“我们在追溯古代人类的信息”

尹洁

付巧妹

1983年出生于江西，先后毕业于西北大学、中国科学院、德国马克斯·普朗克进化人类学研究所。现任中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、分子古生物学实验室主任。2021年获中国青年五四奖章。

如果将地球历史压缩成24小时，人类这一物种直到倒数38秒才会出现，人类文明则是在最后0.1秒建立的。从诞生到有文明，人类经历了怎样的演化过程？远古人类又是如何演变为今天分布于各大洲、各地区的不同群体的？

在古遗传学研究领域，中国十多年前与西方发达国家有很大的差距，尤其是在古DNA研究方面，几乎是空白的。但现在，情况发生了很大变化。中国的科学家们不仅在探索世界所普遍关注的科学问题，而且取得了许多突破性成果。

付巧妹就是其中的代表之一。作为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（简称中科院古脊椎所）分子古生物学实验室主任，十几年来，她破译了世界最古老的现代人基因组和东亚最早的现代人基因组，揭开了中国南北方史前人群迁徙与混合的若干谜团，还建成了国内首个媲美国际顶尖水平的古DNA自动化实验平台，推动中国在该领域跻身世界前列。

从4万年前的骨骼里找答案

古DNA研究出现于上世纪80年代。早期技术存在一些局限性，生物骨骸样本长期在地下埋藏，因为自然降解和环境微生物的侵入，样本里所含有的内源DNA极其微量，很难从大量环境微生物DNA的污染里分离出来。再加上样本出土后，很容易因为接触或沾染外界环境里的皮屑而受到现代人DNA的污染。所以当时的技术很难从相关样本中获得古代人类有效的遗传信息。

“受这些条件的限制，十几年前，科学家们主要是做古代动物的基因组研究，对于人类古基因组，尤其是核基因组的研究特别少。”付巧妹对《环球人物》记者说。

21世纪初，二代测序技术问世，可以在DNA短片段两端加上人工接头，对构建的文库进行扩增，这样不仅降低了测序成本，还可以获得大量数据，为古DNA研究提供了重要支持。

这段时间，付巧妹正在德国马克斯·普朗克进化人类研究所攻读演化遗传学博士。当时，她得以对一个极为珍贵的研究样本展开研究——在罗马尼亚，人们发现了一块距今4万多年的现代人下颚骨。但由于年代久远，这块骨骼里的人类基因含量极低。

“在一些样本中，微生物DNA比例能达到99.98%，人类基因只有0.02%，提取难度确实很大。”付巧妹说。当时，她主导开发了一种新技术：用现代人的DNA作为“诱饵”，像钓鱼一样，将具有相似性的古代人类DNA“钓”取出来。

经过反复试验，这项技术获得了成功，付巧妹不仅提取出那块骨骼里的古代人类DNA，还发现该个体含有6%—9%的尼安德特人（已经灭绝的古人类）基因，证明现代人和尼安德特人发生过不止一次基因交流，且发生地点包括欧洲。这些成果引发了国际广泛关注。

付巧妹主导开发的古核基因组捕获技术，实现了把极其微量的人类DNA从大量环境微生物DNA中吸附、分离、富集、捕获出来。文章发表后，该项技术的影响力越来越大，让很多之前无法提取古DNA的样本重回研究视野，有了新的科研价值。

获得博士学位后，付巧妹又在德国和美国做了几年博士后，2015年底正式回国，从2016年1月起担任中科院古脊椎所古DNA实验室（现为分子古生物学实验室）主任。她将研究重心放在了东亚人群多样性及演化历程方面，用她自己的话说，“中国人有责任弄清楚生活在这片大陆上的人是怎么演变的”。

据已经发表的古基因组数据和研究统计，2017年以前，人类古基因组数据及相关研究主要集中在欧洲和北亚，而东亚地区，尤其是中国的人类古基因组数据相对空白，相关研究极度匮乏，东亚人群遗传演化和迁徙融合的历史，成为整个人类演化进程里的“缺环”。

2017年，关于中国第一例人类古基因组，也是东亚迄今最早的现代人基因组的研究成果，由付巧妹率领的科研团队在国际核心期刊上发表，马上获得了广泛的国际关注。《科学》杂志评价它“填补了东亚在地理和时间尺度上的巨大空白”，而且相关研究揭示出东亚早期人群的遺传多样性及演化历史的复杂性，为东亚人群古DNA研究正式打开了局面。

左上图：山东扁扁洞一具约9500年前个体的骨骸。左下图：福建奇和洞约8400年前的2号个体头骨。右图：付巧妹（中）带领的分子古生物学研究团队。

付巧妹告诉记者，这例人类古基因组来自“田园洞人”，其骨骸化石是在北京周口店地区发现的，距今约4万年，比山顶洞人还早。“从田园洞人的样本上，我们明确看到了东亚人特有的遗传信息，因此可以确定，东亚人至少在4万年前就已经存在了。这是非常重要的。因为在同一时期，欧洲也存在过一些早期人类群体，但不具备现代欧洲人的遗传信息。”

通俗的解释是，远古时期，某个地区可能生活着一些古代人类群体，他们不一定有直接后代延续下来、形成如今生活着的现代人。通过古DNA，科学家得以探究他们与后期以至现在生活着的人群之间的遗传关系，来说明这些群体可能延续的时间，今天生活在这个地区的人群是否是他们所繁衍的后代。

从人类演化史看，4万年不算长，但从人类文明史看，4万年很久。站在人类演化史的角度，学术界公认人类起源于非洲;但站在人类文明史的角度，今天生活在不同大陆、不同地区，有着不同肤色和遗传特征的现代人类，其祖先是谁，来自何处，在世界各地迁徙、演化和适应的过程里有着怎样的故事，对我们今天的生活又有怎样的影响，都是需要追溯和解答的问题。付巧妹团队的研究目标，便聚焦在东亚早期人群的遗传特点、迁徙扩散的路线、在不同阶段的演化、与环境的互动关系，以及对当今东亚人的遗传影响等方面。

“希望为中国赢得话语权”

在人类演化研究领域，付巧妹是无数中国科学家的一个缩影。十多年来，他们在相对落后的情况下奋起直追，不仅填补了中国在相关领域的空白，也为国家赢得了国际同行的尊重。

从2010年起，付巧妹负责中德联合实验室古DNA平台的筹建，为国内领域的布局蓄力。在外国同行里，德国、美国、丹麦等国家都有顶尖团队，大家既有竞争也有合作。在付巧妹看来，她和同事们努力在古DNA技术创新和自主研究方面取得突破，除了科研本身带来的成就感外，还有一种“为国家赢得话语权”的使命感。

“目前，我们团队的技术水平在国际上跻身第一梯队是没有问题的，但还有很多工作要继续推进，希望把各个突破点连接起来，变成一张网。”付巧妹说。每当实验到了关键阶段，她一般要连续工作10小时甚至12小时，深夜一两点下班是常事。

分子古生物学是一门交叉学科，除了遗传学外，还涉及考古学、人类学、生物信息学等，相关成果的取得也离不开相关科研团队的支持。为了解答中国人关于“我是谁”“我从哪里来”“我们的祖先怎样生活”等问题，无数科学家从浩如烟海的生物遗传信息中寻找着答案。

科普讲座上，付巧妹在做古DNA研究相关报告。

付巧妹在实验室进行古DNA样本制备。

比如早期人类的迁徙路线，付巧妹的一项科研突破就与此有关——从一块在西伯利亚地区发现的、距今4.5万年的早期现代人骨骼里，获得了迄今世界最古老的现代人基因组。

通过研究，付巧妹揭示了两个重要问题：第一，现代人祖先进入亚洲，并非只有南部大洋洲这条路线，而呈现更复杂的局面;第二，早期现代人与尼安德特人在距今5—6万年间发生了基因交流，这缩小了此前研究者提出的时间范围。

“从遗传学上讲，尼安德特人相当于现代人的堂兄弟，在几万年前与现代人的祖先通过婚。今天的人类，除了非洲人外，体内都含有尼安德特人的基因成分，我们所做的就是通过分析样本，确定了更多、更精确的细节。”付巧妹对记者介绍。

2020年，付巧妹团队在《科学》杂志发表了关于中国南北方人群古基因组的研究成果，发现我国近万年来主体人群的遗传连续性，且首次从遗传学角度证实以台湾岛阿美族和泰雅族、太平洋西南部岛民为代表的南岛语族，与万年前福建等南方沿海大陆人群直接相关。

同年，团队又从青藏高原10万年前的“土”里，获得了东亚首例丹尼索瓦古人类DNA，在东亚已灭绝古人类研究上取得新突破。

2021年，团队通过解析黑龙江、广西和福建等地区4万年来的人类古基因组，揭示了东亚长时间尺度下人群的动态遗传图谱，发现了新的早期现代人支系。

今年4月，《科学》杂志发表了付巧妹团队的又一项重要研究成果——团队成功获得了201例新疆古代人类的基因组，系统还原了新疆五千年以来古人群的遗传演化与交流互动历史。

这些突破性进展，显示出中国在古基因组学领域，尤其是在东亚人类演化研究领域的快速发展。

在中国古遗传学家们的努力下，截至2022年4月，中国地区已有430例人类古基因组数据发表。基于这些数据，他们得以解析中国不同时间、不同区域古代人群的遗传特点和形成过程，以及与世界其他地区人群之间的遗传联系、迁徙扩散和交流互动模式等，对于重构整个人类起源与演化历史有着重要的学术意义。

2021年和2022年，付巧妹相继收到《自然》和《细胞》杂志邀请，就人类演化领域的研究发表综述和评述，系统梳理了十余年来人类古基因组学研究的发展，并指出古DNA技术的未来发展趋势。

如今，中国已在古基因组学领域凸显出重要的国际影响力和话语权，曾经的学术滞后局面已经扭转，国际地位日益提高。

“我是与这个领域一起成长的”

付巧妹的学术道路颇有些戏剧性。从小对生物感兴趣的她，意外考入西北大学，学习文物保护技术专业。这是一个文理交叉的学科，以化学为主，同时也学考古、文物鉴定等方面的知识。

本科毕业时，付巧妹的成绩可以保研本校，但她放弃了，坚定地报考了中科院，希望读生物相关专业。她抱着考不上就找工作的想法，结果考了专业第一。

“在中科院，我终于离自己喜欢的专业更近了一步。”付巧妹对记者说。两年后，硕士导师推荐她去德国，起初并不是读博士，而是一次为期半年的学术交流，相当于一个考核，让德国专家衡量一下，这名中国学生是否适合从事古DNA领域的研究。

德國导师是古DNA研究的开创者之一，整个课题组都是世界顶级的。付巧妹一边上课，一边参加组内讨论和实验。对于同事们讨论和展示的内容，如尼安德特人基因组序列草图等，基本上都是遗传学的内容，仅有文物保护技术和体质人类学背景的她，起初完全理解不了，要快速适应并融入进去无疑是巨大的挑战。

“当时国内的硕士还没读完，在那半年里，我既要完成硕士毕业论文，又要接受考核，面临着非常大的压力。在这个过程中，我告诉自己，把压力转化为动力，只要尽力就好！”付巧妹回忆道。

她成摞成摞地读文献，做实验，每天像过电影一样回溯组会讨论的内容，自学编程，做生物信息分析，寻找一些问题的解决办法……负责指导付巧妹的助理导师很认可她的能力，慢慢地，她建立了信心，发现自己学过的数理化和计算机知识都能派上用场，在夜以继日的努力下快速适应起来……几个月后，付巧妹通过了考核，国内硕士也毕业了，于是就留在德国读了博士，做了博士后，之后又去美国，在哈佛大学医学院遗传系读博士后，然后回国。

“去德国之前，我就没想过定居国外，也说不清为什么，反正就是想回来。”付巧妹说。

刚回国的时候，她的收入与国外有很大的落差，也面对着很多外界诱惑。“有一些机构找过我，开出很高的工资。但我觉得人这一辈子，如果只是为了钱，没什么意思。一辈子的时间很长，不能只看眼前的得失，最重要的还是做一些自己想做的事。我也很幸运，工作是自己感兴趣的，坚持做下去，慢慢都会好的。”

在付巧妹看来，不太计较一些事，反而能专注在更有价值的事上，最后有所收获。她自己的人生经历就是最好的证明：“过去10年，我是跟着自己的研究领域一起成长的，也遇到过很多次失败。但科研就像人生一样，是有不确定性的，本身就是一个螺旋式上升的过程。”

付巧妹

1983年出生于江西，先后毕业于西北大学、中国科学院、德国马克斯·普朗克进化人类学研究所。现任中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、分子古生物学实验室主任。2021年获中国青年五四奖章。