瑞典當地時間2022年10月3日11時30分（北京時間10月3日17時30分），諾貝爾獎委員會宣布將2022年生理學醫(yī)學獎頒發(fā)給瑞典生物學家、進化遺傳學家Svante P??bo（斯萬特·帕博），以表彰他發(fā)現了與已滅絕古人類和人類進化相關的基因組。

Svante P??bo于 1955 年 4 月 20 日出生在瑞典斯德哥爾摩，母親是愛沙尼亞化學家 Karin P??bo ，父親是生物化學家 Sune Bergstr?m，曾與 Bengt I. Samuelsson 和 John R. Vane共同獲得 1982 年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。 Svante P??bo于 1986 年在烏普薩拉大學獲得博士學位，研究腺病毒的 E19 蛋白如何調節(jié)免疫系統(tǒng)。 作為古遺傳學的創(chuàng)始人之一，P??bo對尼安德特人基因組進行了廣泛的研究，并于1997年被任命為德國萊比錫馬克斯普朗克進化人類學研究所遺傳學系主任。

Svante P??bo自上個世紀 80 年代開始古 DNA 研究以來，一直在為探索古 DNA 實驗技術和建立古 DNA 研究標準而努力。隨著分子克隆、 PCR、二代測序技術、引物延伸捕獲和液相雜交捕獲等擴增和測序技術的不斷涌現，古 DNA 研究已逐漸成為一個用途廣泛、極有發(fā)展前景的領域。古 DNA 研究為人類的起源和演化歷史提供了非常有價值的參考。 2010 年，德國馬普研究所 Svante P??bo 領導的研究組對已滅絕的尼安德特人（ Neanderthal）全基因組測序分析發(fā)現非洲現代人中沒有任何尼安德特人的遺傳成分，但是在非洲之外的現代人群中都有 1%~4%的尼安德特人混血。其后， 4 萬年前生活在北亞的丹尼索瓦人（ Denisovan）的全基因組也被成功解析，人類起源模型被修正為了“晚近非洲起源附帶雜交”。

下文分兩部分，前部分是其自述的工作內容，節(jié)選自Svante P??bo的著作《尼安德特人》；后半部分是與其工作相關的一篇科普文章。

作者 | 斯萬特·帕博（Svante P??bo）

譯者 | 夏志

審校 | 楊煥明

我一開始并沒有研究尼安德特人，而是研究古埃及木乃伊。在我13歲的時候，媽媽帶我去了埃及，自此我就迷上了那里的古老歷史。但是當我在烏普薩拉大學開始認真進行這項研究時，我越來越清晰地意識到，我所迷戀的法老、金字塔、木乃伊只是青少年時期的浪漫夢想而已。我做了功課、記住了象形文字和歷史事實，甚至曾連續(xù)兩個夏天在斯德哥爾摩的地中海博物館編撰陶片和其他文物的目錄。我或許會成為瑞典的一位埃及古文物學者，并在同一家博物館工作。但是我發(fā)現，同一個人第二個夏天所做的事情與第一個夏天幾乎一樣。此外，他們在同一時間去同一家餐館吃同樣的飯菜，討論同樣的古埃及之謎和學術八卦。事實上，我開始意識到，對我而言，埃及古文物學這個領域發(fā)展太慢。這不是我想要的那種職業(yè)生活。我想經歷更多的興奮，想要與我所看到的周圍世界有更多的關聯(lián)。

這種覺醒使我陷入了各式各樣的危機。我父親曾是一名醫(yī)生，后來成了生物化學家。受其啟發(fā)，我決定學醫(yī)，爾后再從事基礎研究。所以我進了烏普薩拉大學的醫(yī)學院，幾年后驚訝地發(fā)現自己非常喜歡問診病人。醫(yī)生似乎是為數不多的不僅可以遇到各式各樣的人，還可對其生活發(fā)揮積極作用的職業(yè)。而與人們交流、建立關系的能力是我沒想到自己會具備的才能。經過四年的醫(yī)學研究，我又面臨一個小小的危機：應該成為一名醫(yī)生，還是轉行到原本打算從事的基礎研究呢？我選擇了后者，并認為拿到博士學位后還可以（最有可能）回到醫(yī)院。我加入了彼爾·帕特森（Per Pettersson）的實驗室，他是當時烏普薩拉最炙手可熱的科學家之一。不久之前，他的研究小組首次克隆了一類重要的移植抗原的基因序列。這些蛋白分子位于免疫細胞表面，并介導對病毒和細菌蛋白的識別。帕特森不僅提出了與臨床實踐相關的令人興奮的生物學見解，而且他的實驗室還是烏普薩拉少數幾個已掌握通過引入細菌操縱DNA克隆這一新方法的實驗室之一。

帕特森邀請我加入研究腺病毒編碼蛋白的團隊。腺病毒是一種會引起腹瀉、類似感冒等其他擾人癥狀的病毒。人們認為這種病毒蛋白與細胞內的移植抗原相結合，因此一旦被運送到細胞表面，它就會被免疫系統(tǒng)細胞識別，然后激活免疫系統(tǒng)，殺死體內其他受感染的細胞。在接下來的三年里，我和其他人一起研究這種蛋白質，并開始意識到我們對這種蛋白質的看法是完全錯誤的。我們發(fā)現，病毒蛋白并非是免疫系統(tǒng)攻擊的倒霉目標，相反，病毒蛋白能夠尋找到細胞內部的移植抗原、與它們結合，并阻止它們被運輸到細胞表面。由于受感染的細胞表面沒有移植抗原，所以免疫系統(tǒng)無法識別它是否受到感染?？梢赃@么說，這種蛋白質掩護了腺病毒。事實上，它使得細胞內的腺病毒可以存活相當長一段時間，甚至可能活得與感染者一樣久。這種病毒可以以此方式屏蔽宿主的免疫系統(tǒng)，這著實是一項意外的發(fā)現。最后，我們以多篇備受矚目的論文把工作成果發(fā)表在頂級期刊上。實際上，后來諸多研究發(fā)現，其他病毒也使用類似的機制逃避免疫系統(tǒng)的攻擊。

這是我第一次體驗到從事尖端科學研究的滋味，非常著迷。這也是我第一次（但不是最后一次）看到，科學的進步往往是一個痛苦的過程：認識到自己和同齡人的想法是錯誤的，而說服你最親密的伙伴以及全世界的大部分人好好考慮新的想法甚至需要更長的時間。

但不知何故，雖處在對生物學的興奮之中，我仍無法完全擺脫對古埃及的迷戀。只要有時間，我就去埃及學研究所聽課。我一直選修科普特語課，這是一種古埃及法老所說的語言。我同羅斯季斯拉夫·霍爾特爾（ Rostislav Holthoer）成為朋友。他是一名快樂的芬蘭埃及古物學者，在社會、政治和文化方面擁有強大的人脈。20世紀70年代末和80年代初，我經常在羅斯季斯拉夫的烏普薩拉家中享用晚餐，度過漫漫長夜。我經常抱怨，雖然我熱愛埃及古文物學，但很難看到未來。我也喜歡分子生物學，它可以不斷提升人類的福祉。我得在兩條同樣誘人的職業(yè)道路之間做出抉擇—這太痛苦難解。當然這看起來并不值得同情，因為這個年輕人雖然不知道如何做決定，但面對的兩個選擇都堪稱絕佳。

但羅斯季斯拉夫對我很有耐心，他一直在傾聽。我解釋科學家們現在如何能從任何生物中提取DNA（可以是真菌、病毒、植物、動物或人），然后將其插入質粒（一種來自細菌病毒的DNA載體分子），并將質粒引入細菌，與細菌宿主一起復制出成百上千份外來DNA。我還解釋了如何確定外源基因的四個核苷酸序列，如何發(fā)現兩個個體或兩個物種DNA序列之間的差異。兩個序列越相似（即兩者之間的差異越少），兩者之間的關系就越密切。事實上，透過共有突變的數量，我們不僅可以推斷，在數千年和數百萬年間，特定的序列如何從共同祖先的DNA序列演變而來，還可推斷出這些祖先DNA序列存在的大致年月。例如，在1981年的一項研究中，英國分子生物學家亞歷克·杰弗里斯（Alec Jeffreys）分別分析了一個人類和猿類血液中的血紅素蛋白基因的DNA序列，并推斷出該基因何時開始在人類和猿類中獨立演化。我解釋說，此方法可能很快就會應用于許多基因上，任何物種的許多個體都有這些基因。這樣，科學家就能確定過去不同物種之間的親緣關系，以及它們何時開始各自的演化，這種方法比形態(tài)學或化石研究更可靠。

當我向羅斯季斯拉夫解釋這一切時，一個問題逐漸浮現在我的腦海中：此方法只能用于測序當今人類及動物的血液或組織樣本中的DNA嗎？這種方法能否用于測序那些埃及木乃伊的DNA呢？DNA分子能否在木乃伊中留存下來呢？它們也能插入質粒并在細菌中復制嗎？我們是否有可能通過研究古DNA序列，從而闡明古埃及人彼此之間以及與現今人類之間是否關聯(lián)呢？如果可以做到，那么我們便可以回答埃及學研究中常規(guī)方法所無法回答的問題。例如，今天的埃及人與生活在大約5000年至2000年前法老統(tǒng)治時期的埃及人有何關聯(lián)？是否由于政治和文化的重大變化造成了埃及的大量人口被更替，例如公元前4世紀亞歷山大大帝的征戰(zhàn)和7世紀阿拉伯人的入侵？或者這些軍事和政治事件只是讓當地居民采用了新的語言、新的宗教以及新的生活方式？總體而言，如今居住在埃及的那些人和曾經建造金字塔的人是否一樣？或是他們的祖先與侵略者混雜在一起，所以現在的埃及人和古代埃及人完全不同？諸如此類的問題令人激動不已。當然其他人應該也想到了。

我到大學圖書館查閱了相關的期刊和書籍，但沒有發(fā)現任何關于從古代材料中獲取DNA的報告。似乎從沒有人試圖獲取古代的DNA；或者如果有，他們沒有成功，因為如果成功了，他們肯定會公布他們的發(fā)現。我與帕特森實驗室中比較有經驗的研究生和博士后討論此事。他們說，鑒于DNA的敏感性，為何你認為它能保存幾千年呢？我們的談話令人沮喪，但我沒有放棄希望。我在查閱文獻時找到了幾篇文章，那些作者聲稱他們從博物館上百年的動物皮膚中檢測到了蛋白——蛋白仍能被抗體檢測到。我還發(fā)現，有研究聲稱已在顯微鏡下發(fā)現了古埃及木乃伊的細胞輪廓。所以的確有些東西保存了下來。我決定開展實驗。

第一個問題是DNA能否在死后的組織中長期存活。我推測，如果組織變得干燥，如古埃及尸體防腐人員制作的木乃伊那樣，那么 DNA或許可以長期保存良好，因為降解 DNA的酶需要水來激活。這是我需要測試的第一件事情。1981年夏天，實驗室里沒有太多人，我去超市買了一塊小牛肝。我把商店的收據黏在一個嶄新的實驗筆記本的首頁，我要用它記錄這些實驗。我給這本筆記本貼上自己的名字標簽，不為別的，只是因為我想盡可能地讓我的實驗處于保密狀態(tài)。如果帕特森認為這些實驗并不必要，還發(fā)現我為此分心，他或許會禁止我做這些實驗。畢竟免疫系統(tǒng)的分子機制研究競爭激烈，我該好好全身心投入其中。無論如何，我都希望一切保密，以免失敗后遭到同事們的奚落。

為了模仿古埃及木乃伊，我決定將牛肝封存在實驗室的烤箱中并加熱到50℃，讓其木乃伊化。這樣做的第一個后果便是我的秘密項目將公之于眾。第二天，怪味招致了許多閑言碎語，我不得不在大家發(fā)現并處理掉牛肝之前公開我的項目。所幸隨著脫水過程的進行，氣味不再濃郁，于是也就沒有腐爛的氣味或埋怨的話傳到教授那里。

幾天之后，肝臟就變得堅硬、干燥，并變成黑褐色，就像埃及木乃伊一樣。我開始從中提取DNA，大獲成功。我獲得的DNA是只有幾百個核苷酸的短片段，不像從新鮮組織中提取的DNA那樣有數千個核苷酸，不過依舊足夠用于實驗。我的想法得到了證實。認為DNA可以在一個死組織中存活至少幾天或幾周，這并不荒謬。但是，幾千年呢？很明顯，下一步便是在埃及木乃伊中嘗試同樣的方法。此時我跟羅斯季斯拉夫的友誼派上了用場。

羅斯季斯拉夫早知道我在埃及學和分子生物學上的苦惱，也樂于支持我嘗試把埃及學帶進分子時代。他是一家小型大學博物館的館長，博物館中收藏了一些木乃伊。他同意了我取樣木乃伊的請求，當然，他不會讓我切開木乃伊并取走它們的肝臟。但如果木乃伊已經被撕開，并且其肢體已經斷裂，羅斯季斯拉夫允許我從木乃伊斷裂處取一小塊皮膚或肌肉組織，進行DNA提取。一共有三個這樣的木乃伊可供使用。當我把手術刀放到一個曾存活于3000年前的人的皮膚和肌肉上時，我發(fā)現它的組織質地與我烤箱中的小牛肝不一樣。小牛肝質地堅硬，易于切割。但木乃伊很脆，切割的時候其組織易碎成棕色粉末。我用提取肝臟的相同流程來提取木乃伊。木乃伊提取物不同于肝臟提取物，前者與木乃伊一樣是棕色的，后者則清澈如水。我通過外加電場，使木乃伊提取物在凝膠中遷移以獲取DNA，并用染料染色。如果染料與DNA結合了，那么便會在紫外燈下發(fā)出粉紅色熒光。不過結果是除了棕色的東西，我什么也沒看到。事實上，紫外燈光下的確有熒光，但是呈現藍色而非粉紅色，所以不是我們所預期的DNA。我在其他兩個木乃伊樣品上重復這個過程。同樣，沒有DNA。所有我期待含有DNA的提取物，最后都發(fā)現只是不明的棕色物質。我的實驗室同事似乎是對的：即使在細胞內，脆弱的DNA分子也需要被不斷地修復才能保持不被分解。它們怎么可能殘存數千年？

我把秘密的實驗筆記本放在書桌抽屜的底部，重新回去研究通過小蛋白聰明地欺騙免疫系統(tǒng)的病毒，但我無法將木乃伊從腦海中移去。其他人怎么可能在木乃伊中看到殘存的細胞呢？也許那些棕色的東西實際上就是DNA，只是經歷了某種化學修改，以至于它們看起來是棕色，并在紫外燈下發(fā)出著藍色熒光。也許期待每個木乃伊中均殘存DNA過于天真。也許需要分析許多木乃伊才能找到一個足夠好的樣本。找到答案的唯一辦法是說服博物館館長們犧牲許多塊木乃伊，也許會徒勞無功，但還是要懷著渺茫的希望，期待能從其中一塊中找尋到古DNA。我也不知如何才能得到他們的支持。我似乎需要一個快速、低損的方法來分析很多木乃伊。我的醫(yī)學教育背景給了我一條線索。例如，用活檢針從可疑的腫瘤中取出很小的組織塊，將其固定和染色，然后在顯微鏡下觀察。其中可識別的細節(jié)一般很明顯，受過訓練的病理學家既可從中區(qū)分腸道黏膜、前列腺或乳腺中的正常細胞，又可以發(fā)現開始改變的細胞，從而檢測出早期腫瘤。此外，研究人員可以在顯微鏡玻片中使用特定的DNA染料，檢驗是否存在DNA。我需要做的就是從大量木乃伊中收集少量樣本，然后進行DNA染色和顯微鏡觀察。顯然，想要獲得大量木乃伊，必須從最大的博物館著手。但一個來自瑞典的過于亢奮的學生，為了異想天開的項目而想要獲得哪怕一丁點組織，這無疑會引起館長的懷疑。

羅斯季斯拉夫還是很同情我。他告訴我，有一個收藏了大量木乃伊的大博物館，可能愿意合作。那就是柏林國家博物館群（Staatliche Museen zu Berlin）。這個綜合性博物館群位于當時德意志民主共和國的首都柏林（東柏林）。羅斯季斯拉夫曾在那里花了好幾周時間研究古埃及陶器收藏。他作為一名瑞典教授獲得了在博物館工作的許可。不過，他能和該館群的幾個館員成為親密朋友，主要有賴于他深入發(fā)展跨國界友誼的能力。1983年夏天，我坐上去往瑞典南部渡口的火車，第二天早上抵達民主德國。

我在柏林待了兩個星期。每天早上，我都要通過數道檢查關卡才能進入國家博物館群之一的博德博物館（ Bode Museum）的儲存間。博德博物館位于近柏林中心施普雷河中的一個島上。二戰(zhàn)過去已將近40年了，但博物館仍清晰地保留了戰(zhàn)爭的痕跡。我看到窗戶周圍的墻面上有彈孔，那是蘇聯(lián)軍隊攻陷柏林之時用機槍掃射所留下的。第一天，他們帶我去參觀戰(zhàn)前的古埃及文物展，并給了我一頂建筑工人用的安全帽。我很快就明白這是為了什么。展覽館的屋頂有炮擊和炸彈所留下的巨大孔洞。鳥兒飛進飛出，有的甚至在法老的石棺里筑巢。一切脆弱的文物材料，如今已被明智地存儲在別處。

在接下來的幾天里，主管埃及文物的館員帶我參觀了所有木乃伊。午餐前幾小時，我在他那滿是灰塵的破舊辦公室，從已裂開且破損的木乃伊上切下了幾小塊組織。午餐頗費一番工夫，因為需要通過所有安全檢查才能到達河對岸的一家餐館。那里的食物很油膩，需要就著大量啤酒和杜松子酒才能下咽?；氐秸桂^，我們繼續(xù)喝了一下午杜松子酒。雖然我們花了數小時討論關于未來的種種假設，我還是設法采集了30多份木乃伊樣品，并帶回瑞典。

在烏普薩拉，為了制作供顯微鏡觀察的樣本，我把標本浸泡在鹽溶液中補充水分，然后將它們置于載玻片上染色，再觀察組織中細胞保存的狀況。為了避免太多人知道我在做什么，我只在周末和深夜開展這項工作。當我透過顯微鏡觀察時，古老組織的模樣讓我沮喪。我?guī)缀鯚o法從肌肉樣本中看到纖維，更不用說任何可能存有DNA的細胞核痕跡了。我?guī)捉^望，直到有一天晚上，我觀察了一個木乃伊外耳軟骨部分的切片。和骨頭中的細胞一樣，軟骨里的細胞生活在致密硬組織的腔隙之中。觀察軟骨時，我看到腔隙內似乎有細胞殘骸。興奮之余，我將帶有DNA的部分染色。當我把玻片放于顯微鏡下時，雙手一直在顫抖。軟骨細胞內的確殘留有DNA染色的跡象（見圖2.1）。軟骨里面殘存有DNA！

我的精神為之一振，繼續(xù)處理其他所有從柏林帶回的樣品。有幾個樣品看起來頗有希望。特別值得注意的是其中一塊取自一個兒童木乃伊左小腿的皮膚，其上帶有明顯的細胞核。當我給一段帶有DNA的皮膚染色時，細胞核發(fā)光了。由于這種DNA存在于細胞核中，所以它們雖然會隨機出現在生長著細菌或真菌的組織中，卻不可能來自細菌或真菌。這確實證明，該兒童自身的DNA被保存了下來。我拍了很多顯微鏡照片。

經過細胞核染色，我發(fā)現3具木乃伊樣品中殘存有DNA。那個兒童的樣本保存了最多完好的細胞。但現在另一個疑慮開始侵襲我。我怎樣才能確定這真的是一具古老的木乃伊？有時為了從游客和收藏者那里賺到少數的錢，騙子們會把新近的尸體偽造成古埃及的木乃伊。這些木乃伊有的后來會被捐贈到博物館。柏林博物館的工作人員無法給我出具任何關于這個木乃伊的出處記錄，也許是因為相關記載已經慘遭戰(zhàn)火摧毀。只有通過碳測年方法才能確定它的年代。幸運的是，碳測年專家戈蘭·波士蘭德（G?ran Possnert）就在烏普薩拉大學工作。他利用加速器，通過測量碳同位素的比值來測定微量古代殘骸的年份。我問他測年木乃伊需要花多少錢，我擔心自己微薄的學生津貼負擔不起。他對我表示同情并許諾測年是免費的。他體貼地一筆帶過價格。毫無疑問，真實價格大大超出我的承受范圍。我把一小塊木乃伊交給戈蘭并等待結果。對我來說，這是科學研究中最令人沮喪的狀況之一：當你的工作在很大程度上取決于其他人時，除了等待一個可能永遠不會響起的電話，你無能為力。但幾周之后，我終于等到了一直苦苦等待的電話。結果是個好消息！那就是木乃伊有2400年的歷史。2400年前，差不多是亞歷山大大帝征服埃及時期。我長舒一口氣，出門買了一大盒巧克力寄給戈蘭。然后我開始考慮發(fā)表這一發(fā)現。

在民主德國的時候我已經了解到，生活在當時氛圍之下的人很敏感。我還知道，博物館館長和其他接待我的博物館工作人員會對我僅在論文末敷衍地致謝而失望。我想以恰當的方式處理這件事情，所以與羅斯季斯拉夫以及史蒂芬·格魯納特（Stephan Grunert）商量。史蒂芬是我在東柏林結交的年輕但雄心勃勃的民主德國埃及古文物學者。最后，我決定在民主德國的科學期刊上發(fā)表首篇關于木乃伊DNA的文章。我用僅有高中水平的德語，艱難地寫出發(fā)現，并附上木乃伊本身以及DNA染色組織的照片。同時，我還從木乃伊身上提取DNA。這一次，我可以用凝膠證明提取物中含有DNA，并在文中附上該實驗的結果圖。大部分DNA降解，但有些片段依然有幾千個核苷酸長，與從新鮮血液樣本中提取的DNA差不多長。我寫道，這似乎表明，有些遠古組織的DNA分子或許大到足以供我們研究個體基因。我暢想著，如果能系統(tǒng)地研究古埃及木乃伊的DNA，將來還會迎來什么可能。在論文最后，我滿懷希望地寫下：“未來幾年的工作將昭示這些夢想是否會成真?！蔽覍⑽母寮慕o史蒂芬，他修正了我的德語。1984年，這篇論文發(fā)表在由民主德國科學院出版的期刊《古代》（Das Altertum）上。但是接下來什么都沒有發(fā)生。沒有一個人寫信給我，更不用說索要復印本了。縱然我為自己得到的結果興奮，但其他人似乎并非如此。

我意識到，世界上大部分人并沒有閱讀民主德國出版物的習慣。之后，我從一個木乃伊男人的頭骨片段中得到了類似的結果，同年10月，我將以此結果撰寫好的論文提交給看似很合適的西方期刊—《考古學雜志》（Journal of Archaeological Science）。但讓我沮喪的是，整個發(fā)表過程出奇的慢，比我在民主德國發(fā)表論文還要慢。但是在民主德國雜志發(fā)表論文時，需要由史蒂芬斧正語言。我覺得，這反映出考古相關領域的進展如同冰川移動一樣緩慢。最終在1985年年底，《考古學雜志》刊載了我的論文，那時，論文中的結果已被其他實驗蓋過。

既然我手頭已有一些木乃伊DNA，下一步工作就很清楚了：我需要在細菌中克隆它。我用酶處理，使DNA的末端與其他DNA結合，然后與細菌質?；旌?，再加入一種酶，使DNA片段連接在一起。如果實驗順利，就會得到木乃伊DNA片段與質粒DNA結合在一起的混合分子。將這些質粒導入細菌后，混合分子不僅會在細菌細胞中大量復制，還會使細菌對我加進培養(yǎng)基中的抗生素產生抗性，因此只有那些含有混合質粒的細菌才能生存。在含有抗生素的生長板上培養(yǎng)細菌時，如果實驗成功，就會出現細菌菌落。每個菌落都來自單一的細菌，它們各自攜帶一份特殊的木乃伊DNA。為了檢查實驗，我設置了對照組，這在任何實驗中都是必需的。我還同時重復了兩組完全一樣的實驗，只是一組沒有在質粒中添加木乃伊DNA，另一組則添加了現代人類DNA。將相應的DNA添加入細菌后，我把它們涂抹在含有抗生素的瓊脂平板上，然后放入37℃的恒溫箱中過夜。不出所料，隔天早上我一打開恒溫箱，就感受到帶有培養(yǎng)基味道的潮濕空氣撲面而來。加了現代人類DNA的平板上滿滿覆蓋了數千個菌落。這表明我的質粒已經發(fā)揮作用：因為攜帶了質粒，所以細菌能存活下來。而沒有在質粒中加入外來DNA的實驗，幾乎都沒有長成菌落，這表明我的實驗中沒有未知來源的DNA。加了東柏林木乃伊DNA的那組實驗，長出了數百個菌落。我欣喜若狂。很顯然我復制了2400年前的DNA！但是，它是否可能來自寄生在該兒童體內的細菌，而非她自身的DNA呢？我怎樣才能證明我在細菌中克隆的DNA至少有一部分來自人類呢？

我需要確定一些DNA序列，表明它是人類DNA，而非細菌的。但如果我只是隨意對克隆進行測序，其中有些可能來自人類基因組（1984年，人類全基因組還未解碼，科學家當時花了很大力氣才測出了零星序列），有些可能來自某些微生物，而它們的DNA序列幾無人知。因此，我必須挑出一些重要的克隆進行測序，而不是隨意選擇。幫助我解決這個問題的，是一項可以識別哪些克隆中含有與我所想找的序列相似的DNA技術。這項技術包括將數百個菌落中的一些細菌轉印到纖維素濾紙上，細菌在纖維素濾紙上破裂，它們的DNA就附著紙上。接著我用放射性物質標記DNA片段，即制成一個單鏈“探針”，然后與濾紙上的單鏈DNA互補序列雜交。我選用的DNA片段含有重復DNA元件（即Alu元件），長約 300個核苷酸。人類基因組中約有 100萬份Alu元件，而猿、猴等生物中都沒有。事實上，這些Alu元件是如此之多，人類基因組的10%以上都由其組成。如果能在克隆中發(fā)現Alu元件，那就可以表明我從木乃伊中提取的DNA至少有一些來自人類。

我在實驗室研究過的基因中，有一個包含Alu元件。我將其與放射性物質結合，然后與濾紙混合在一起。正如期望的那樣，如果含有人類的DNA，這些克隆里就會含有放射性物質。我挑了放射性最強的雜交克隆，它包含一個大約由3400個核苷酸組成的DNA片段。在我們研究組的DNA測序專家達恩·拉哈瑪（Dan Larhammar）的幫助下，我測序了一部分克隆，發(fā)現其中確實包含有Alu元件。我很高興。我的克隆中有人類DNA，并且它們可以在細菌中復制。

1984年11月，當我還在努力地與測序凝膠打交道時，《自然》上發(fā)表了一篇對我來說意義重大的論文。在加州大學伯克利分校和艾倫·威爾遜（現代人類起源“走出非洲”理論的主要構建者，也是當時最著名的生物演化學家之一）一起工作的羅素·樋口（Russell Higuchi），從一頭100年前的斑驢（一種已經滅絕的斑馬亞種，100多年前仍存在于非洲南部）皮膚上成功提取并克隆了DNA。羅素·樋口獲得了2條線粒體DNA片段。他指出，正如預期的那樣，斑驢與斑馬更為近緣，與馬的關系更遠。這項工作極大地鼓舞了我。如果艾倫·威爾遜也研究古DNA，如果《自然》認為一篇研究120年前的DNA的論文足夠有趣、值得發(fā)表，那么我做的事情既不瘋狂，也不枯燥。

這是我第一次坐下來寫關于這項研究的論文，我相信全世界的很多人都會對此感興趣。受艾倫·威爾遜例子的啟發(fā)，我投給《自然》。我描述了針對東柏林木乃伊開展的實驗，還在參考文獻的開頭列上了自己發(fā)表在民主德國雜志上的那篇論文。不過，在把論文寄到《自然》的倫敦辦公室之前，我需要做一些事情。我需要和我的論文導師彼爾·帕特森談談，并把已寫好并準備投稿的論文給他看。帶著些許惶恐，我走進他的辦公室，告訴他我所做的這些事情。我問他是否愿意以導師身份，和我一起成為論文的共同作者。顯然，我想多了。他不僅沒有責備我濫用科研經費和浪費寶貴的時間，似乎還很高興。他答應看論文，但拒絕掛名共同作者，原因很明顯，他之前完全沒意識到有這項研究。

幾周后，我收到了《自然》的回信，編輯說，如果我能回復審稿人的一些小意見，他們之后就可以發(fā)表我的論文。沒過多久，校樣寄來了。那時，我正想著如何接近艾倫·威爾遜（在我看來，他如同神一般的存在），并詢問他，等我博士答辯之后，我是否可以和他一起在伯克利工作。我不知該如何開口，于是便把校樣稿的復印本寄給了他，沒有附上任何說明。我覺得如果能提前看到未正式發(fā)表的論文，他會很高興。我想以后再寫信給他，詢問是否可以在他的實驗室工作?！蹲匀弧返倪M度很快，甚至設計了一幅DNA序列巧妙環(huán)繞木乃伊的封面插畫。更為迅速的是，我收到了艾倫·威爾遜的回信。他稱呼我為“帕博教授”——那個時候還沒有互聯(lián)網和谷歌，所以他沒法知曉我是誰?；匦诺钠溆嗖糠指钗殷@奇不已。他問我，是否能在即將到來的休假年到“我”的實驗室訪學！這真是個美麗的誤會，全因為我什么介紹都沒附。我跟伙伴們開玩笑說，最有名的分子演化學家艾倫·威爾遜或許會給我洗一年的凝膠板。然后我靜下來給他回信，解釋我不是教授，甚至還不是博士，也沒有可以供他學術休假訪問的實驗室。相反，我倒想知道我是否有機會去他伯克利的實驗室做博士后。

透視2022諾獎：雜種是怎么一步步主宰地球的？

今天，我們就來說說人類“雜種”發(fā)展史。

走出非洲

在大約700萬年前的非洲某處，人類的祖先與猿分道揚鑣，開始了制造工具、直立行走、會說話、講故事的獨特演進之路。

之后，南方古猿、能人和匠人等人類的祖先逐漸擴散到整個非洲；或者由于食物缺乏的原因，或者由于動物好奇心的本能驅使，100多萬年前，真正站起來的直立人開始走出非洲，向歐亞大陸挺進。這些直立人包括在中國廣袤土地上生活過的元謀人、藍田人和北京人，不過這些早期走出非洲的人類相繼滅絕，都不是現代人類的直系祖先。

幾十年以來，大多數研究人類進化史的科學家相信，現代人類起源于留守在非洲南部某處的單一種群，大約在20萬年前，這一人類分支開始快速演化，成為現代人類的直系祖先，即智人。但是，這一理論正受到一些新發(fā)現的強有力挑戰(zhàn)。

2017年6月，德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所的珍-雅克·胡布林（Jean-Jacques Hublin）博士領導的國際研究團隊在《自然》雜志上背靠背發(fā)表兩篇重要論文，他們在非洲北部摩洛哥一處洞穴發(fā)現了一枚31.5萬年前的智人頭骨，不僅將現代人類的歷史往前推進了10萬年，而且推測智人并非從非洲南部單一起源，而是由遍布非洲多個地區(qū)的不同人種混交而成。也就是說，智人在走出非洲之前，就已開始“雜交”，如此產生的“雜種”后代才能走出非洲，走遍地球的每個角落。

在非洲繁衍生息二三十萬年之后，這些現代人類的祖先與更早的人類祖先一樣，也難以掙脫好奇心和食物的誘惑，不斷嘗試走出非洲，最后在5萬年前，一小股的現代人類祖先幸運地取得了前所未有的勝利。

現代人類祖先之所以能取得進化上的成功，除了自己的努力之外，還得益于早期走出非洲的直立人后裔的幫助，包括基因的貢獻。大約5～10萬年前，現代人類祖先走出非洲，首先遇到了一些由直立人演化出的、熟悉和適應歐亞大陸環(huán)境的神秘人種，并與這些神秘人種開啟長達數千年的相愛相殺，才造就了如今人科動物中孤獨的我們。

與大腦袋的尼安德特人相戀

1856年，也就是達爾文發(fā)表《物種起源》的三年前，在德國杜塞爾多夫市以東12公里的尼安德谷一個采石場中，采石工人在作業(yè)時發(fā)現了一具人形頭蓋骨和一些骨頭，經考古學家鑒定，這是一具已滅絕人種的遺骸，科學家將這種人種稱為“尼安德特人”。后來考古學家又從歐洲和中東地區(qū)相繼挖掘出數百個尼安德特人的遺骸。

尼安德特人在解剖上與早期智人有著明顯差異。他們四肢粗短，身體強壯，擁有淺色皮膚，更為特別的是，他們的腦容量竟然比現代人類祖先的還大，會制造石器，會用火，而且可能已演進出一定的文化，如埋葬親人。

科學家一直對尼安德特人在分類學上的地位爭論不休，一些人認為尼安德特人屬于與智人完全不同的人種，另一些人則認為尼安德特人也屬于智人，是其下的一個亞種，而且大多數科學家普遍認為尼安德特人對現代人類沒有基因貢獻，直到2009年第一個尼安德特人的基因組草圖公布。

2009年2月12日，德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所斯萬特·帕博（Svante P??bo）領導的一個國際研究團隊宣布，他們首次破譯了尼安德特人基因組草圖，這些基因組DNA是從屬于不同尼安德特人的三塊小骨頭提取的，而這些骨頭則是出土自克羅地亞北部的溫迪加洞穴。此次公布尼安德特人的基因組信息總共約有20億個堿基對，約占其全基因組的60％。更令世人震驚的是，科學家發(fā)現，在歐洲和亞洲人口中竟然含有1～4%的尼安德特人特有的基因組信息，而非洲原住民則不含，表明現代人走出非洲后與尼安德特人有過混交，而且這些混交的后代成為現代人的祖先?？茖W家選擇2月12日公布他們繪制的尼安德特人基因組草圖，主要為了紀念進化論奠基人達爾文誕辰200周年。2010年5月，尼安德特人基因組草圖的詳細信息正式發(fā)表在《科學》雜志上。

四年后，該研究團隊從俄羅斯南西伯利亞阿爾泰山一個名為丹尼索瓦的洞穴中挖掘出來的一個尼安德特人腳趾骨，并從中提取出基因組DNA，測出了阿爾泰尼安德特人的全基因組，并發(fā)現在現代人類基因組中只含有1.5-2.1%的尼安德特人遺傳信息。2017年，《科學》雜志上一篇論文則認為，尼安德特人遺傳信息在東亞人基因組的占比要略高于西歐人，其中東亞人基因組中有2.3~2.6%來源于尼安德特人，而尼安德特人對西歐人基因組的貢獻則只有1.8~2.4%。

科學家推測，尼安德特人在歐亞大陸生活的年代大約為40萬年~4萬年前，而早期現代人類走出非洲大約是在5萬年前。很多研究都表明，正是在5~6萬年前，早期現代人類剛剛走出非洲踏上中東的土地，就遇到了生活在附近的尼安德特人，雙方可能在歐亞大陸共同生活長達5000年。雙方是否發(fā)生大規(guī)模沖突并沒有直接證據，但是通過比較遠古人類的基因信息，科學家推測，尼安德特人和早期現代人類相互愛慕、發(fā)生混雜的情況時有發(fā)生。

2015年，來自中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的付巧妹博士作為第一作者，在《自然》雜志撰文稱，研究人員對羅馬尼亞出土的、距今約4萬年的男性早期現代人類DNA進行分析，發(fā)現該現代人類的基因組中尼安德特人特有基因組信息占比高達9%。也就是說，該男子的曾曾祖父母可能其中就是一個尼安德特人。這也是目前為止，科學家發(fā)現與尼安德特人親緣關系最近的早期現代人類。

其實，早期現代人類不僅接受了尼安德特人的基因饋贈，在10萬年前也曾經成功將自己的遺傳信息傳遞給了尼安德特人。2016年2月，德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所等國際小組的研究人員在《自然》雜志上宣布，在俄羅斯阿爾泰山脈一個偏遠洞穴中的一個女性尼安德特人的基因組中，他們首次檢測到現代人類祖先特有的基因信息，推測10萬年前已有一小撥現代人類的祖先與東亞尼安德特人發(fā)生過混交，不過后來這些現代人類基因信息又消失得無影無蹤。

勾結神秘的“丹尼索瓦人”

然而，與現代人類的祖先有基因交流的不僅僅只有尼安德特人。讓我們回到之前提過的位于俄羅斯、中國和蒙古交界的阿爾泰山丹尼索瓦洞穴，這里不僅住過尼安德特人，也曾庇護過現代人類的祖先，而且還曾生活過一個神秘的人種。

就在第一張尼安德特人基因組草圖發(fā)表在《科學》雜志的前一個月，馬克斯·普朗克演化人類學研究所的斯萬特·帕博和俄羅斯科學院阿納托利·杰烈維揚科（Anatoli P. Derevianko）領導的團隊在《自然》雜志上撰文稱，他們發(fā)現了另一個已滅絕的新人種。研究人員對一小塊手指骨片進行線粒體DNA遺傳分析，這塊小骨片是杰烈維揚科兩年前從丹尼索瓦洞穴中挖掘出來的。他們從這塊小骨片中提取了線粒體DNA并測序，通過與早期現代人類、尼安德特人、倭黑猩猩和黑猩猩的線粒體DNA進行比對，結果驚奇地發(fā)現，這塊小骨片既不屬于早期現代人類，也不屬于尼安德特人，更不屬于倭黑猩猩和黑猩猩。進一步分析發(fā)現，這塊小骨片的主人與早期現代人類、尼安德特人在100萬年前共享同一祖先，研究人員因此推測這一小骨片屬于一個已滅絕的新人種。

2010年底，該研究團隊進一步對這根指骨的基因組DNA進行了分析，推測出這一新人種與尼安德特人親緣關系較近，可能在64萬年前是一家，而與現代非洲人分歧演化時間可能是84萬年前。

不久，研究人員又在同一洞穴挖掘出其他分屬不同個體的骨片，均具有與這個新人種相近的遺傳背景，因此將其稱為“丹尼索瓦人”。

丹尼索瓦人與尼安德特人是近親，其約17%的遺傳信息來自于后者。2018年8月，據《自然》雜志報道，由德國馬克斯普朗克演化人類學研究所的維維亞娜·斯隆（Viviane Slon）和斯萬特·帕博（Svante P??bo）領導的一個國際研究團隊，對來自俄羅斯阿爾泰山丹尼索瓦洞中的一小段骨頭進行分析發(fā)現，該骨頭屬于9萬年前的一個至少13歲的女孩，更令人驚喜的是，其母親是一個尼安德特人，父親則是一個丹尼索瓦人，這是科學家首次發(fā)現尼安德特人和丹尼索瓦人的直接雜交后代，表明這些不同人種相遇后相互混雜是非常常見的。

丹尼索瓦人與現代人類的混交可能晚于尼安德特人，而且其基因分布也不像后者那么廣。丹尼索瓦人的遺傳信息主要留存在亞洲現代人的基因組中，其中生活著東南亞附近太平洋島嶼的美拉尼西亞人基因組含有4~6%的丹尼索瓦人遺傳信息。2016年一項研究將這一比例降低至1.1%，而且推測可能存在另一種已滅絕的人類貢獻了遺傳信息。其他研究人員則發(fā)現現今一些澳大利亞和分散在東南亞島嶼上的土著人，以及東亞大陸及美洲土著人基因組中都有丹尼索瓦人的貢獻。

2018年3月，美國華盛頓大學西雅圖分校和普林斯頓大學的研究人員在《細胞》雜志上撰文稱，他們利用一種新的無參考基因組的檢測方法，對5639個來自歐亞大陸和大洋洲的人類全基因組序列進行分析，發(fā)現丹尼索瓦人遺留在東亞人群的遺傳信息與在南亞人和大洋洲人群中的存在較大差異，因此推測丹尼索瓦人與現代人類至少發(fā)生過兩次混交，這讓現代人類與其他古人類混雜的情況變得更為復雜。

迄今為止，科學家只在俄羅斯阿爾泰山丹尼索瓦洞穴中發(fā)現過丹尼索瓦人的遺跡，而且都是一些小骨片，從沒有發(fā)現其較為完整的遺骸，這讓科學家很難推測丹尼索瓦人到底長什么樣，更別提生活習性、生活區(qū)域等問題。但是他們和尼安德特人一樣，通過與現代人類祖先混交，將他們的遺傳信息永遠留存在一部分現代人類的基因組，并且為這些現代人類適應環(huán)境，最終成為地球的主宰帶來了意想不到的好處。

去偽存真，變身強者

在與現代人類祖先共同生活的歲月里，由于氣候惡化等原因，尼安德特人和丹尼索瓦人也積累了大量有害的基因突變，這些基因突變不可避免地遺傳給他們與現代人類雜交的后代。雖然從尼安德特人和丹尼索瓦人等人種那里獲得的基因饋贈并非都對現代人類有利，但是現代人類在并不長的進化歷史中，逐漸淘汰不利的基因，將有利的基因保留下來，才得以登上高原，游上海島，走遍全球，甚至探索宇宙。

眾所周知，5萬年前現代人類的祖先剛剛走出非洲時，尼安德特人和丹尼索瓦人已經在歐亞大陸生活了30多萬年，演化出對當地的氣候、食物、病原微生物等環(huán)境較強的適應性，并最終形成了一些與環(huán)境相適應的特有基因型?，F代人類與這些古人類混雜，有利于引入這些古人類相應的有利基因型，顯然可以幫助初來乍到的現代人類快速適應環(huán)境，例如歐洲寒冷的氣候等，進而開枝散葉，遍布全球。

來自深圳華大基因研究院、加利福尼亞大學以及華南理工大學等單位的科研人員研究發(fā)現，中國西藏人之所以能適應西藏4000多米的高海拔低氧環(huán)境，可能因為西藏人從丹尼索瓦人或其近親那里繼承一個與低氧適應相關的EPAS1基因突變型，該研究成果2014年7月發(fā)表在《自然》雜志上。

德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所的研究人員對11.2萬英國人基因組進行分析，發(fā)現一些與膚色、頭發(fā)顏色、高度、睡眠模式甚至吸煙狀況有關的基因都是來自尼安德特人。

2018年10月，來自美國亞利桑那大學的戴維·恩納德（David Enard）和斯坦福大學的德米特里·佩特羅夫（Dmitri A. Petrov）在《細胞》雜志上報告稱，尼安德特人和古代智人在混交過程中，不僅相互傳播病毒，而且還將病毒互作蛋白（VIP）基因遺傳給雙方混交的后代。VIP蛋白具有多種功能，比如參與免疫反應，能抵抗特定病毒、特別是RNA病毒的入侵。由于基因突變，有些尼安德特人的VIP蛋白能對抗某些特定病毒，特別是RNA病毒的入侵。這樣，遺傳有尼安德特人VIP基因的智人后代將獲得應對更多病毒的抵抗力，即遺傳適應性，得以在之后的大規(guī)模瘟疫中幸存，而那些非混交后代則被逐漸被淘汰?！陡２妓埂纷迦苏淠莞ァだ颍↗ennifer Raff）博士將這一現象形象地比喻成尼安德特人和古代智人既互相放毒，又相互提供解藥。

雖然尼安德特人和丹尼索瓦人等作為人種已經完全滅絕，但是他們與現代人類祖先的愛情故事，已深深地鐫刻在我們的基因組里，再也抹不去、擦不掉。

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感謝付巧妹博士對本文的審閱和修改。