2022年諾貝爾生理學或醫學獎：揭示人類如何演化

田地

10月3日，瑞典卡羅林斯卡學院諾貝爾獎委員會決定將2022年諾貝爾生理學或醫學獎授予德國萊比錫馬克斯·普朗克進化人類學研究所的瑞典科學家斯萬特·帕博，以表彰他在已滅絕古人類基因組研究及人類進化領域的開創性貢獻。

盡管今天的人們已經比較清楚，人是從幾十萬年前的非洲南方古猿演化而來，但是，在人類形成的過程中，仍有無數謎團有待解答，更需要化石和基因方面的證據。斯萬特·帕博的貢獻主要在于古基因的發現，他的開創性研究催生了一門全新的學科—古基因組學。通過揭示和比較活著的人類與已滅絕的人類的遺傳基因差異，帕博初步解釋了奠定現代人類獨特性的基礎。

人類學上一個主流的觀點是，現代人的祖先起源于非洲，目前世界各地的人類都是源自非洲的古人類的后代。解剖學上的現代人的祖先—智人，大約在30萬年前首次出現在非洲。同時，人類也有一些很親近的親屬，如尼安德特人（1856年在德國尼安德特河谷發現的一種古人類），大約在40萬年前到3萬年前在非洲以外的地區發展，主要居住在歐洲和西亞，但在3萬年前滅絕。大約7萬年前，一群智人從非洲遷移到中東，后又遷徙到世界其他地方。智人和尼安德特人在歐亞大陸的大部分地區共存了數萬年，他們之間可能有某種關系，只是我們不了解其中的細節。

帕博團隊通過對尼安德特人的基因組進行測序發現，他們是當今人類已滅絕的近親。帕博和同事首先從尼安德特人的遺骸上提取DNA并進行測序，于1997年公布了對尼安德特人線粒體DNA的測序結果。此后，帕博一直持續追蹤和研究尼安德特人與智人的關系。2010年，帕博團隊重構出在克羅地亞一處洞穴發現的尼安德特人化石的基因組草圖，由此發現尼安德特人與分布在歐亞地區的現代人類的祖先曾通婚。

帕博對尼安德特人與世界各地的現代人類之間的關系進行研究。結果發現，尼安德特人的基因序列與來自歐洲或亞洲的現代人類更相似。這意味著尼安德特人和智人在他們數萬年的共存期間有過雜交。在具有歐洲或亞洲血統的現代人身上大約有1%～4% 的基因來自尼安德特人。

帕博團隊首先進行基因測序并發現尼安德特人的基因組，這為后來的研究打下了基礎。

古人類方面的考古發現進一步提供了尼安德特人與智人雜交的證據和更多細節。2008年，由以色列特拉維夫大學的學者組成的國際研究小組，在以色列西加利利地區的馬諾特（Manot）洞穴里發現了一塊5.5萬年前的頭蓋骨，這塊頭蓋骨既有尼安德特人的特征，也有現代人類的特征，是智人與尼安德特人雜交的重要線索，也是非洲現代人遷徙到歐亞大陸的第一項化石證據。

2016年，中國、德國、美國的研究人員利用幾種不同的遺傳分析方法得出結論，在約10萬年前，尼安德特人和智人之間發生了基因交流事件，這一時間遠遠早于此前的各種推測與研究。

德國萊比錫馬普學會進化人類學研究所的一個團隊分析了來自西伯利亞南部阿爾泰地區的一名尼安德特人和一名丹尼索瓦人（已滅絕的人種）的基因組和兩名現代人的基因組，同時還研究了另外兩名尼安德特人（一人來自西班牙，一人來自克羅地亞）的第21號染色體的詳細序列數據。結果發現，一支很早與其他智人分離的族群在10萬年前曾向阿爾泰地區的尼安德特人轉移了基因。

還有一些后續的研究表明，尼安德特人向現代人轉移的基因中，一些可能是有益的，但大部分可能是中性的或對現代人有害的。一方面，尼安德特人的滅絕可能與其基因不適應當時的環境和生活方式有關；另一方面，源自尼安德特人的遺傳變異與12種疾病（如心臟病、動脈壁增厚）患病風險的增加顯著相關。此外，美國范德堡大學的研究人員對2.8萬人的基因的特殊部分進行分析發現，尼安德特人的基因產生抑郁癥、煙癮、日曬導致的皮膚損傷、新陳代謝較慢、血液凝結過多、帕金森病的概率更高。這些疾病也增加了尼安德特人滅絕的風險。不過，尼安德特人是如何滅絕的，還有待進一步研究。

帕博團隊還發現了以前不為人知的古人類丹尼索瓦人在基因上與現代人的關系。

2008年，考古工作者在西伯利亞南部的阿爾泰山的丹尼索瓦洞中發現了一些化石，包括一塊指骨、一顆牙齒及一些飾物，經測定，認為其產生于4萬年前。據推測，該化石來自一名5～7歲的女性，被稱為“X女”（Woman X）。2014年，帕博和同事完成了對丹尼索瓦洞手指骨的基因測序，結果令人驚奇。研究者將“X女”的基因組與尼安德特人及現代人類的所有已知基因組序列進行對比后發現，丹尼索瓦洞手指骨的DNA序列是獨一無二的。由此，帕博團隊發現了一種以前不為人知的人類，并將其命名為丹尼索瓦人。

隨后，帕博團隊對來自世界不同地區的現代人類的基因組序列進行比較研究，發現丹尼索瓦人也和智人發生了基因交流，說明兩類人群之間有過通婚。這種關系首次出現在位于太平洋的美拉尼西亞群島和東南亞地區的人群中，他們攜帶高達6%的丹尼索瓦人的基因。

之后，出現了更多關于丹尼索瓦人的科學發現，研究者認為這是一個已經滅絕的人種，可能在更新世晚期生活于亞洲大陸。丹尼索瓦人也是直立行走，但身體構造與智人和尼安德特人有所不同。研究發現，丹尼索瓦人與尼安德特人是姐妹群關系（由同一祖先衍生的兩個分支）。巴布亞新幾內亞的現代美拉尼西亞人中有約6%的基因與丹尼索瓦人相同，可能是美拉尼西亞人的祖先在亞洲東南部與丹尼索瓦人相遇并通婚，然后美拉尼西亞人的祖先又遷徙到巴布亞新幾內亞。

其他研究發現，非洲族群與丹尼索瓦人毫無接觸；丹尼索瓦人曾長期居住在中亞，與處在東方與南方的東亞、南亞智人族群都有過一些基因交流。從已經分析的基因組比對中發現，部分大洋洲人類族群體內的丹尼索瓦人基因比例最高。

在丹尼索瓦人與智人的基因交流過程中，有一個最出名的“饋贈”，他們將變異的EPAS1基因轉移給了現代人，這在西藏地區的藏族人和夏爾巴人身上較為常見。

2014年，《自然》雜志發表了一個國際團隊的研究結果。該研究在比較了40名藏族人和40名漢族人的EPAS1基因后發現，藏族人有變異的EPAS1基因，這使得藏族人能輕微提高紅細胞和血紅蛋白水平。這一變異既能提高供氧，又不會造成什么副作用。在漢族人和其他沒有長時間高原生活史的人群中，其EPAS1基因沒有變異，若前往高原生活就會出現攝氧不足和其他心血管系統問題。

在比較了尼安德特人和丹尼索瓦人的基因序列后，研究者確認變異的EPAS1基因源自丹尼索瓦人。這種基因在缺氧環境下特別重要，它能增進氧氣運輸的效率，讓人適應低氧環境。在高原上生活的藏族人和夏爾巴人都有變異的EPAS1基因，說明丹尼索瓦人也曾與這兩個族群有過基因交流。

當時，這項研究也引發了爭議，因為此前只在西伯利亞的丹尼索瓦洞穴中發現了丹尼索瓦人，而這個洞穴的海拔高度只有700米。由于其他地方并未發現過丹尼索瓦人的遺骸，說明他們并沒有到過青藏高原，不可能和藏族人及夏爾巴人有基因交流。因此，人們一直不理解丹尼索瓦人為何會攜帶與高海拔環境有關的基因。

不過，后來的研究證明了丹尼索瓦人與藏族人及夏爾巴人的確有過通婚。一些研究進一步指出了丹尼索瓦人、尼安德特人和現代人的關系。丹尼索瓦人可能在20萬—5.5萬年前占據了這個位于西伯利亞的洞穴，而尼安德特人在19.3萬—9.7萬年前也曾出現在這個洞穴中。一些研究還發現，智人可能兩次與丹尼索瓦人發生大規模混血，丹尼索瓦人的基因以不同比例保存在現代大洋洲、東南亞和東亞人群的身體里。

2019年，中國科學家帶領的研究團隊，在位于甘肅省甘南藏族自治州的白石崖溶洞中發現了丹尼索瓦人化石和丹尼索瓦人的基因。在溶洞中發現的化石是一個下頜骨化石，被稱為夏河人。研究人員利用古蛋白分析方法鑒定其為丹尼索瓦人，利用鈾系測年方法將其確定為距今至少16萬年。

夏河人下頜骨化石是在丹尼索瓦洞穴以外發現的第一份丹尼索瓦人化石，也是在東亞發現的首例丹尼索瓦人化石和遺跡。研究團隊獲取了首個丹尼索瓦人線粒體基因序列，最終揭示出丹尼索瓦人在晚更新世就長期生活在青藏高原，且成功適應了高寒缺氧的環境。這是支撐丹尼索瓦人在亞洲地區廣泛分布的有力證據。該研究表明，約16萬年前，丹尼索瓦人曾出現在青藏高原上，當時的古人類已經適應了青藏高原的環境。16萬年前的地球正處于離現在最近的第二次冰期，那時的青藏高原比現在更冷、更干燥。在嚴酷的氣候條件下，丹尼索瓦人出現在青藏高原，說明他們不僅可以適應高海拔環境，而且有能力在寒冷、干燥的冰期生存。這說明，變異的EPAS1基因是丹尼索瓦人與藏族人、夏爾巴人基因交流的結果。

解開人類演化過程中不同人群的種群聯姻的秘密，并揭示人類與其近親之間的關系，或許是今年諾貝爾生理學或醫學獎授予斯萬特·帕博的根本原因。