透視2022諾獎(jiǎng)：人類如何誕生？

瑞典當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年10月3日11時(shí)30分（北京時(shí)間10月3日17時(shí)30分），諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)宣布將2022年生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給瑞典生物學(xué)家、進(jìn)化遺傳學(xué)家Svante P??bo（斯萬特·帕博），以表彰他發(fā)現(xiàn)了與已滅絕古人類和人類進(jìn)化相關(guān)的基因組。今以2019年發(fā)表在《返樸》的一篇舊文再度透視2022年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

撰文 | 湯波

在國(guó)產(chǎn)科幻電影扛鼎之作《流浪地球》票房突破40億人民幣之際，仍有很多影迷對(duì)兩個(gè)多月前上映的美國(guó)奇幻電影《海王》記憶猶新。目前，該電影全球票房已突破11.3億美元，其中中國(guó)市場(chǎng)貢獻(xiàn)約3億美元，躋身全球歷史上最賣座的電影前20強(qiáng)。

在《海王》講述的故事里，亞特蘭蒂斯女王和美國(guó)一個(gè)燈塔看守人相戀后生下一個(gè)男孩亞瑟，亞瑟在媚拉公主（奧姆的未婚妻）的幫助下，對(duì)抗意欲統(tǒng)領(lǐng)海洋、吞并陸地的弟弟奧姆，最后打敗強(qiáng)大的奧姆，成為統(tǒng)領(lǐng)七海的海王。

海王亞瑟·庫瑞（Arthur Curry）

對(duì)于純海生的弟弟奧姆來說，亞瑟只是一個(gè)半陸生半海生的“雜種”。奧姆起初并沒有把哥哥亞瑟放在眼里，但正是亞瑟這個(gè)雜種，打敗了自己，奪回了王位，還抱得美人歸。這樣的故事在中外神話傳說和文學(xué)作品中屢見不鮮，雖屬虛構(gòu)，但是卻蘊(yùn)含了深刻的科學(xué)道理，那就是雜種的性能有時(shí)要優(yōu)于純種。

自從奧地利神父、現(xiàn)代遺傳學(xué)之父格雷戈?duì)枴っ系聽柾ㄟ^豌豆實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了這一生命遺傳規(guī)律以來，遺傳學(xué)家和育種學(xué)家已培育出一系列雜交作物和動(dòng)物新品種，雜種儼然成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍，正是這些雜種養(yǎng)活了地球上如此龐大的人口和無數(shù)的家養(yǎng)動(dòng)物。植物和動(dòng)物自不消說，就是人類自己，也得益于雜種優(yōu)勢(shì)，才得以繁榮演進(jìn)，成為地球的主宰。

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(yáng)鑣，開始了制造工具、直立行走、會(huì)說話、講故事的獨(dú)特演進(jìn)之路。

之后，南方古猿、能人和匠人等人類的祖先逐漸擴(kuò)散到整個(gè)非洲；或者由于食物缺乏的原因，或者由于動(dòng)物好奇心的本能驅(qū)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(jìn)。這些直立人包括在中國(guó)廣袤土地上生活過的元謀人、藍(lán)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(xiàn)代人類的直系祖先。

幾十年以來，大多數(shù)研究人類進(jìn)化史的科學(xué)家相信，現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的強(qiáng)有力挑戰(zhàn)。

2017年6月，德國(guó)馬克斯·普朗克演化人類學(xué)研究所的珍-雅克·胡布林（Jean-Jacques Hublin）博士領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上背靠背發(fā)表兩篇重要論文，他們?cè)诜侵薇辈磕β甯缫惶幎囱òl(fā)現(xiàn)了一枚31.5萬年前的智人頭骨，不僅將現(xiàn)代人類的歷史往前推進(jìn)了10萬年，而且推測(cè)智人并非從非洲南部單一起源，而是由遍布非洲多個(gè)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(chǎn)生的“雜種”后代才能走出非洲，走遍地球的每個(gè)角落。

在非洲繁衍生息二三十萬年之后，這些現(xiàn)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(xiàn)代人類祖先幸運(yùn)地取得了前所未有的勝利。

現(xiàn)代人類祖先之所以能取得進(jìn)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(xiàn)。大約5～10萬年前，現(xiàn)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(yīng)歐亞大陸環(huán)境的神秘人種，并與這些神秘人種開啟長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的相愛相殺，才造就了如今人科動(dòng)物中孤獨(dú)的我們。

與大腦袋的尼安德特人相戀

1856年，也就是達(dá)爾文發(fā)表《物種起源》的三年前，在德國(guó)杜塞爾多夫市以東12公里的尼安德谷一個(gè)采石場(chǎng)中，采石工人在作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一具人形頭蓋骨和一些骨頭，經(jīng)考古學(xué)家鑒定，這是一具已滅絕人種的遺骸，科學(xué)家將這種人種稱為“尼安德特人”。后來考古學(xué)家又從歐洲和中東地區(qū)相繼挖掘出數(shù)百個(gè)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(qiáng)壯，擁有淺色皮膚，更為特別的是，他們的腦容量竟然比現(xiàn)代人類祖先的還大，會(huì)制造石器，會(huì)用火，而且可能已演進(jìn)出一定的文化，如埋葬親人。

現(xiàn)代人頭骨與尼安德特人頭骨（圖源：theverge.com）

尼人骨骼 圖源：wiki

科學(xué)家一直對(duì)尼安德特人在分類學(xué)上的地位爭(zhēng)論不休，一些人認(rèn)為尼安德特人屬于與智人完全不同的人種，另一些人則認(rèn)為尼安德特人也屬于智人，是其下的一個(gè)亞種，而且大多數(shù)科學(xué)家普遍認(rèn)為尼安德特人對(duì)現(xiàn)代人類沒有基因貢獻(xiàn)，直到2009年第一個(gè)尼安德特人的基因組草圖公布。

2009年2月12日，德國(guó)馬克斯·普朗克演化人類學(xué)研究所斯萬特·帕博（Svante P??bo）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)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(gè)堿基對(duì)，約占其全基因組的60％。更令世人震驚的是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)代人的祖先。科學(xué)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(jì)念進(jìn)化論奠基人達(dá)爾文誕辰200周年。2010年5月，尼安德特人基因組草圖的詳細(xì)信息正式發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

尼安德特人頭骨和斯萬特·帕博教授（圖源：華盛頓郵報(bào)）

四年后，該研究團(tuán)隊(duì)從俄羅斯南西伯利亞阿爾泰山一個(gè)名為丹尼索瓦的洞穴中挖掘出來的一個(gè)尼安德特人腳趾骨，并從中提取出基因組DNA，測(cè)出了阿爾泰尼安德特人的全基因組，并發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)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(xué)》雜志上一篇論文則認(rèn)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(duì)西歐人基因組的貢獻(xiàn)則只有1.8~2.4%。

科學(xué)家推測(cè)，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(xiàn)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(xiàn)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(zhǎng)達(dá)5000年。雙方是否發(fā)生大規(guī)模沖突并沒有直接證據(jù)，但是通過比較遠(yuǎn)古人類的基因信息，科學(xué)家推測(cè)，尼安德特人和早期現(xiàn)代人類相互愛慕、發(fā)生混雜的情況時(shí)有發(fā)生。

2015年，來自中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)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(duì)羅馬尼亞出土的、距今約4萬年的男性早期現(xiàn)代人類DNA進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)代人類的基因組中尼安德特人特有基因組信息占比高達(dá)9%。也就是說，該男子的曾曾祖父母可能其中就是一個(gè)尼安德特人。這也是目前為止，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)與尼安德特人親緣關(guān)系最近的早期現(xiàn)代人類。

其實(shí)，早期現(xiàn)代人類不僅接受了尼安德特人的基因饋贈(zèng)，在10萬年前也曾經(jīng)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(guó)馬克斯·普朗克演化人類學(xué)研究所等國(guó)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(gè)偏遠(yuǎn)洞穴中的一個(gè)女性尼安德特人的基因組中，他們首次檢測(cè)到現(xiàn)代人類祖先特有的基因信息，推測(cè)10萬年前已有一小撥現(xiàn)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(xiàn)代人類基因信息又消失得無影無蹤。

勾結(jié)神秘的“丹尼索瓦人”

然而，與現(xiàn)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(guó)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(hù)過現(xiàn)代人類的祖先，而且還曾生活過一個(gè)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(xué)》雜志的前一個(gè)月，馬克斯·普朗克演化人類學(xué)研究所的斯萬特·帕博和俄羅斯科學(xué)院阿納托利·杰烈維揚(yáng)科（Anatoli P. Derevianko）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上撰文稱，他們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)已滅絕的新人種。研究人員對(duì)一小塊手指骨片進(jìn)行線粒體DNA遺傳分析，這塊小骨片是杰烈維揚(yáng)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(cè)序，通過與早期現(xiàn)代人類、尼安德特人、倭黑猩猩和黑猩猩的線粒體DNA進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果驚奇地發(fā)現(xiàn)，這塊小骨片既不屬于早期現(xiàn)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(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這塊小骨片的主人與早期現(xiàn)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(cè)這一小骨片屬于一個(gè)已滅絕的新人種。

2010年底，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)這根指骨的基因組DNA進(jìn)行了分析，推測(cè)出這一新人種與尼安德特人親緣關(guān)系較近，可能在64萬年前是一家，而與現(xiàn)代非洲人分歧演化時(shí)間可能是84萬年前。

確定“丹尼索瓦人”身份的臼齒（圖源：DavidReich et al., 2010）

不久，研究人員又在同一洞穴挖掘出其他分屬不同個(gè)體的骨片，均具有與這個(gè)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(jù)《自然》雜志報(bào)道，由德國(guó)馬克斯普朗克演化人類學(xué)研究所的維維亞娜·斯?。╒iviane Slon）和斯萬特·帕博（Svante P??bo）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)來自俄羅斯阿爾泰山丹尼索瓦洞中的一小段骨頭進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該骨頭屬于9萬年前的一個(gè)至少13歲的女孩，更令人驚喜的是，其母親是一個(gè)尼安德特人，父親則是一個(gè)丹尼索瓦人，這是科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàng)研究將這一比例降低至1.1%，而且推測(cè)可能存在另一種已滅絕的人類貢獻(xiàn)了遺傳信息。其他研究人員則發(fā)現(xiàn)現(xiàn)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(xiàn)。

2018年3月，美國(guó)華盛頓大學(xué)西雅圖分校和普林斯頓大學(xué)的研究人員在《細(xì)胞》雜志上撰文稱，他們利用一種新的無參考基因組的檢測(cè)方法，對(duì)5639個(gè)來自歐亞大陸和大洋洲的人類全基因組序列進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)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(cè)丹尼索瓦人與現(xiàn)代人類至少發(fā)生過兩次混交，這讓現(xiàn)代人類與其他古人類混雜的情況變得更為復(fù)雜。

迄今為止，科學(xué)家只在俄羅斯阿爾泰山丹尼索瓦洞穴中發(fā)現(xiàn)過丹尼索瓦人的遺跡，而且都是一些小骨片，從沒有發(fā)現(xiàn)其較為完整的遺骸，這讓科學(xué)家很難推測(cè)丹尼索瓦人到底長(zhǎng)什么樣，更別提生活習(xí)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(xiàn)代人類祖先混交，將他們的遺傳信息永遠(yuǎn)留存在一部分現(xiàn)代人類的基因組，并且為這些現(xiàn)代人類適應(yīng)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(qiáng)者

在與現(xiàn)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(xiàn)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(zèng)并非都對(duì)現(xiàn)代人類有利，但是現(xiàn)代人類在并不長(zhǎng)的進(jìn)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(xiàn)代人類的祖先剛剛走出非洲時(shí)，尼安德特人和丹尼索瓦人已經(jīng)在歐亞大陸生活了30多萬年，演化出對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑹澄?、病原微生物等環(huán)境較強(qiáng)的適應(yīng)性，并最終形成了一些與環(huán)境相適應(yīng)的特有基因型。現(xiàn)代人類與這些古人類混雜，有利于引入這些古人類相應(yīng)的有利基因型，顯然可以幫助初來乍到的現(xiàn)代人類快速適應(yīng)環(huán)境，例如歐洲寒冷的氣候等，進(jìn)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(xué)以及華南理工大學(xué)等單位的科研人員研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)西藏人之所以能適應(yīng)西藏4000多米的高海拔低氧環(huán)境，可能因?yàn)槲鞑厝藦牡つ崴魍呷嘶蚱浣H那里繼承一個(gè)與低氧適應(yīng)相關(guān)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(guó)馬克斯·普朗克演化人類學(xué)研究所的研究人員對(duì)11.2萬英國(guó)人基因組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一些與膚色、頭發(fā)顏色、高度、睡眠模式甚至吸煙狀況有關(guān)的基因都是來自尼安德特人。

2018年10月，來自美國(guó)亞利桑那大學(xué)的戴維·恩納德（David Enard）和斯坦福大學(xué)的德米特里·佩特羅夫（Dmitri A. Petrov）在《細(xì)胞》雜志上報(bào)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(yīng)，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(duì)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(yīng)對(duì)更多病毒的抵抗力，即遺傳適應(yīng)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。《福布斯》撰稿人珍妮弗·拉夫（Jennifer Raff）博士將這一現(xiàn)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。

尼安德特人與現(xiàn)代人祖先相互放毒又互相提供“解藥”（圖源：David Enard et al., 2018, Cell）

雖然尼安德特人和丹尼索瓦人等作為人種已經(jīng)完全滅絕，但是他們與現(xiàn)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。

參考文獻(xiàn)

1. 亞歷山大·H·哈考特著，謝庶潔譯，我們?nèi)祟惖倪M(jìn)化-從走出非洲到主宰地球[M]. 北京,中信出版社，2017. ISBN:9787508678962.

2. 斯萬特·帕博（Svante P??bo）著，夏志譯，尼安德特人. 杭州，浙江教育出版社, 2018. ISBN: 9787553678351.

3. Hublin JJ, Ben-Ncer A, Bailey SE, et al., New fossils from Jebel Irhoud, Morocco and the pan-African origin of Homo sapiens. Nature. 2017, 546(7657): 289-292.

4. Richter D, Grün R, Joannes-Boyau R, et al. The age of the hominin fossils from Jebel Irhoud, Morocco, and the origins of the Middle Stone Age. Nature. 2017, 546(7657):293-296.

5. Richard E. Green, Johannes Krause, Adrian W. Briggs et al. A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science. 2010, 328(5979) :710-722.

6. Kay Prufer, Fernando Racimo, Nick Patterson et al. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 2014, 505(7481):43-9.

7. Prüfer K, de Filippo C, Grote S, et al. A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia. Science. 2017, 358 (6363): 655–58.

8. Qiaomei Fu, Mateja Hajdinjak, Oana Teodora Moldovan, et al., An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor. Nature. 2015, 524: 216–219.

9. T. Higham, K. Douka, R. Wood, et al. The timing and spatiotemporal patterning of Neanderthal disappearance. Nature. 2014, 512(7514): 306–09.

10. Johannes Krause, Qiaomei Fu, Jeffrey M. Good, et al. The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature. 2010, 464: 894–897.

11. Reich David, Green Richard Kircher Martin, et al. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 2010, 468 (7327): 1053–60.

12. Browning SR, et al. Analysis of Human Sequence Data Reveals Two Pulses of Archaic Denisovan Admixture. Cell. 2018, 173(1): 53-61.

13. Viviane Slon, Fabrizio Mafessoni, Benjamin Vernot, et al. The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father. Nature. 2018, 561:113–116.

14. Huerta-Sa′ nchez E, Jin X, Asan, Bianba Z, et al. Altitude adaptation in Tibetans caused by introgression of Denisovanlike DNA. Nature. 2014, 512:194-197.

15. Dannemann M, Kelso J. The contribution of Neanderthals to phenotypic variation in modern humans. Am J Hum Genet. 2017, 101:578-589.

16. Enard D. and Petrov D.A. Evidence that RNA Viruses Drove Adaptive Introgression between Neanderthals and Modern Humans. Cell. 2018, 175(2): 360-371.

感謝付巧妹博士對(duì)本文的審閱和修改。

特 別 提 示

1. 進(jìn)入『返樸』微信公眾號(hào)底部菜單“精品專欄“，可查閱不同主題系列科普文章。

2. 『返樸』提供按月檢索文章功能。關(guān)注公眾號(hào)，回復(fù)四位數(shù)組成的年份+月份，如“1903”，可獲取2019年3月的文章索引，以此類推。

版權(quán)說明：歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)，任何形式的媒體或機(jī)構(gòu)未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載和摘編。轉(zhuǎn)載授權(quán)請(qǐng)?jiān)凇阜禈恪刮⑿殴娞?hào)內(nèi)聯(lián)系后臺(tái)。