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《自然》评选出“2014年度十大科学事件”

古DNA技术:解密现代人起源
2015-03-12 09:21:33   来源:中国文化报   点击:

沧海桑田的变迁,将一根4.5万年前的古人类腿骨暴露在西伯利亚额尔齐斯河岸。一位中国女学者以其中的古DNA为语言,讲述了几万年前人类走出非洲的种种情景。

     沧海桑田的变迁,将一根4.5万年前的古人类腿骨暴露在西伯利亚额尔齐斯河岸。一位中国女学者以其中的古DNA为语言,讲述了几万年前人类走出非洲的种种情景。

  近日,著名科学杂志《自然》评选出“2014年度十大科学事件”,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的年轻女博士付巧妹领衔的关于“古DNA解密现代人起源”的研究入选,引起人们的广泛关注。

  人类祖先或来自非洲

  人类从哪里来?从古至今,无数科学家、哲学家、人类学家不懈地探寻着答案。近年来大多数学者认为,尽管许多地区都发现了古人类化石,但真正与我们有“血缘关系”的人类共同的祖先,是一支5万年前来自非洲的现代人(智人)。

  随着研究不断深入,学者们描绘出人类从非洲迁徙的路线:至少发生了两次影响较大的人类从非洲向欧亚大陆的迁徙,第一次大约是在180万年前,第二次是在10万年前至20万年前。路线大概是先到中东、中亚,再扩散到欧洲及亚洲其他地区。

  “目前已发现有两支已经灭绝的古人类与从非洲走出的现代人共存过。一支是主要分布在欧洲的尼安德特人,科学家已发现了他们的化石;还有一支是通过古基因找到的,主要在亚洲的丹尼索沃人。而且DNA证据显示,在现代人向欧亚大陆迁徙的后半段时间内,当地土著人数量发生了剧减,原因至今还不能确定。”付巧妹说。

  解开古代生命奥秘

  在德国马克思·普朗克进化人类研究所获得博士学位后,付巧妹在美国哈佛医学院等机构从事演化遗传及群体遗传方面的研究。2014年,她与德国、美国等学者联合研究了发现于西伯利亚额尔齐斯河岸的、约4.5万年的一块人类股骨化石,通过古DNA技术,实现了对该个体全基因组测序,并且揭示了早期现代人走出非洲的另一条迁徙途径。

  付巧妹告诉记者,她对于古DNA技术揭示史前人类的发展演化非常感兴趣。“在没有文献讲述历史的史前时期,古DNA研究、考古学对于揭示人类的起源与发展起到至关重要的作用。”她说。

  古DNA技术是遗传学、考古学等领域的重要研究手段。通过现代分子生物学的手段,提取和分析保存在古代人类和动植物遗骸中的古DNA分子,用来研究包括古代和现代生物的谱系关系、人类起源与迁徙路线、古代个体间或群体间的亲缘关系、人类遗骸的性别鉴定、古人的病理及饮食、古代农业与养殖的发展等内容,解决了许多传统手段无法解决的科学问题,是打开古代生命奥秘的钥匙。

  付巧妹告诉记者,运用古DNA技术需要非常谨慎地判断和细致地操作,原因在于古DNA极易被污染。“许多微生物都会吞噬并污染古DNA;由于保存环境不同,古DNA自然降解的程度也有所不同;而研究者的操作也容易导致古DNA被污染。因此,如何分辨并尽量避免污染是非常重要的步骤。”她说,在获取古DNA时,往往选择遗骨内部、受环境影响较小的部分提取DNA,实验操作也需要在超净室、超净台,以及其他消除表面污染的手段下进行。另外,由于全部来自母亲遗传的线粒体比来自父母遗传配对的常染色体数量多且容易抓取,因此常用来评估污染情况。

  讲述古人迁徙故事

  付巧妹介绍,他们研究的重点是来自非洲的现代人与当地的古人类是否有基因交流,并以此推断两支人类发生基因交流的时间。“至少在非洲以外的地区的人群中,尼安德特人有1%至4%的基因被发现了。而在新几内亚地区,则有4%至6%的丹尼索沃人的基因被发现。可见这两支当地古人类与现代人共存过,并在现代人迁徙的过程中发生了‘通婚’。”她告诉记者,这根来自西伯利亚的遗骨属于乌斯季伊希姆(Ust'-Ishim)人,通过将其古DNA与非洲现代人、尼安德特人进行对比,可以解释这一相关群体本身的迁徒及其与尼安德特人发生“通婚”的时间。

  付巧妹介绍,通过古DNA技术,得知乌斯季伊希姆(Ust'-Ishim)人含有少量的尼安德特人基因(大约2.3%)。然而该群体没有证据显示其含有丹尼索沃人基因。并且从DNA中看不出与某一具体亚洲或欧洲古群体更接近。

  “这些研究数据说明,乌斯季伊希姆(Ust'-Ishim)人很可能并不像之前认为的,从非洲离开后,先抵达了丹尼索沃人大量聚集的大洋洲南部,然后进入亚洲和欧洲,因为这个路线会使他们与丹尼索沃人发生基因交流。这一结论颠覆了现代遗传研究传统认为的早期现代人走出非洲后仅有一条迁徙路线。有一部分现代人的祖先可能另辟蹊径。”付巧妹解释。

  那么,这支现代人是何时走进尼安德特人的领域,并与其发生基因交流的?据了解,过去认为现代人与尼安德特人的“杂交”发生在3万年前至8万年前。而付巧妹的团队通过对乌斯季伊希姆(Ust'-Ishim)的DNA的测定得到了更小的时间范围。

  “由于该遗骨保存了4.5万年前的人类DNA,与以前用于研究的当代人的基因相比,古DNA片段发生重组次数少、片段长,可以让科学家更清晰、更近距离地观察尼安德特人和早期现代人杂交的过程和发生的年代。”付巧妹说,通过该研究,她的研究团队得出了结论:在距今5万年至6万年之间,一支现代人走进欧亚大陆,现代人与尼安德特人相遇并发生了基因交流。这一结论缩小了之前学界提出的时间范围。
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