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诺奖闲谈:从寻找“线粒体夏娃”到获得“尼人”完整基因组,成果得来不易 精选

已有 4329 次阅读 2022-10-5 21:18 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦

北京时间10月3日下午5点多钟,诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo),荣获此奖,以表彰他对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现。

 

“爆冷了”,这大概是人们对此结果普遍的第一反应,与人们事先的预测不同,今年的医学诺奖并没有落在传统的神经、免疫等热门领域,而是落在跨学科的基因组测序与古人类研究上。非传统的基础研究范畴,似乎更偏重于技术上的突破。

 

作为遗传学爱好者,也关注DNA相关的一些研究,包括DNA考古,DNA古人类学研究等等,写过相关的博文。https://blog.sciencenet.cn/blog-438991-332563.html。

 

此时闲下来再来凑一下热闹。

 

差不多二十年前,参与一套有关生命科学的科普图书创作时,有幸遇到著名的古生物专家吴新智院士,听他讲通过化石考古等手段追寻人类进化足迹的一些事情,很有趣。当时威尔森等人基于对现代人基于分子生物学手段研究得出的“线粒体夏娃”假说已经广泛传播,认为“所有的线粒体DNA都来自一个女人”,而她活在大约20万年前的非洲,从而推断人类的祖先来自非洲。

 

当然,这种推断并没有被人类考古领域完全接受。至今还有很多人认为,基于DNA分子水平上的考古研究受到诸多条件的限制,比如,是否能获得DNA保存完好并有足够遗传信息的化石样本,更重要的是如何避免测序中来自空气、操作人员等方方面面DNA分子的污染。

 

看来不可思议的工作,帕博做到了,原来也是受到威尔森等人工作的鼓舞呢。在詹姆斯.沃森等著的《DNA生命的秘密》一书中,专门介绍了帕博的工作:“如果世上有人做到,恐怕非他莫属,帕博是萃取古代DNA的先驱,他曾成功取出埃及木乃伊和冰冻长毛像的DNA……”

 

吴新智院士在为《尼安德特人》一书所做的序中写道:帕博及其科研团队不屈不挠、经历无数沮丧和庆幸,危机和转机、挫折和成就,证明了不仅非洲,而且欧亚大陆的古老型人类也对现代人起源有所贡献……”。

 

坚持不懈的艰苦努力一定会得到丰厚的回报,即便是不被看好的冷门研究。帕博的工作的确不容易,他实验室独特的古DNA提取技术其应用价值显然不只限于古人类遗传学的研究。

 

通过古DNA测序追寻人类进化的足迹看起来可以终结基于化石考古研究的许多争议,更科学地回答“我们从哪里来”这个严肃的问题,这是一项前赴后继的工作,没有人类考古学家先期的化石发掘和相关研究,分子水平上的研究也无从开展。

 

帕博的团队于2014年,完成了对尼安德特人的全基因组的测序,其精度可以与现今人类基因组序列相媲美。4万年前生活在北亚的丹尼索瓦人(Denisovan)的全基因组也被成功解析,人类起源模型被修正为了“晚近非洲起源附带杂交”。这些成果不会令人惊讶吗?

人类DNA这部巨著过于庞大,核基因有30亿个碱基对,全部DNA当然不可能通过化石搞完整,但巨著其实不需要全部读下来,抓住关键内容即可。线粒体是一种存在于大多数细胞中的由两层膜包被的细胞器,是细胞中制造能量的结构,是细胞进行有氧呼吸的主要场所,它的DNA尺度要小的太多,而且通过多个细胞里的线粒体DNA拷贝相互补充信息,从而得到相对完整的基因组,作为古人类遗传学的参考。

 

人类的好奇心是无限的,有朋友留言,帕博的研究是证明了我们不是起源于猴子(猿人)而是基因的混合体吗?基因的混合体是没错的,我们的身体细胞中应该记录着过去地球所有生物的遗传印记,达尔文的进化论告诉我们:人类是由南方古猿进化而来的。不过,后来南方古猿是如何进化成世界上最早的人类——智人(人属下唯一现存物种),而此后人类又是如何遍布全球等问题,似乎一直没有明确的答案。

 

帕博等人的古人类DNA研究,回答的是现在的人类究竟是从古人类的哪个分支(种群)进化而来,谁跟我们的亲缘最近。

DNA 的证据显示,走出非洲的智人并没有直线、毫无掺杂的进化成现在的人类,而与智人相似、曾生活在欧亚大陆已经灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人的血脉已经传入了现代人的基因中,从基因组上破译从古人类到现代人类的生命传承,这是非常关键的发现。

 

很多人可能并不太关注我们到底是如何进化来的这件事情,正如帕博本人所说,真正的文化不是由DNA决定的。

 

那究竟研究古人的DNA对现代人的生活和健康有啥意义呢,对此,相关学者也给出了一些解释。

尽管人类DNA这部天书异常复杂,有大部分重复语句,大段大段的看似无意义内容,但毕竟人类已经读懂了其中的部分内容,特别是与我们的疾病与健康密切相关的那些内容。比如,“尼安德特人遗传残留在现代人类中的基因,大多和有害突变相关联,这也反映了种间杂交的特点。但也有一些有益的基因,比如丹尼索瓦人的少量DNA可能使得现代人类适应高海拔的生活”,基因这东西对比研究起来就非常有意思,通过对比古人和现代人的基因,对理解我们的遗传多样性,还有生理、免疫相关的一些遗传特质,都是非常有意义的。

 




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