染,如果当时因为这个错误就止步不前的话,也就没有近十几年古DNA对人类演化的巨大帮助。”

“现代人是不是就是指现在正在生活的人?不仅仅如此。现代人包括现在生活的人,还包括跟我们体质特征没有明显区别的人,他们存在的时间至少可以追溯到20万年前,也就是说,现代人在20万年前就已经出现了。”“古DNA除了让我们了解过去,也让我们产生反思。” 3月25日下午,在杭州西湖大学湖心讲堂上,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任付巧妹研究员在演讲时说。

付巧妹主要从事演化遗传与群体遗传方面的研究,2009年-2013年,她在德国马克思·普朗克进化人类研究所(Max Planck Institute for Astronomy)攻读演化遗传学博士学位,师从2022年诺贝尔生理学或医学奖得主斯万特·帕博(Svante P??bo)。

2017年,付巧妹团队成功获取了中国第一例人类古基因组——40000年前北京田园洞人的古基因组,这也是目前为止东亚最古老的早期现代人基因组,《科学》(Science)杂志评价其填补了东亚在地理和时间尺度上的巨大空白,正式为东亚人群遗传演化研究打开局面。付巧妹团队还在其他欧亚人群研究上取得重大突破,帮助重写了欧洲最早的现代人类历史,丰富了人类演化过程的细节知识。因成果显著,她被《自然》(Nature)评为“中国十大科学之星”之一。

古DNA研究很难,最主要的难点在于对古DNA的提取。付巧妹介绍,在聚合酶链式反应(PCR)技术时代,即便是从骨骼中获取古DNA,本源DNA也非常少,很多都是微生物的DNA。二代测序技术出现以后,科学家们才得以将污染和本源DNA区别开,于是有了在污染情况下从事古DNA研究的条件。

了解那么遥远的过去有什么用?付巧妹表示,她研究的初心是,希望通过解码古DNA,了解过去发生了什么,又如何造就了人类的现在。“古DNA除了让我们了解过去,也让我们产生反思。”她从四个方面展示了她们团队近年来在东亚寻踪的成果。

解码新疆和西藏人群

付巧妹团队最新的研究成果是一项关于青藏高原人群互动交流历史的研究,3月17日,该研究成果在线发表于《科学进展》(Science Advances)。“我们在2013年以前就在酝酿这个项目了,到2014年才第一次去西藏,一直到2023年,成果才出来。”付巧妹介绍,她们希望解答西藏不同区域的人群变化,当时主要局限在于,西藏东南部和西部没有太多数据。

经过多年的努力,她们发现,5100年前在青藏高原生活的人群已经有非常独特的北方人群特点,从5100年到现在的西藏人群就是东亚北方人群,其中少量遗传成分是未知的亚洲成分。近1000年以来,西藏人群受到了低海拔地区的东亚人群的影响。

西藏内部的源流和不同的区域有关,不同区域(东南部、东北部、南部、中部)人群的遗传结构有些不同,在南部生活的人群对西部和东南部人群的影响非常大,且这个影响和雅鲁臧布江有直接联系。此外,在前吐蕃时期,生活在日喀则的古人群对那曲的人群有重大影响,说明当时当地人群的成分和交流跟政治王朝的兴起与衰落有很大的关系。

在青海宗日遗址,付巧妹团队发现,从5100年到3000多年,当地虽然以青藏高原的人群为主,但4700年前人群混有黄河流域人群的成分,与考古相结合,她们认为这反映了粟黍作农业的影响。

另一点意外的发现是,现在的西藏人中,86%的人都和丹尼索瓦人有类似的高原适应性基因,但在5000多年前,甚至到3000多年前的古人群当中,这一比重还不足一半,86%的高比例可能是在最近的1000年才出现的。付巧妹团队怀疑这不是人群交流的结果,而很有可能是受到了基因突变的正向选择(某一位点逐渐积累,成优势的位点),以帮助他们适应青藏高原的环境。

新疆也是人类历史上重要的文化和人群交汇区。据付巧妹介绍,她们在新疆的研究从2016年开始,到2022年完成。她们研究发现,在5000多年前,新疆地区的人群主要是古北亚相关人群成分,在3000年前后的铁器时代,相关人群有更多样的变化,欧亚草原文化在不断融入。她们还发现,5000多年前,古新疆人群是棕色眼睛,深色头发,一直到铁器时代,出现了少量的浅色眼睛,浅色头发人群。

人类是一脉相承的吗?

末次冰期是距今最近的一次冰河时期,约于70000年前开始,于11500年前完结,猛犸象等动物就在这一时期灭绝。末次冰期最寒冷的阶段大约在27000年至19000年前,被称为末次盛冰期。付巧妹团队想知道,“在环境局限使人类面临非常大的挑战的情况下,人类是否像我们想象的那样,在一个地方一脉相承,不断演化?”

“直到2017年,中国才在北京房山获得了第一例人类古基因组——40000年前的田园洞人。我们想系统了解整个冰河时期东亚的演变,但通过田园洞人的个体很难反映出来,所以这个研究耗时非常长。”付巧妹说。

付巧妹团队发现,在末次盛冰期,田园洞人对北方地区的人群影响很大,除了北京房山之外,在黑龙江区域,甚至到蒙古,田园洞人都广泛存在。但到了末次盛冰期快结束时(19000年前),这些地区的田园洞相关人群就“消失”了。说明在末次盛冰期结束时,这个地区的人群发生了很大的变化,而非我们印象中的“一脉相承”。另一个有意思的现象是,14000年以来生活在黑龙江的人经历了10000多年的演变,和现在的人群仍然是非常相似的,基本没有受到大量外来影响,并且研究发现,美洲原住民的东亚成分主要来源于黑龙江区域的古人群。

付巧妹表示,在冰河时期,无论是欧洲还是亚洲,与适应性相关的基因是有变化的。比如欧洲人的蓝眼睛是在14000年之后才出现的。“很多常识并不是绝对的知识,过去有很多我们想象不到的可能性。”付巧妹说道。

灭绝古人类对现代人有影响?

2005年,《科学》杂志发布125个最具挑战性的科学问题,其中就包括至今有多少人和我们共存过,他们之间有何关联?2021年,《科学》杂志对125个科学问题进行了更新,这个问题实际上仍在其中。

为了解决这个问题,付巧妹团队开始寻找已灭绝的古人类的踪迹。她们曾在阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴中通过一个小手指骨第一次发现丹尼索瓦人,她们想进一步了解丹尼索瓦人在亚洲,尤其是东亚的分布。她们所用的方法是,从古人类生活过的土中获取古DNA来进行研究。她们从沉积物(土)中捕获了242种哺乳动物的DNA,利用杂交的原理,洗涤不相关的DNA,富集感兴趣的DNA,再进行生物信息分析,看其中是否存在人类的DNA。

付巧妹团队在将近20个遗址进行了寻找,目前只在甘肃南部海拔3200米的白石崖溶洞中找到了丹尼索瓦人DNA。“它告诉我们白石崖溶洞的人和丹尼索瓦洞穴的人存在着联系,虽然这两个地方距离非常远。”付巧妹说。丹尼索瓦人DNA对现代人中的不少人群都有影响。例如前述青藏高原的人群,和丹尼索瓦人相似的基因让他们更加适应高原环境。这项研究在2020年入选为国际人类起源研究十大新认知之一。

另一个例子是40000年前的田园洞人。付巧妹团队发现,田园洞人除了是东亚人之外,还和当时的一群欧洲人有联系。2017年,她们猜测二者之间的遗传联系不是因为基因交流,而是一种未知的现代人将他们联系了起来。2021年,她们找到了这群人。“这是做科研很重要的魅力,我们在不断探寻的过程中找到了很重要的发现,但在这个过程中会有更多可能,且有很多推测得到证实,这是让人非常兴奋的。”付巧妹表示。

南北方人群差异超乎想象

我们都熟悉南北方差异。付巧妹是个南方人,她对南北方差异的体会是,第一次进入北方的大学时,吃到咸豆腐脑,她觉得很诧异,到处找糖,但找不到。这让她后来在硕士课题的基础上,萌生研究古南北方人群遗传特点的想法。“过去的南北方差异和现在的差异跟我们想象的完全不一样。”付巧妹说。

总结几项研究,付巧妹指出,南北方人群至少在19000年前就已经分化,19000年就已经存在了古北方人,在南方,至少12000年前就存在对现在有影响的古南方人群。

付巧妹团队发现,古南北方人群的差异远大于现在南北方人群的差异,并且古南方人群和现在南方人群之间的差异远大于古北方人群和现在北方人群之间的差异。分析发现,在3000-4000年之后,大量的古北方人对南方产生了很大的影响,现在的南方人群中有大量北方人群的混合成分。

这说明南北方古人群存在迁移和融合的过程,同时,这和欧洲人群的演化过程又不同。欧洲没有本土农业,农耕人群是外来人群,所以现在的欧洲人中不到一半的遗传成分来自狩猎采集,其他成分都是外来的。而在中国,古南北方人群虽然已经分化,但相互之间的交流是内部交流,并未受到大量外来人群的影响。

演讲的最后,付巧妹表示,“希望大家能有更多思考,尤其对于一些新的学科,不要希望它可以一蹴而就。”她提到,上世纪90年代,有学者对化石、恐龙蛋等的DNA进行研究,最终发现提取的DNA都来自于污染,如果当时因为这个错误就止步不前的话,也就没有近十几年古DNA对人类演化的巨大帮助。


 

 
 
 
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