她為中國人“尋找祖先”

● 尹潔

如果將地球歷史壓縮成24小時(shí)，人類直到倒數(shù)38秒才會出現(xiàn)，人類文明則是在最后0.1秒建立的。

從誕生到有文明，人類經(jīng)歷了怎樣的演化過程？遠(yuǎn)古人類又是如何演變?yōu)榻裉旆植加诟鞔笾蕖⒏鞯貐^(qū)的不同群體的？

十多年前，中國在古遺傳學(xué)研究領(lǐng)域與西方發(fā)達(dá)國家還有很大的差距，尤其是在古DNA研究方面，幾乎是空白的。

但現(xiàn)在，中國的科學(xué)家們已經(jīng)取得了許多突破性成果。付巧妹就是其中的代表之一。

2024年3月8日，全國三八紅旗手標(biāo)兵付巧妹光榮入選2024年“最美巾幗奮斗者”。

“考不上就找工作”

作為中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所（簡稱中科院古脊椎所）研究員、脊椎動物演化與人類起源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、分子古生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任，付巧妹的學(xué)術(shù)道路頗有些戲劇性。

她從小就對生物感興趣，但在西北大學(xué)讀本科時(shí)，機(jī)緣巧合之下學(xué)的是文物保護(hù)技術(shù)專業(yè)。這是一個(gè)文理交叉的學(xué)科，以化學(xué)為主，同時(shí)也學(xué)考古、文物鑒定等方面的知識。本科畢業(yè)時(shí)，付巧妹的成績原本可以保研本校，但她放棄了，堅(jiān)定地報(bào)考了中科院，希望讀自己喜歡的生物相關(guān)專業(yè)。“當(dāng)時(shí)，我是抱著考不上就去找工作的想法。”付巧妹回憶。抱著背水一戰(zhàn)的決心，她考了專業(yè)成績第一。

兩年后，碩士生導(dǎo)師推薦她去德國進(jìn)修，起初并不是讀博士，而是一次為期半年的學(xué)術(shù)交流，也相當(dāng)于一次考核，讓德國專家衡量一下，這名中國學(xué)生是否適合從事古DNA領(lǐng)域的研究。

德國導(dǎo)師是古DNA研究的開創(chuàng)者之一，整個(gè)課題組都是世界頂級的。付巧妹一邊上課，一邊參加組內(nèi)討論和實(shí)驗(yàn)。

剛開始，她對同事們展示和討論的內(nèi)容感覺很吃力。

“比如尼安德特人（已經(jīng)滅絕的古人類）基因組序列草圖，基本上是遺傳學(xué)的內(nèi)容，而我僅有文物保護(hù)技術(shù)和體質(zhì)人類學(xué)背景，完全理解不了。”付巧妹回憶說：“當(dāng)時(shí)國內(nèi)的碩士生課程還沒讀完，在那半年里，我既要完成碩士畢業(yè)論文，又要接受德國導(dǎo)師的考核，壓力非常大。我就給自己打氣：把壓力轉(zhuǎn)化為動力，只要盡力就好！”

她成摞成摞地讀文獻(xiàn)，做實(shí)驗(yàn)，每天腦子里像過電影一樣回溯組會討論的內(nèi)容，自學(xué)編程，做生物信息分析，尋找一些問題的解決辦法……

負(fù)責(zé)指導(dǎo)付巧妹的助理導(dǎo)師很認(rèn)可她的能力。慢慢地，付巧妹建立了信心，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)過的數(shù)理化和計(jì)算機(jī)知識都能派上用場，很快捅破了心理上的窗戶紙。

幾個(gè)月后，付巧妹通過了德國導(dǎo)師的考核，也拿到了國內(nèi)的碩士學(xué)位。于是她又留在德國讀博士、做博士后。之后，付巧妹去了美國，在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳系繼續(xù)做博士后工作，工作一結(jié)束就回國了。“去德國之前，我就沒想過定居國外，也說不清為什么，反正就是想回來。”付巧妹說。

剛回國的時(shí)候，她的收入與國外有很大的落差，也面對著很多外界誘惑。

“有一些機(jī)構(gòu)找過我，開出很高的工資。但我覺得人這一輩子，如果只是為了錢，沒什么意思。一輩子的時(shí)間很長，不能只看眼前的得失，最重要的還是做一些自己想做的事。我也很幸運(yùn)，工作是自己感興趣的，只要堅(jiān)持做下去，慢慢都會好的。”付巧妹說。

在付巧妹看來，不太計(jì)較一些事，反而能專注在更有價(jià)值的事上，最后有所收獲：“我是跟著自己的研究領(lǐng)域一起成長的，也遇到過很多次失敗。但科研就像人生一樣，是有不確定性的，本身就是一個(gè)螺旋式上升的過程。”

從4萬年前的骨骼里找答案

古DNA研究出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，但早期技術(shù)存在一些局限性。

生物骨骸樣本長期在地下埋藏，因?yàn)樽匀唤到狻h(huán)境微生物侵入、出土后外界皮屑污染等原因，當(dāng)時(shí)的技術(shù)很難從相關(guān)樣本中獲得古代人類有效的遺傳信息。

“受技術(shù)條件的限制，早年科學(xué)家們主要是做古代動物的基因組研究，對于人類古基因組，尤其是核基因組的研究特別少。”付巧妹說。

21世紀(jì)初，二代測序技術(shù)問世，不僅降低了測序成本，還可以獲得大量數(shù)據(jù)，為古DNA研究提供了重要支持。這段時(shí)間，付巧妹正在德國攻讀演化遺傳學(xué)博士，獲得了一個(gè)極為珍貴的研究樣本——在羅馬尼亞，人們發(fā)現(xiàn)了一塊距今4萬多年的現(xiàn)代人下顎骨，但由于年代久遠(yuǎn)，這塊骨骼里的人類基因含量極低。

“在一些樣本中，微生物DNA比例能達(dá)到99.98%，人類基因只有0.02%，提取難度很大。”付巧妹說。為了解決這個(gè)問題，她主導(dǎo)開發(fā)了一種新技術(shù)：用現(xiàn)代人的DNA作為“誘餌”，像釣魚一樣，將具有相似性的古代人類DNA“釣”取出來。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，這項(xiàng)技術(shù)獲得了成功，付巧妹不僅提取出那塊骨骼里的古代人類DNA，還發(fā)現(xiàn)該個(gè)體含有6%—9%的尼安德特人基因，證明現(xiàn)代人和尼安德特人發(fā)生過不止一次基因交流。

“從遺傳學(xué)上講，尼安德特人相當(dāng)于現(xiàn)代人的堂兄弟，在幾萬年前與現(xiàn)代人的祖先通過婚。今天的人類，除了非洲人外，體內(nèi)都含有尼安德特人的基因成分，我們所做的就是通過分析樣本，確定了更多、更精確的細(xì)節(jié)。”付巧妹介紹。

這些成果引發(fā)了廣泛的國際關(guān)注。尤其是由付巧妹主導(dǎo)開發(fā)的“古核基因組捕獲技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)了把極其微量的人類DNA從大量環(huán)境微生物DNA中吸附、分離、富集、捕獲出來，這讓很多之前無法提取古DNA的樣本重回研究視野，有了新的科研價(jià)值。

付巧妹是2015年底回國的，從2016年1月起便擔(dān)任中科院古脊椎所古DNA實(shí)驗(yàn)室（現(xiàn)為分子古生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室）主任。

她將研究重心放在了東亞人群多樣性及演化歷程方面，用她自己的話說，“中國人有責(zé)任弄清楚生活在這片大陸上的人是怎么演變的”。

2017年以前，人類古基因組數(shù)據(jù)及相關(guān)研究主要集中在歐洲和北亞，而東亞地區(qū)，尤其是中國的人類古基因組數(shù)據(jù)相對空白，相關(guān)研究極度匱乏，東亞人群遺傳演化和遷徙融合的歷史，成為整個(gè)人類演化進(jìn)程里的“缺口”。

付巧妹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)填補(bǔ)了這個(gè)空白。2017年，她和團(tuán)隊(duì)將中國第一例人類古基因組，也是東亞迄今最早的現(xiàn)代人基因組的研究成果，在國際核心期刊上發(fā)表，被《科學(xué)》雜志評價(jià)為“填補(bǔ)了東亞在地理和時(shí)間尺度上的巨大空白”。

付巧妹表示，這例人類古基因組來自“田園洞人”，其骨骸化石是在北京周口店地區(qū)發(fā)現(xiàn)的，距今約4萬年，比山頂洞人還早。

“從田園洞人的樣本上，我們明確看到了東亞人特有的遺傳信息，因此可以確定，東亞人至少在4萬年前就已經(jīng)存在了。這是非常重要的。因?yàn)樵谕粫r(shí)期，歐洲也存在過一些早期人類群體，但不具備現(xiàn)代歐洲人的遺傳信息。”

換句話說，在遠(yuǎn)古時(shí)期，某個(gè)地區(qū)可能生活著一些古代人類群體，但他們不一定有直接后代延續(xù)下來、形成如今的現(xiàn)代人。通過研究古DNA，科學(xué)家可以判斷他們與今天在這片土地上生活的人類之間的遺傳關(guān)系，以證明今天生活在這個(gè)地區(qū)的人群是否是他們所繁衍的后代。

“希望為中國贏得話語權(quán)”

在人類演化研究領(lǐng)域，付巧妹是無數(shù)中國科學(xué)家的一個(gè)縮影。

十多年來，他們在相對落后的情況下奮起直追，不僅填補(bǔ)了中國在相關(guān)研究領(lǐng)域的空白，也為國家贏得了國際同行的尊重。

在付巧妹看來，德國、美國、丹麥的研究團(tuán)隊(duì)都是頂尖級別，她和國內(nèi)同事努力在古DNA技術(shù)創(chuàng)新和自主研究方面取得突破，除了科研本身帶來的成就感外，還有一種“為國家贏得話語權(quán)”的使命感。

“目前，我們團(tuán)隊(duì)的技術(shù)水平在國際上躋身第一梯隊(duì)是沒有問題的，但還有很多工作要繼續(xù)推進(jìn)，希望把各個(gè)突破點(diǎn)連接起來，變成一張網(wǎng)。”付巧妹說。

每當(dāng)實(shí)驗(yàn)到了關(guān)鍵階段，她一般要連續(xù)工作10小時(shí)甚至12小時(shí)，深夜一兩點(diǎn)下班是常事，但所獲得的科研回報(bào)也是豐厚的。

2020年，付巧妹團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志發(fā)表了關(guān)于中國南北方人群古基因組的研究成果，發(fā)現(xiàn)我國近萬年來主體人群的遺傳連續(xù)性，且首次從遺傳學(xué)角度證實(shí)以臺灣島阿美族和泰雅族、太平洋西南部島民為代表的南島語族，與萬年前福建等南方沿海大陸人群直接相關(guān)。同年，付巧妹團(tuán)隊(duì)又從青藏高原10萬年前的“土”里，獲得了東亞首例丹尼索瓦古人類DNA，在東亞已滅絕古人類研究上取得新突破。

2021年，付巧妹團(tuán)隊(duì)通過解析黑龍江、廣西和福建等地區(qū)4萬年來的人類古基因組，揭示了東亞長時(shí)間尺度下人群的動態(tài)遺傳圖譜，發(fā)現(xiàn)了新的早期現(xiàn)代人支系。

2022年4月，《科學(xué)》雜志發(fā)表了付巧妹團(tuán)隊(duì)的又一項(xiàng)重要研究成果——團(tuán)隊(duì)成功獲得了201例新疆古代人類的基因組，系統(tǒng)還原了新疆五千年以來古人群的遺傳演化與交流互動歷史。

這些突破性進(jìn)展，顯示出中國在古基因組學(xué)領(lǐng)域，尤其是在東亞人類演化研究領(lǐng)域的快速發(fā)展。

2021年和2022年，付巧妹相繼收到《自然》和《細(xì)胞》雜志邀請，就人類演化領(lǐng)域的研究發(fā)表綜述和評述，系統(tǒng)梳理了十余年來人類古基因組學(xué)研究的發(fā)展，并指出古DNA技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

如今，中國已在古基因組學(xué)領(lǐng)域凸顯出重要的國際影響力和話語權(quán)，曾經(jīng)的學(xué)術(shù)滯后局面已經(jīng)扭轉(zhuǎn)，國際地位日益提高。

為了解答中國人關(guān)于“我是誰”“我從哪里來”“我們的祖先怎樣生活”等問題，付巧妹和她的同事們，正推動著中國向世界最高峰攀登。