人类起源的探索
——2022年诺贝尔生理学或医学奖

2022-10-25 12:27董凌月王宇童
首都医科大学学报 2022年5期
关键词:基因组学尼安德特人

董凌月 王宇童

(首都医科大学基础医学院细胞生物学系,北京 100069)

北京时间2022年10月3日,万众瞩目的诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗琳斯卡医学院揭晓,获奖者是瑞典进化遗传学家斯万特·佩博(Svante Pääbo)。由于他在“关于已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”中做出的杰出贡献,脱颖而出,获得该奖。这也是百余年来诺贝尔奖首次授予专门从事进化研究的生物学家。

1 获奖者简介

斯万特·佩博(图1),瑞典进化遗传学家,德国马克斯·普朗克进化人类学研究所教授。1955年4月20日,他出生于瑞典首都斯德哥尔摩,他的母亲是从爱沙尼亚流亡到瑞典的化学家凯琳·佩博(Karin Pääbo)。他的父亲是瑞典生物化学家苏恩·伯格斯特龙(Sune Bergström),因发现前列腺素与另两位科学家分享了1982年的诺贝尔生理学或医学奖。由于是非婚生子女,佩博从小跟随母亲长大。1975年,佩博进入了瑞典的乌普萨拉大学(Uppsala University)人文学院,学习科学史、埃及考古学等课程。随着兴趣的改变,两年后他转向医学,并于1986年在该校获得了分子遗传学的博士学位。此后他先后在瑞士苏黎世大学的分子生物学研究所和加州大学伯克利分校从事博士后研究。1990年,他成为德国慕尼黑大学动物学研究所的教授,开始了独立科学研究的生涯。1999年,佩博在德国莱比锡创建了马克斯·普朗克进化人类学研究所。2000年,他成为了瑞典皇家科学院院士。在获得此次诺贝尔奖之前,佩博已荣获2005年度Louis-Jeantet 医学奖、2008年度美国学术成就学会金盘奖、2010年度欧洲生物化学协会联合会Bücher奖章、2013年度格鲁伯奖、2017年度丹·大卫奖等多项科学大奖。

图1 斯万特·佩博[1]

2 主要科学贡献

人类从哪里来?又是如何进化的?这些始终是科学界和社会公众关注的问题。关于人类的起源和进化,人们通过研究不断提出种种猜想和解释,试图还原这一历史进程。20世纪90年代,佩博的团队从1856年在德国发现的尼安德特人(Neandertal)化石标本中成功提取了线粒体DNA,利用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增后测序,并与现代人类的线粒体DNA序列进行了比较[2]。他们于2002年发现了第一个和人类语言进化相关的基因——FOXP2,该基因的缺失和突变可能会引起人类语言功能障碍[3]。2010年,佩博和他的同事[4]报道了他们从西伯利亚南部阿尔泰山丹尼索瓦洞内发现的古人类指骨中提取的DNA分析结果,就此发现了一种新的古人类物种——丹尼索瓦人(Denisova hominin)。同年,他们发表了尼安德特人的完整基因组序列[5]。佩博和他的团队从中得出结论,在进化的历史中位于欧亚区域的人类祖先曾经与尼安德特人进行过杂交,很快这一理论就得到了学术界的广泛支持[6]。

3 科学意义

是什么使我们成为独一无二的人类?为了更好地回答这类问题,以佩博为代表的科学家开创了古基因组学,该学科利用遗传学的方法研究古生物,为上述问题提供了一些答案。同时这些古基因组学技术不仅可以用于研究人类,还可以拓展到其他已经灭绝的生物,包括古动物和古植物等。这些技术在古生物学研究中的应用,可以探究古代动植物的物种多样性,还原史前的自然和生物环境。

在人类的进化中,我们与一些史前的古人类有何种关系?我们和他们又有哪些不同?古生物学和考古学的研究[7]结果提示,智人(Homo sapiens)最早起源于30万年前的非洲。而智人的近亲尼安德特人在40万年前迁出非洲来到欧洲和西亚,并在3万年前灭绝。7万年前,一群智人离开非洲来到中东,进而从中东散布到世界各地。智人和尼安德特人在欧亚大陆共存了几万年,这段时间二者之间究竟存在何种关系?为解答这一问题,佩博和他的同事克服了古人类DNA经过几万年的变化会被污染、发生化学修饰和断裂成碎片等困难,创造出一套能够成功从4万年前尼安德特人的骨骼中提取线粒体DNA并进行扩增和测序的方法,这套方法的创立为古基因组学奠定了基础。他们的检测结果提示,我们的祖先曾经分别和尼安德特人以及丹尼索瓦人进行杂交,今天我们的基因组中,仍有大约1%~4%来自尼安德特人(图2)。这一发现对人类进化史的研究产生了深刻的影响,为人类进化的研究提供了新的方法和思路,加速了人类进化和迁移研究的进程。而通过现代人类和古人类基因组的比较,也将有助于理解究竟是哪些因素使人类与众不同。

图2 现代人与尼安德特人和丹尼索瓦人的关系[1]

古基因组学的研究还可以帮助我们找到远古祖先遗传下来的多种疾病的风险因子,这不仅能够加深对疾病的理解,还可能为过敏、自身免疫性疾病、糖尿病等常见疾病提供治疗的新靶点。例如,佩博团队发现在人类第3号染色体存在增加新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)重症风险的尼安德特人基因[8];而在第12号染色体上,来自尼安德特人的基因组片段却可以降低COVID-19重症风险[9]。这一领域的研究可能为更多疾病的治疗开辟了全新的途径。

作为古基因组学的开创者,佩博30余年来在这一领域长期耕耘,不断创新,使人类进化遗传学这个在生物学中相对比较“冷门”的研究领域取得了显著的进展。佩博的获奖也将引起公众对于进化遗传学的重视,激励更多年轻人投身于这一领域的科学研究中,去揭示人类起源的秘密,更深入地了解人类究竟从何而来。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明董凌月:撰写论文;王宇童:总体把关,审定论文。

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