2022 年诺贝尔生理学或医学奖：揭示人类如何演化

　　10 月3 日，瑞典卡罗林斯卡学院诺贝尔奖委员会决定将2022 年诺贝尔生理学或医学奖授予德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所的瑞典科学家斯万特·帕博，以表彰他在已灭绝古人类基因组研究及人类进化领域的开创性贡献。

　　古基因组学揭示的奥秘

　　尽管今天的人们已经比较清楚，人是从几十万年前的非洲南方古猿演化而来，但是，在人类形成的过程中，仍有无数谜团有待解答，更需要化石和基因方面的证据。斯万特·帕博的贡献主要在于古基因的发现，他的开创性研究催生了一门全新的学科—古基因组学。通过揭示和比较活着的人类与已灭绝的人类的遗传基因差异，帕博初步解释了奠定现代人类独特性的基础。

　　人类学上一个主流的观点是，现代人的祖先起源于非洲，目前世界各地的人类都是源自非洲的古人类的后代。解剖学上的现代人的祖先—智人，大约在30 万年前首次出现在非洲。同时，人类也有一些很亲近的亲属，如尼安德特人（1856 年在德国尼安德特河谷发现的一种古人类），大约在40 万年前到3 万年前在非洲以外的地区发展，主要居住在欧洲和西亚，但在3 万年前灭绝。大约7 万年前，一群智人从非洲迁移到中东，后又迁徙到世界其他地方。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，他们之间可能有某种关系，只是我们不了解其中的细节。

　　帕博团队通过对尼安德特人的基因组进行测序发现，他们是当今人类已灭绝的近亲。帕博和同事首先从尼安德特人的遗骸上提取DNA 并进行测序， 于1997 年公布了对尼安德特人线粒体DNA 的测序结果。此后，帕博一直持续追踪和研究尼安德特人与智人的关系。2010 年， 帕博团队重构出在克罗地亚一处洞穴发现的尼安德特人化石的基因组草图，由此发现尼安德特人与分布在欧亚地区的现代人类的祖先曾通婚。

　　帕博对尼安德特人与世界各地的现代人类之间的关系进行研究。结果发现，尼安德特人的基因序列与来自欧洲或亚洲的现代人类更相似。这意味着尼安德特人和智人在他们数万年的共存期间有过杂交。在具有欧洲或亚洲血统的现代人身上大约有1% ～ 4% 的基因来自尼安德特人。

　　尼安德特人与智人的多重交流

　　帕博团队首先进行基因测序并发现尼安德特人的基因组，这为后来的研究打下了基础。

　　古人类方面的考古发现进一步提供了尼安德特人与智人杂交的证据和更多细节。2008 年， 由以色列特拉维夫大学的学者组成的国际研究小组，在以色列西加利利地区的马诺特（Manot）洞穴里发现了一块5.5 万年前的头盖骨，这块头盖骨既有尼安德特人的特征，也有现代人类的特征，是智人与尼安德特人杂交的重要线索，也是非洲现代人迁徙到欧亚大陆的第一项化石证据。

　　2016 年， 中国、德国、美国的研究人员利用几种不同的遗传分析方法得出结论， 在约10 万年前， 尼安德特人和智人之间发生了基因交流事件，这一时间远远早于此前的各种推测与研究。

　　德国莱比锡马普学会进化人类学研究所的一个团队分析了来自西伯利亚南部阿尔泰地区的一名尼安德特人和一名丹尼索瓦人（已灭绝的人种）的基因组和两名现代人的基因组，同时还研究了另外两名尼安德特人（一人来自西班牙，一人来自克罗地亚）的第21 号染色体的详细序列数据。结果发现，一支很早与其他智人分离的族群在10 万年前曾向阿尔泰地区的尼安德特人转移了基因。

　　还有一些后续的研究表明，尼安德特人向现代人转移的基因中，一些可能是有益的，但大部分可能是中性的或对现代人有害的。一方面，尼安德特人的灭绝可能与其基因不适应当时的环境和生活方式有关；另一方面，源自尼安德特人的遗传变异与12 种疾病（如心脏病、动脉壁增厚）患病风险的增加显著相关。此外，美国范德堡大学的研究人员对2.8 万人的基因的特殊部分进行分析发现，尼安德特人的基因产生抑郁症、烟瘾、日晒导致的皮肤损伤、新陈代谢较慢、血液凝结过多、帕金森病的概率更高。这些疾病也增加了尼安德特人灭绝的风险。不过，尼安德特人是如何灭绝的，还有待进一步研究。

　　发现丹尼索瓦人

　　帕博团队还发现了以前不为人知的古人类丹尼索瓦人在基因上与现代人的关系。

　　2008 年，考古工作者在西伯利亚南部的阿尔泰山的丹尼索瓦洞中发现了一些化石， 包括一块指骨、一颗牙齿及一些饰物，经测定，认为其产生于4 万年前。据推测，该化石来自一名5 ～ 7 岁的女性，被称为“X 女”（Woman X）。2014 年，帕博和同事完成了对丹尼索瓦洞手指骨的基因测序，结果令人惊奇。研究者将“X女”的基因组与尼安德特人及现代人类的所有已知基因组序列进行对比后发现，丹尼索瓦洞手指骨的DNA 序列是独一无二的。由此， 帕博团队发现了一种以前不为人知的人类，并将其命名为丹尼索瓦人。

　　随后，帕博团队对来自世界不同地区的现代人类的基因组序列进行比较研究，发现丹尼索瓦人也和智人发生了基因交流，说明两类人群之间有过通婚。这种关系首次出现在位于太平洋的美拉尼西亚群岛和东南亚地区的人群中，他们携带高达6% 的丹尼索瓦人的基因。

　　之后，出现了更多关于丹尼索瓦人的科学发现，研究者认为这是一个已经灭绝的人种，可能在更新世晚期生活于亚洲大陆。丹尼索瓦人也是直立行走， 但身体构造与智人和尼安德特人有所不同。研究发现，丹尼索瓦人与尼安德特人是姐妹群关系（由同一祖先衍生的两个分支）。巴布亚新几内亚的现代美拉尼西亚人中有约6% 的基因与丹尼索瓦人相同，可能是美拉尼西亚人的祖先在亚洲东南部与丹尼索瓦人相遇并通婚，然后美拉尼西亚人的祖先又迁徙到巴布亚新几内亚。

　　其他研究发现，非洲族群与丹尼索瓦人毫无接触；丹尼索瓦人曾长期居住在中亚，与处在东方与南方的东亚、南亚智人族群都有过一些基因交流。从已经分析的基因组比对中发现，部分大洋洲人类族群体内的丹尼索瓦人基因比例最高。

　　丹尼索瓦人的“馈赠”

　　在丹尼索瓦人与智人的基因交流过程中，有一个最出名的“馈赠”，他们将变异的E P A S 1 基因转移给了现代人，这在西藏地区的藏族人和夏尔巴人身上较为常见。

　　2014 年，《自然》杂志发表了一个国际团队的研究结果。该研究在比较了40名藏族人和40 名汉族人的EPAS1 基因后发现， 藏族人有变异的EPAS1 基因， 这使得藏族人能轻微提高红细胞和血红蛋白水平。这一变异既能提高供氧，又不会造成什么副作用。在汉族人和其他没有长时间高原生活史的人群中， 其EPAS1 基因没有变异，若前往高原生活就会出现摄氧不足和其他心血管系统问题。

　　在比较了尼安德特人和丹尼索瓦人的基因序列后， 研究者确认变异的EPAS1基因源自丹尼索瓦人。这种基因在缺氧环境下特别重要，它能增进氧气运输的效率，让人适应低氧环境。在高原上生活的藏族人和夏尔巴人都有变异的EPAS1 基因，说明丹尼索瓦人也曾与这两个族群有过基因交流。

　　当时，这项研究也引发了争议，因为此前只在西伯利亚的丹尼索瓦洞穴中发现了丹尼索瓦人，而这个洞穴的海拔高度只有700 米。由于其他地方并未发现过丹尼索瓦人的遗骸，说明他们并没有到过青藏高原，不可能和藏族人及夏尔巴人有基因交流。因此，人们一直不理解丹尼索瓦人为何会携带与高海拔环境有关的基因。

　　不过，后来的研究证明了丹尼索瓦人与藏族人及夏尔巴人的确有过通婚。一些研究进一步指出了丹尼索瓦人、尼安德特人和现代人的关系。丹尼索瓦人可能在20万—5.5 万年前占据了这个位于西伯利亚的洞穴，而尼安德特人在19.3 万—9.7 万年前也曾出现在这个洞穴中。一些研究还发现，智人可能两次与丹尼索瓦人发生大规模混血，丹尼索瓦人的基因以不同比例保存在现代大洋洲、东南亚和东亚人群的身体里。

　　2019 年， 中国科学家带领的研究团队，在位于甘肃省甘南藏族自治州的白石崖溶洞中发现了丹尼索瓦人化石和丹尼索瓦人的基因。在溶洞中发现的化石是一个下颌骨化石， 被称为夏河人。研究人员利用古蛋白分析方法鉴定其为丹尼索瓦人，利用铀系测年方法将其确定为距今至少16 万年。

　　夏河人下颌骨化石是在丹尼索瓦洞穴以外发现的第一份丹尼索瓦人化石，也是在东亚发现的首例丹尼索瓦人化石和遗迹。研究团队获取了首个丹尼索瓦人线粒体基因序列，最终揭示出丹尼索瓦人在晚更新世就长期生活在青藏高原，且成功适应了高寒缺氧的环境。这是支撑丹尼索瓦人在亚洲地区广泛分布的有力证据。该研究表明，约16 万年前，丹尼索瓦人曾出现在青藏高原上，当时的古人类已经适应了青藏高原的环境。16万年前的地球正处于离现在最近的第二次冰期，那时的青藏高原比现在更冷、更干燥。在严酷的气候条件下，丹尼索瓦人出现在青藏高原，说明他们不仅可以适应高海拔环境，而且有能力在寒冷、干燥的冰期生存。这说明， 变异的EPAS1 基因是丹尼索瓦人与藏族人、夏尔巴人基因交流的结果。

　　解开人类演化过程中不同人群的种群联姻的秘密，并揭示人类与其近亲之间的关系，或许是今年诺贝尔生理学或医学奖授予斯万特·帕博的根本原因。

　　【责任编辑】张小萌

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……