人类是如何演化而来的？2022年诺贝尔生理学或医学奖解读

　　北京日报客户端 | 记者 王鸿良
　　10月3日，瑞典卡罗林斯卡学院诺贝尔委员会决定将2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·佩博，以表彰他在已灭绝古人类基因组和人类演化研究方面所做出的贡献。
　　由斯万特·佩博开创的研究十分有趣，它对于认识我们人类的来历十分重要。这里，我们邀请知名科普作者张田勘向大家介绍由斯万特·佩博带动的古人类研究。
　　手持尼安德特人头骨复原模型的斯万特·佩博。
　　发现尼安德特人是当今人类已灭绝的近亲
　　在人类形成的过程中，有无数的谜团和空白需要弄清，更需要化石和基因的证据。斯万特·佩博的贡献主要在于基因上的发现，他的开创性研究催生了一门全新的学科——古基因组学。通过揭示和比较所有活着的人类与已灭绝的人类的遗传基因差异，斯万特·佩博初步解释了是什么奠定了我们成为今天独特的人类。
　　目前一个主流认同的观点是，现代人类祖先大约在30万年前首次出现在非洲，如今地球上的所有人类都是他们走出非洲的后代。但是，现代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40万年前至3万年前在非洲以外地区发展并居住在欧洲和西亚，并且在3万年前灭绝了。大约7万年前，一群晚期智人（现代人）的祖先从非洲迁移到中东，然后从那里再迁徙到世界其他地方。晚期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。他们之间必然有某种关系，只是我们不了解而已。
　　斯万特·佩博团队通过对尼安德特人的基因组进行测序发现，尼安德特人是当今人类已灭绝的近亲。斯万特·佩博和其同事首先从尼安德特人遗骸上提取到DNA并进行了测序，并于1997年公布了对尼安德特人线粒体DNA的测序结果。此后，佩博一直持续不断地追踪和研究尼安德特人与晚期智人的关系。2010年，斯万特·佩博与同事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的晚期智人有杂交。
　　斯万特·佩博同时调查尼安德特人与来自世界不同地区的现代人类之间的关系，发现来自尼安德特人的DNA序列与来自欧洲或亚洲的现代人类的序列，比来自非洲的现代人类的序列更相似。这意味着尼安德特人和晚期智人在他们共存期间进行了杂交。在具有欧洲或亚洲血统的现代人类中，大约有1%至4%的基因组来自尼安德特人。
　　而且，佩博等人获得的基因组草图让人们了解到了尼安德特人的更多特点。将尼安德特人的30亿个碱基对与现代人的30亿个碱基对相比较，发现只有1000到2000个氨基酸是不同的，而现代人与黑猩猩的不同之处则有大约5万个。此外，一种名为FoxP2的基因可能是尼安德特人和现代人共有的，FoxP2基因与语言能力有关，这说明，尼安德特人有可能拥有与现代人相似的语言能力。
　　2021年3月8日，比利时皇家自然科学研究所公布的在一处洞穴中发现的尼安德特人骨骼化石图片，图为上颌骨和下颌骨。
　　尼安德特人制造武器和工具想象图。
　　尼安德特人与现代人的多重交流
　　斯万特·佩博首先测序和发现了尼安德特人的基因组，为后来的研究打下了基础。
　　后来的研究进一步提供了尼安德特人与晚期智人（现代人）杂交的更多证据和细节。2008年，由以色列特拉维夫大学学者组成的国际研究小组，在以色列西加利利地区Manot洞穴发现了一块5.5万年前的人类头盖骨，这块头骨既有尼安德特人的特征，也有现代人类的特征，是现代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个化石证据。
　　2016年2月17日，《自然》杂志再刊发论文，德国、美国、中国等国研究人员利用几种不同的遗传分析方法，确定大约10万年前尼安德特人和现代人之间发生了基因交流事件，这一时间远远早于此前各种推测与研究。
　　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西伯利亚南部阿尔泰山脉一位尼安德特人和一位丹尼索瓦人（已灭绝的人种）的基因组和两名现代人的基因组，同时研究了两位尼安德特人（一位来自西班牙，一位来自克罗地亚）的第21号染色体的详细序列数据，发现一支很早与其他现代人分离的族群在10万年前曾向阿尔泰地区的尼安德特人转移了基因。
　　后来的研究也表明，尼安德特人向现代人转移的基因中，一些可能是有益的，但其中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是因其基因不适应当时环境和现代生活；另一方面，有研究发现源自尼安德特人的遗传变异与包括心脏病、动脉壁增厚在内的12种疾病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2.8万个人的DNA的特殊部分进行分析发现，尼安德特人的DNA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、帕金森病的几率更高。
　　这些疾病也增加了尼安德特人灭绝的风险。但是，尼安德特人是如何灭绝的，还有待进一步研究。
　　现代人与丹尼索瓦人的基因交流
　　斯万特·佩博等人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年在西伯利亚南部阿尔泰山丹尼索瓦洞的古遗址中发现了一些化石，包括一块指骨和一颗牙齿，以及一些饰物，经测定化石的年代在4万年前，该化石为一名5到7岁的女性。2014年，佩博和同事完成了对丹尼索瓦洞手指骨的基因测序，结果更是令人惊奇：与尼安德特人和现代人类的所有已知基因组序列相比，丹尼索瓦洞手指骨的DNA序列是独一无二的。由此，佩博发现了一种以前不为人知的人类，命名为丹尼索瓦人。
　　之后，斯万特·佩博对来自世界不同地区的当代人类的基因组序列进行比较研究，发现丹尼索瓦人也和现代人之间发生了基因交流，说明两类人群之间有杂交。这种关系首次出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中，那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人DNA。
　　之后，更多的研究发现了丹尼索瓦人，并认为这是一个已经灭绝的人种，可能在更新世（约259万年前至11700年前）晚期生活于亚洲大陆。丹尼索瓦人也是直立行走，但身体构造与现代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杂交，然后美拉尼西亚人的祖先来到巴布亚新几内亚。
　　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，与处在东方和南方的东亚、南亚族群都有过一些DNA交流。从基因组比对分析中发现，部分大洋洲族群体内的丹尼索瓦人基因比例最高。
　　位于俄罗斯西伯利亚的丹尼索瓦洞。
　　藏族人、夏尔巴人与丹尼索瓦人的基因交流
　　丹尼索瓦人与现代人的基因交流有一个最有名的馈赠，他们把EPAS1基因转移给了现代人，这在西藏的藏族人和夏尔巴人身上较常见。2014年《自然》杂志上发表了一个国际团队的研究结果。
　　这个国际团队在比较和测序了40名藏人和40名汉人的EPAS1基因后发现，藏人有变异的EPAS1基因，这使得他们能轻微提高红细胞和血红蛋白水平，既能提高供氧，又不会造成什么副作用。但汉人和其他没有长时间生活在高原的人EPAS1基因没有变异，若到高原就会导致供氧不足和其他心血管系统的副作用。
　　在比较了已灭绝人类近亲尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA序列后，确认EPAS1基因是源自丹尼索瓦人。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藏人有过基因交流。
　　但是，这项研究也引发了争议，因为过去的研究表明，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，不可能和高原上的藏族人和夏尔巴人通婚。因此，人们一直费解丹尼索瓦人为何会携带与高海拔环境适应有关的基因。
　　但是，后来的研究证明了丹尼索瓦人与藏族人和夏尔巴人有过基因交流。而且一些研究进一步指出，丹尼索瓦人可能在20万年前到5.5万年前占据了西伯利亚的洞穴，而尼安德特人则在19.3万年前到9.7万年前出现在西伯利亚洞穴中。现代人可能两次与古人类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，兰州大学和中国科学院青藏高原研究所带领的研究团队，在位于甘肃省甘南藏族自治州夏河县甘加乡的白石崖溶洞旧石器时代考古遗址，发现了丹尼索瓦人化石，是一个下颌骨化石，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年龄确定为距今至少16万年。
　　而且，夏河人下颌骨化石是丹尼索瓦洞以外发现的第一件丹尼索瓦人化石，也是在东亚发现的首个丹尼索瓦人的化石和遗迹。研究团队从下颌骨化石提取并测序首个丹尼索瓦人线粒体基因序列，最终揭示丹尼索瓦人成功适应了高寒缺氧的环境，在晚更新世就长期生活在青藏高原，这也是支撑丹尼索瓦人在亚洲地区广泛分布的一个有力证据。这一研究成果发表在2019年5月的《自然》期刊上。
　　中国研究团队的研究表明，16万年前丹尼索瓦人就出现在青藏高原，也提示当时的古人类已经适应了青藏高原的环境。事实上，16万年前是离现在最近的第二次冰期，青藏高原的环境比现在更冷、更干。在这样严酷的大环境背景下，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，而且有能力在更干、更冷的冰期环境生存。这证明，EPAS1基因确实是丹尼索瓦人与藏族人、夏尔巴人基因交流的结果。
　　甘肃省白石崖溶洞遗址。
　　2020年1月18日，科研人员在白石崖溶洞遗址开展相关研究工作。
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　　诺奖历史上有7对父子获奖
　　在诺贝尔奖的历史中有一个有趣但并不罕见的现象，即父子都获奖。斯万特·佩博父亲也获过诺贝尔奖，而且父子获得的都是生理学或医学奖，只不过时间跨度有40年。
　　除了佩博父子外，还有另外6对父子也曾获得诺贝尔奖。2006年的诺贝尔化学奖得主是美国科学家罗杰·科恩伯格，他的父亲阿瑟·科恩伯格是1959年诺贝尔生理学或医学奖得主之一。此外，布拉格父子共同获得1915年诺贝尔物理学奖；汤姆逊父子分别是1906年、1937年诺贝尔物理学奖得主；奥伊勒父子分别是1929年化学奖、1970年诺贝尔生理学或医学奖得主；玻尔父子分别是1922年、1975年诺贝尔物理学奖得主；西格巴恩父子分别是1924年、1981年诺贝尔物理学奖得主。
　　诺奖也有＂跨学科＂
　　今年诺贝尔生理学或医学奖授予人类演化的研究成果，属于人类学，因而与过去总是授予生理学和临床医学的成果有点＂违和＂，被视为是跨学科。这在诺贝尔奖的历史上曾有先例。
　　1973年的诺贝尔生理学或医学奖就是授予了与生理学或医学关系并不大的动物行为和心理研究，获奖者是奥地利的康拉德·洛伦兹、德国的卡尔·冯·弗里希和英国的尼古拉斯·庭伯根。研究动物能获得诺贝尔奖意味着研究动物与研究人类相关，将动物身上的适应性行为推论到人类复杂的社会与心理模式，对遗传学、进化心理学和社会生物学等研究会产生重大作用。
　　现在，研究人类的演化获得诺贝尔生理学或医学奖，就更有充分理由。凡是重大的科学研究成果，都有可能获得诺贝尔奖的青睐。
　　图片来源：视觉中国