北京時間2022年10月3日下午17點30分，2022年科學諾貝爾獎頒獎季正式開啟，首先公開的獎項與往年一致，仍然是諾貝爾生理學或醫學獎。
本年度的生理學諾獎再次爆出冷門，古人類進化生物學的集大成者斯萬特·帕博獨享全部獎金，之前呼聲甚高的mRNA疫苗等成果則繼續無緣獲獎。能夠獲得諾貝爾獎委員會青睞的成果，要麼是對於人類社會具有重大的現實意義，要麼是回答了關鍵的科學問題。本年度的生理學獎成果屬於後者，它回答了「人類的基因組與其他已滅絕的古人類到底有何區別及聯繫」這樣一個基本科學問題。
這篇文章將用平實的語言為您講解相關知識點，保證一看就懂。
圖片來源：諾獎官網
01
人類的「表親」曾經活躍在地球上
如今的人類總數擁有七十億之巨，幾乎將自己的足跡留在了這個星球的每一寸土地。但從歷史上來看，在演化過程中，人類最初的群體規模和地域分布只能說是「星星之火」——雖有燎原之勢，但想制霸全球卻仍然時機尚早，隨便一場天災人禍就能熄滅人類演化的火種。實際上，古人類的開疆拓土可不是即時戰略遊戲這般簡單，稍有不慎，整個族群就可能走向滅亡。我們的近親尼安德特人就沒能實現族群的延續，在大約三萬年前消失在了歷史長河中。
一直以來，尼安德特人和現代人類祖先的遺傳學關係都是人們極為感興趣的話題。尼安德特人和人類擁有類似的時空演化軌跡，卻沒能最終開枝散葉，他們到底因何絕滅？而且，科學家和公眾都想知道，這些古人類近親到底是否曾經和現代人類的祖先有過交集？或者更進一步，我們希望能知道，現代人類在這場進化比賽中脫穎而出的理由到底是什麼？
尼安德特人的分布範圍，來源：維基百科
02
歲月——帕博面臨的挑戰
在DNA結構和序列得到有效解析之前，以上問題只能通過考古學的遺蹟發掘進行推演，缺乏關鍵性的科學證據。
DNA測序技術逐步走向成熟後，看似條件具備，但可惜的是DNA屬於大分子有機物，其在環境中的保存時間十分有限，數萬年的時光足夠將完好的DNA降解為無意義的碎片。從上世紀90年代初開始，帕博將精力集中於古人類DNA的解析，他採取了從線粒體DNA開始進行測序的策略。
線粒體DNA是細胞中的一類特殊DNA，它們的序列長度比細胞核中的DNA要短很多，遺傳信息含量也少的多，但這也意味著序列解析的難度更低。此外，細胞中含有大量的線粒體DNA拷貝，這又極大增加了解析成功的概率。
終於，帕博從一塊4萬年前的尼安德特人遺骨中，解析出了一小段線粒體DNA序列。經過與現代人類和黑猩猩的對比，帕博從遺傳學角度證實了尼安德特人的遺傳學獨特性，並且還將古人類祖先與黑猩猩在進化上的分化年代確定為700萬年前。
古人類DNA極易降解或遭受污染，來源：諾獎官網
03
尼安德特人與丹尼索瓦人
之後的歲月里，帕博不斷改良古人類DNA的測序方法，從各種渠道降低測序過程中來自其它生物和人類DNA的潛在污染。終於，在2010年，歷經20年的不懈努力，帕博成功完成了一項此前被大家認為不可能完成的任務——實現了尼安德特人的全基因組測序。成功測序極大促進了相關研究的進展，在那之後，基因組比對技術揭示了現代人類祖先和尼安德特人大約在80萬年前開始分化。
帕博的工作仍在繼續。2008年，一枚4萬年前的原始人類指骨出土於南西伯利亞的丹尼索瓦洞穴，它的DNA保存情況極為完好。帕博團隊隨即對其進行測序，並且從2010年開始發表相關的基因組測序成果。令人欣喜的結果出現了，人們發現，它的遺傳學特徵與現代人類和尼安德特人均有顯著差異，一個新的古人類種，丹尼索瓦人就此誕生。
人類、尼安德特人、丹尼索瓦人以及黑猩猩的演化圖譜，來源：諾獎官網
丹尼索瓦人和尼安德特人一樣，都是人類已經滅絕的近親。通過DNA測序，帕博的成果進一步揭示了現代人體內含有約1%到6%的二者基因，且這種基因交換發生在約7萬年前。這證明，在過去的數十萬年間，現代人類祖先與以上二者存在通婚行為，二者同為現代人類的祖先之一。
04
我們的身體流淌著他們的血液
帕博的研究成果開創了古基因組學這一全新的研究領域，它為我們勾勒出了現代人類的進化圖譜。
當現代人類祖先走出非洲，開始向歐亞大陸擴展足跡之時，尼安德特人和丹尼索瓦人已經分別在亞歐大陸西部和東部繁衍生息了。現代人類的祖先在從亞歐大陸東端向西挺進的過程中，與以上二者發生過基因組的交流與融合，且尼安德特人和丹尼索瓦人之間也有過類似的婚配行為。
除了宏觀的進化路徑描繪，帕博開創的研究領域也讓研究獨立基因的進化成為可能，例如，2014年發表在《自然》期刊上的一項研究發現，西藏人群和夏爾巴人群中，對高海拔表現出更強耐性的基因就源自丹尼索瓦人。
人類祖先與尼安德特人和丹尼索瓦人間的基因交流，來源：諾獎官網
05
對人類自身的追問仍在路上
但不妨偶爾「自我感動」
帕博跨越30年的研究令上述成果的實現成為可能，如今我們已經可以初步回答文章開篇的疑問，但智人為何在與其它古人類的競爭中脫穎而出仍然沒有確切結論。
有研究認為，尼安德特人雖然有使用工具的技能，但與同樣時間跨度的智人相比，它們工具本身的進化似乎要慢得多，這也許從側面佐證了智人具有更高級的智慧。無論如何，智人在演化上取得的成功有目共睹，實力也好，運氣也罷，事實如此。
在結果公布後，有記者向評委會成員提問稱：「您是否認為本年度的獲獎結果是一個冷門？」她得到的回答是，「很高興這項成果能成為屬於帕博的驚喜，這對於人類而言是一個非常重要的課題。」
帕博的研究成果讓人們得以穿越數十萬年的歲月洪荒，看到那些在演化長河中發生過並影響至今的事情，這一點本身就值得全體人類驕傲和自豪。
出品：科普中國
作者：陸修遠（生物醫學博士）
監製：中國科普博覽
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