中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、分子古生物學實驗室主任付巧妹：利用古DNA探尋人類演化進程

每經(jīng)記者 梁宏亮    每經(jīng)實習記者 溫雅蘭    每經(jīng)編輯 張凌霄    

40億年前，地球被浩瀚的海洋覆蓋，沒有任何生命。有人認為我們的祖先是魚，也有人認為人類是由猿類進化而來。

對于人類演化和遺傳，我們有著成百上千的疑問——人類到底是由什么物種演化而來？是什么樣的遺傳造就了獨特的人？地球上曾經(jīng)有多少種族共存？了解人類演化到底有什么意義？我們的祖先有哪些特征？已滅絕的古人類跟現(xiàn)代人有沒有互動？現(xiàn)代人在不同時間階段如何演變？研究人類演化有哪些方法？等等。

“在我們體內有1%到4%——在座的你我，只要不是非洲人，都有尼安德特人的成分。”中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、分子古生物學實驗室主任付巧妹在3月11日舉行的“我們︱WOMEN”2023復旦科創(chuàng)先鋒論壇上向大家解釋，“傳統(tǒng)的形態(tài)學和遺傳學能幫助我們取得一些了解，但存在很多不足。而通過古DNA直接研究古代人群，具有非常獨特的優(yōu)勢，為解決問題帶來了更多可能性。”

交叉學科視域下的古DNA研究

古DNA是指從已經(jīng)死亡的古代生物的遺體和遺跡中得到的DNA。

“古DNA研究產(chǎn)生了重要的影響，像2022年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，就授予了這個領域。”付巧妹介紹，古DNA是一門很典型的交叉學科，研究手段和研究途徑是遺傳學、生物信息學，但研究問題、研究對象都與考古人類學分不開。

“古DNA有什么特征？相對于新鮮組織DNA而言，古DNA是碎片化的，片段很短。即便是從埋藏的骨骼中獲得的DNA，可能大量都不來自骨骼個體本身，而是由于埋藏環(huán)境的原因，含有很多微生物，屬于本源的DNA非常少。”付巧妹說到。

但是古DNA的研究并不簡單，其提取物中常常包含大量污染DNA，使得測序的大部分DNA分子都是無用的信息，真正有用的古DNA序列常常只占測序數(shù)據(jù)的1%不到。

付巧妹在談起古DNA污染時說，“在發(fā)現(xiàn)化石的過程中，手的接觸也會帶來污染?？赡軐τ谛迈r組織而言，由于內源DNA含量很高，這些污染影響不大；但是對于古DNA而言，跟內源DNA比起來，這些污染影響非常大，有時甚至沒有內源DNA，錯把污染當作人類自體的DNA，這對研究人類演化造成了很大困難。”

直到2010年前后，與高通量測序方法的結合，再加上新開發(fā)的一系列古DNA技術，研究人類古DNA的道路才慢慢變得清晰。

從滅絕古人類到現(xiàn)代人

許多人認為，“現(xiàn)代人”指的就是“生活在現(xiàn)代的人”。但從遺傳學上來看，范圍可能要比我們想象的大得多。

“只要跟現(xiàn)代生活的人沒有明顯遺傳或者體質差異的都包括在內，這些人在20萬年前已經(jīng)出現(xiàn)，都是現(xiàn)代人。”付巧妹進一步解釋，“除此以外，其實在共存時間里，還存在別的類型的人，他們在體質上、DNA上都跟我們不一樣，沒有留下直接后代。但是這些人并不見得是完全滅絕。”

關于古人類到現(xiàn)代人的研究，付巧妹以丹尼索瓦人為例進行講述，這是一項在2020年入選為國際人類起源研究十大新認知之一的研究：

第一次找到丹尼索瓦人，是在阿爾泰山脈的丹尼索瓦洞穴中，通過一個小手指骨DNA發(fā)現(xiàn)的，這也是第一次通過遺傳找到未知的古人類。

然而，我們目前僅僅了解丹尼索瓦人對現(xiàn)今大洋洲及東亞人群的影響，對于他們在亞洲、尤其是東亞的分布非常不清楚。這種情況下，付巧妹團隊希望在東亞找到丹尼索瓦DNA，或者是其他類型古人的DNA，所以另辟蹊徑，嘗試從沉積物中獲取DNA。團隊利用雜交原理，通過242種動物的DNA和樣品中的DNA融合、雜交，然后把剩下的DNA洗滌掉，最后對這些生物DNA進行分析，探究它們屬于哪種DNA，其中是否可能存在人類DNA。

付巧妹團隊做了將近20個遺址，涵蓋40萬年到2萬年之間的漫長時期，目前白石崖溶洞遺址的研究有所收獲。它在甘肅南部，海拔3200米，離丹尼索瓦洞穴非常遠，但團隊就是在這里找到了丹尼索瓦人DNA，主要存在于第七層沉積物，就是約10萬年以及6萬年、可能是4.5萬年的地層中。

研究發(fā)現(xiàn)，丹尼索瓦人DNA不僅在東亞、大洋洲人群里有殘留，其實對現(xiàn)代人中的不少人群都有貢獻和影響。比如，在極地生活的因紐特人有非常強的脂肪代謝能力，他們產(chǎn)生的大多是棕色脂肪，能快速把脂肪轉換成能量，而這可能跟丹尼索瓦人基因也有關系。

這一系列現(xiàn)象都讓我們看到，滅絕的古人類雖然消失了，但仍在我們體內產(chǎn)生一定影響，在某些人群中甚至起到了很重要的作用，尤其是生理上的作用。

古DNA是帶著時間刻度的遺傳信息，它從獨特的視角書寫了人類數(shù)萬年來的演化與適應。在未來，對古DNA的研究或許可以為我們揭開更多人類的“身世之謎”。