2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

DNA定位于细胞中两个不同的区域。核DNA保存了大部分遗传信息,而更小的线粒体基因组存在数千个副本。人死后,DNA会随着时间退化,最终只剩下极少量。它也会被细菌和现代人的DNA污染。

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

A. Pääbo从灭绝的古人类骨骼标本中提取DNA。他首先从德国的尼安德特人那里获得了一块骨头碎片,尼安德特人就是在这个地方命名的。后来,他使用了西伯利亚南部丹尼索瓦洞穴的一根指骨,丹尼索瓦人就是在这里命名的。B.显示智人和已灭绝的古人类之间的进化和关系的系统发育树。系统发育树还说明了Pääbo发现的基因流。

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

Pääbo的发现提供了智人从非洲迁移到世界其他地区时,世界人口是如何分布的重要信息。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部,丹尼索瓦人生活在东部。当智人遍布非洲大陆时,混血就出现了,从而在我们的DNA中留下了痕迹。

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

Pääbo的开创性工作解释了什么使我们人类独一无二

2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓:瑞典科学家Svante Pääbo获奖

Pääbo在喝咖啡的时候收到了这个消息。震惊消退后,他想到的第一件事就是要不要把这个消息告诉妻子琳达。Linda Vigilant摄

(神秘的地球uux.cn)据科学网(梅进 冯丽妃):北京时间10月3日下午5点31分,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家Svante Pääbo获奖,以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。2022年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗(约合人民币642.8万元)。

人类总是对自己的起源感兴趣。我们从哪里来?我们和我们的前辈有什么关系?是什么让我们智人与其他古人类不同?

通过他的开创性研究,Svante Pääbo完成了一件看似不可能的事情:对当今人类已经灭绝的亲戚——尼安德特人的基因组进行测序。他还发现了一种以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。重要的是,Pääbo还发现,在大约7万年前人类离开非洲后,基因从这些现已灭绝的古人类转移到了智人身上。这种古老的基因流向今天的人类在生理上有关联,例如影响我们的免疫系统对感染的反应。

Pääbo的开创性研究产生了一门全新的科学学科:古基因组学。通过揭示所有现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。

我们从哪里来?

人类的起源以及是什么使人类独一无二的问题,自古以来就困扰着我们。古生物学和考古学对人类进化的研究很重要。研究提供的证据表明,解剖学上的现代人智人(Homo sapiens)大约在30万年前首次出现在非洲,而我们已知的近亲尼安德特人则在非洲以外发展,在大约40万年前到3万年前居住在欧洲和西亚,之后他们灭绝了。大约7万年前,智人群体从非洲迁移到中东,并从那里传播到世界其他地方。因此,智人和尼安德特人在欧亚大陆的大部分地区共存了数万年。

但是我们对自己和已经灭绝的尼安德特人的关系了解多少呢?基因组信息能够提供相关的线索。到20世纪90年代末,几乎整个人类基因组都被测序了。这是一个相当大的成就,为后续研究不同人类群体之间的遗传关系提供了条件。然而,研究现代人和已灭绝的尼安德特人之间的关系需要对从古代标本中恢复的基因组DNA进行测序。

看似不可能完成的任务

在职业生涯早期, Svante Pääbo对利用现代基因方法研究尼安德特人DNA的可能性非常着迷。然而,他很快意识到技术上的极端挑战。因为随着时间的推移,DNA会发生化学修饰并降解为短片段。数千年后,只留下了微量的DNA,剩下的部分被细菌和当代人类的DNA大量污染(图1)。作为进化生物学领域先驱艾伦·威尔逊(Allan Wilson)的博士后,Pääbo开始研究了解尼安德特人DNA的方法,并持续了几十年。

1990年,Pääbo被德国慕尼黑大学录取,作为一名新教授,他继续从事古DNA的研究工作。他决定分析尼安德特人线粒体的DNA,线粒体是细胞中含有自身DNA的细胞器。线粒体基因组很小,只包含细胞中遗传信息的一小部分,但它存在于数千个副本中,增加了成功的机会。通过这一方法,Pääbo成功地对一块4万年前的骨头中的一个线粒体DNA区域进行了测序。因此,我们第一次获得了这个已经灭绝的亲戚的序列。与当代人类和黑猩猩的比较表明,尼安德特人在基因上是不同的。

对尼安德特人的基因组进行测序

由于对小线粒体基因组的分析只能提供有限的信息,Pääbo面临着对尼安德特人核基因组测序的巨大挑战。这时,他得到了在德国莱比锡建立马克斯·普朗克研究所的工作机会。在新的研究所,Pääbo和团队稳步改进了从古骨遗骸中分离和分析DNA的方法。研究团队利用新的技术发展,使DNA测序非常高效。Pääbo还聘请了几位在种群遗传学和高级序列分析方面具有专业知识的关键合作者。他的努力是成功的。Pääbo完成了看似不可能的任务,并在2010年发表了首个尼安德特人基因组序列。对比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。

Pääbo和同事现在可以调查尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系。对比分析表明,尼安德特人的DNA序列与来自欧洲或亚洲的同时代人类的DNA序列更相似,而不是来自非洲的同时代人类。这意味着尼安德特人和智人在几千年的共存中进行了杂交。在现代具有欧洲或亚洲血统的人类中,大约1-4%的基因组来自尼安德特人(图2)。

一个轰动的发现:丹尼索瓦人

2008年,在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现了一块4万年前的指骨碎片。这块骨头含有保存非常完好的DNA,,Pääbo的团队对其进行了测序。结果引起了轰动:与所有已知的尼安德特人和现代人的DNA序列相比,这个DNA序列是独一无二的。Pääbo发现了一种以前不为人知的古人类,被命名为丹尼索娃。与来自世界不同地区的同时代人类的序列比较表明,丹尼索瓦人和智人之间也发生过基因流动。这种关系首先在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中被发现,那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人DNA。

Pääbo的发现使人们对人类进化史有了新的认识。当智人离开非洲时,至少有两个灭绝的古人类种群居住在欧亚大陆。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部,而丹尼索瓦人居住在大陆的东部。在智人在非洲以外的扩张和向东迁移过程中,他们不仅与尼安德特人相遇并杂交,还与丹尼索瓦人相遇并杂交(图3)。

古基因组学及其相关性

通过开创性的研究,Pääbo建立了一门全新的学科——古基因组学。在最初的发现之后,他的团队已经完成了对灭绝古人类几个额外基因组序列的分析。Pääbo的发现建立了一个独特的资源,被科学界广泛利用,以更好地理解人类的进化和迁移。新的有力的序列分析方法表明,古代古人类可能也与非洲的智人混合。然而,由于古老的DNA在热带气候下加速降解,非洲已经灭绝的古人类的基因组还没有被测序。

归功于Svante Pääbo的发现,现在,我们已经了解到,来自人类已灭绝的亲戚的古老基因序列影响着当今人类的生理机能。其中一个例子就是丹尼索瓦人的EPAS1基因,它赋予了在高海拔地区生存的优势,在现在的藏族人中很常见。另一个例子是尼安德特人的基因影响我们对不同类型感染的免疫反应。

什么使人类独一无二?

智人的特点是拥有创造复杂文化、先进创新和具象艺术的独特能力,以及穿越开阔水域并迁徙到地球各地的能力(图4)。尼安德特人也群居生活,拥有巨大的大脑(图4)。他们也利用工具,但在数十万年的时间里,进步很少。智人和我们已经灭绝的近亲之间的基因差异一直是未知的,通过Pääbo的开创性工作才将其识别出来。正在进行的大量研究集中在分析这些差异的功能含义,最终目标是解释是什么使我们人类独一无二。

过去7年诺贝尔生理学或医学奖得主名单

2021年——美国科学家David Julius、Ardem Patapoutian获奖,获奖理由是“发现温度和触觉的受体”。

2020年——美英三位科学家Harvey J. Alter、Michael Houghton、Charles M. Rice获奖,获奖理由是“发现丙型肝炎病毒”。

2019年——美英三位科学家William G. Kaelin Jr、Sir Peter J. Ratcliffe和Gregg L. Semenza获奖,获奖理由是“发现了细胞如何感知和适应氧气的可用性”。

2018年——美国科学家James P. Allision和日本科学家Tasuku Honjo获奖,获奖理由是“发现了抑制负面免疫调节的癌症疗法”。

2017年——三位美国科学家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash和Michael W. Young获奖,获奖理由是“发现了调控昼夜节律的分子机制”。

2016年——日本科学家Yoshinori Ohsumi获奖,获奖理由是“发现了细胞自噬机制。”

2015年——中国科学家屠呦呦获奖,获奖理由是“有关疟疾新疗法的发现”;另外两位获奖科学家为爱尔兰的William C. Campbell和日本的Satoshi ōmura,获奖理由是“有关蛔虫寄生虫感染新疗法的发现”。

诺贝尔生理学或医学奖小知识

——从1901年到2021年,诺贝尔生理学或医学奖共颁发了112次。未颁发的9年分别是1915、1916、1917、1918、1921、1925、1940、1941、1942年。

——112次颁奖中,39次为单独获奖者,34次为2人共享,39次为3人共享。

——从1901年至2021年,共224人获奖。

——最年轻的获奖者是加拿大科学家Frederick G. Banting,1923年因“发现胰岛素”获奖,时年32岁。

——最年长的获奖者是美国科学家Peyton Rous,1966年因“发现肿瘤诱导病毒”获奖,时年87岁。

——224位诺贝尔生理学或医学奖得主中,有12位女性。分别是1947年的Gerty Cori,1977年的Rosalyn Yalow,1983年的Barbara McClintock,1986年的Rita Levi-Montalcini,1988年的Gertrude B. Elion,1995年的Christiane Nüsslein-Volhard,2004年的Linda B. Buck,2008年的Françoise Barré-Sinoussi,2009年的Elizabeth H. Blackburn和Carol W. Greider,2014年的May-Britt Moser,以及2015年的屠呦呦。

——截至2021年,无人获得过诺贝尔生理学或医学奖2次及以上。

——自1974年始,诺贝尔委员章程明确规定,诺贝尔奖不颁发给去世科学家,除非去世发生在诺奖委员会发布获奖公告之后。2011年诺贝尔生理学或医学奖是迄今为止唯一的例外。当时诺奖委员会发现,当年获奖者之一Ralph Steinman,在获奖消息公布三天前已经去世。诺奖委员会研究章程后宣布,诺贝尔奖仍然颁发给Ralph Steinman,因为组委会发布获奖公告时并不知晓他的去世消息。

——诺奖史上的“家庭”诺奖。

夫妇:Gerty Cori和Carl Cori夫妇获得1947年的诺贝尔生理学或医学奖;May-Britt Moser和Edvard I. Moser夫妇获得2014年的诺贝尔生理学或医学奖;

父子:Arthur Kornberg获得1959年的诺贝尔生理学或医学奖,其子Roger D. Kornberg获得2006年的诺贝尔化学奖;

兄弟:Jan Tinbergen获得1969年的诺贝尔经济学奖,其弟Nikolaas Tinbergen获得1973年的诺贝尔生理学或医学奖。

相关:首个诺奖就爆冷!新科得主帕博:可爱到犯规,偏执到疯狂

(神秘的地球uux.cn)据 《中国科学报》(见习记者 田瑞颖 孟凌霄  记者 胡珉琦):“今年第一个诺奖,就爆了大冷门!”

10月3日,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)获奖,以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。不少关注者直呼“冷门”。

执着,是付巧妹对他最大的评价。付巧妹是他曾经的博士生,如今已是中科院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任,当《中国科学报》联系上她时,她给导师写的祝贺邮件还没来得及发送。

《中国科学报》:你认识的诺奖得主是怎样的人?

付巧妹:他非常执着,兴趣导向非常明确。1997年起,他就一直担任马普进化人类学研究所所长,古基因学可以说是他从无到有开创的,他一直坚定进行着这项研究。

《中国科学报》:该研究为何能获诺奖?

付巧妹:经过近十几年的发展,古基因学领域的研究产生了很大的辐射影响,除了基因组本身以外,还对我们现代人有很深的影响,比如功能性基因,以及解开其他一些人类未解之谜等。

此外,古基因学还影响了其他领域的研究,包括人类、动物和病原菌等,可以说是辐射到了各个领域。

《中国科学报》:他的哪些品质或者习惯,对你做科研有很深的影响?

付巧妹:他的执着让我深受影响,尤其是发现重要研究时,他的第一反应从来不是有多开心,而是思考这个结果是否可靠,要用各种方式去验证,更多的是去证明这个发现是不是错了,是不是有问题。这对我们是一个很大的警醒。

他,凭什么重塑尼安德特人的历史

工作了一天的帕博特别疲倦,但5岁的儿子正是闹腾的时候。孩子睡着以后,一个疯狂的问题困住了他:如果今天所有人都带有1%~4%尼安德特人的基因,那么,在精子和卵子产生、结合过程中,DNA片段随机搭配,就可能产生一个奇怪的结果——有一个孩子一出生就完全是尼安德特人,而且这个孩子正好是他桀骜不驯的儿子?

帕博特别认真地计算了这件事的概率,结果这个数字是一个零和小数点后76000个零,再加上一些数字。也就是说,期待未来有一个真的尼安德特人走进实验室为他提供血液样本的可能,不存在! 

这是帕博在自己书中描述的自己。这样的他,简直“可爱到犯规”。

如果有一个人的名字是与古DNA绑定在一起的,那非斯万特·帕博莫属。

帕博是瑞典演化遗传学家,也是德国马普学会演化人类学研究所所长。

从学生时期第一个偷测千年木乃伊DNA,到史上第一次绘制出尼安德特人的基因组图谱,他用了30年把一段科研生涯推向极致。

每一个杰出的科学家都携带着一部科学史

20世纪80年代,一个尚未“出师”的在读博士,面对两条截然不同的职业道路时,会作何选择?一个是主流的前途可期的分子生物学,一个是神秘却难以看到未来的埃及古文物学。

帕博并未听从多数同伴的建议选择前者,而是选择了13岁起就迷恋上的古老历史,继而走出了一条属于自己的路——把考古带进分子时代。

为他引路的,是当时大名鼎鼎的演化生物学家艾伦·威尔逊以及聚合酶链锁反应(PCR)的发明者、后来的诺贝尔化学奖得主凯利·穆利斯。

在帕博此后的研究生涯里,有三篇文章奠定了他在学术领域的地位。

1984年,帕博悄无声息地成为了世界上第一个从死去两千多年的木乃伊身上提取DNA的人,一年之后,他的论文《对古代埃及木乃伊DNA的分子克隆》登上《自然》封面,引发了学界轰动。重要的是,他对非正统思想和项目超乎寻常的热情,让他注定成为一个与众不同的开创者。

12年之后,帕博在自己一手打造的跨学科实验室,首次从已经灭绝的古人类——尼安德特人身上提取到线粒体DNA并成功进行了测序,他的团队在《细胞》杂志报告了尼安德特人的测序结果,为艾伦·威尔逊“走出非洲”的现代人起源理论提供了铁证。

而到了2010年,尼安德特人的基因组草图完成,那个有关人类起源的故事发生了戏剧性的转折。帕博及其合作的50位科学家一起在《科学》上揭示了,今天除非洲以外的所有人都带有尼安德特人的遗传密码,这种古老的人类从未消失!

酷爱在阿尔卑斯山滑雪的帕博曾经说过,比那周围陡峭的雪景更为壮观的,是他们描述尼安德特人DNA序列的论文。那是生命的天书。

如果把古DNA研究领域比作阿尔卑斯群山,那么在后来者眼里,帕博无疑是在这个年代登顶勃朗峰的人。

对待科研,他寸步不让 

1987年,扩增特定DNA片段的聚合酶连锁反应(PCR)技术兴起,这使得扩增古代材料中微量DNA成为可能,但这项技术对研究人员挑战巨大。老旧样本的保存条件不利,含有可获取的DNA非常有限,甚至完全没有,即便通过PCR也很难做到。因此,从科学的角度,系统建立可靠的DNA扩增流程非常重要。

但帕博很快意识到,现代外源DNA污染实验是个严重的问题。它甚至造成了古DNA研究领域此后长达十几年的低谷期。

所谓外源DNA污染,指的是任何接触过古代标本的人、检测仪器甚至是环境中的DNA片段都可能进入样本,并被当成是残存的古DNA,从而毁掉整个实验。

1990年,来到慕尼黑大学开始独立科研生涯的帕博做的第一件事,就是“为人类历史研究注入新的严谨风貌”。

他用近乎疯狂的偏执,建起了世界上第一个古DNA研究的洁净室,他为实验制定“可靠性准则”,以及一系列工作铁律。那些步骤要求看上去就像充满神圣感的仪式内容,不容丝毫亵渎。

团队尽力做到一丝不苟,帕博依旧夜不能寐地担心污染问题,即便如此虔诚,他们仍旧一次又一次无功而返。

然而,就在帕博团队煞费苦心地开发方法进行检测和消除污染时,他发现,《自然》《科学》却发表了一系列华而不实的论文,争相寻找超级古老DNA,这在当时的技术条件下简直是天方夜谭。团队千辛万苦得到的那点可怜的数万年之久的DNA序列,在那些文章面前不值一提。

他不止一次地看到,科学的进步是一个痛苦的过程,“说服你最亲密的伙伴以及全世界的大部分人好好考虑新的想法需要很长的时间”。

作为帕博的学生,坚持以事实为导向的严苛作风,对中科院古脊椎所古DNA实验室主任付巧妹确立科研态度,也产生了重要影响。

她说:“每当得到一个可能改变之前认识的结果时,我的第一反应经常都是‘我是不是犯了什么错误’,担心样本有污染或者分析方法有错,接着就是不停地自我找碴和论证。所有找碴的办法都试过了,确信无疑后,我才能高兴地放松下来。”

科学发展的反复无常

20世纪90年代末,随着帕博团队成功提取并测序尼安德特人的线粒体DNA,“线粒体夏娃”的假说得到了证实,支持所有现代人都是从非洲走出的智人进化而来,而不是多地起源。可实际上,关于人类起源模式的对峙并未减弱,因为这个证据并不完整。

线粒体DNA的局限在于,它只能通过母系遗传,要找到现代人类与尼安德特人的准确关系,必须依靠核DNA。可是,在提取物中,核DNA的数量只有线粒体DNA数量的1/1000~1/100,除非扩增技术出现巨大进展。

在这之前,帕博团队只能一边努力改进提取技术,一边祈祷实验室成员能活得足够长。

2000年初,“第二代测序法”诞生,它被寄希望于从根本上改变古DNA以及其他许多生物学研究。帕博于是决定在他一手创建的德国马普学会演化人类学研究所,正式启动尼安德特人基因组计划。

可这个计划很快便遇到了瓶颈,当时的二代测序法尽管使获得DNA序列的效率得到提高,但仍需要基于足够多的骨骼样本。

如何从当年的东欧国家取得珍贵的标本,是一场科学以外的较量,但对帕博来说,他甚至不清楚对手究竟是谁。最令人失望的是,他倾尽人脉以及所有的斡旋能力,得到的骨头根本无法支撑他完成测序工作。

那一刻,所有的努力化为乌有。除了等待下一次技术的重大革新以外,他们已经无计可施了。但也只有帕博相信,那还不是他们的极限。

他想起了年轻时曾在瑞典接受过的军事训练,包括战犯审讯训练,其中一个手段就是一遍又一遍重复询问同一个问题。他用这种近乎“残忍”的方式,逼迫自己的团队,提取和扩增技术无法突破,唯一的办法就是如何减少实验过程中的DNA损失。最终,他们找出并改进了造成DNA损失的步骤,而这是实实在在逆转乾坤的进步。

但好景不长,让帕博再次陷入绝望的,是他们的实验结果受到了来自外源DNA污染的质疑……

这不仅有来自人类本身探索未知的局限,还如帕博所揭示的,“科学研究是一项社会工作,其中位高权重的人和具有影响力的学者所主张的教条,经常决定了科学的‘常识’”,这会阻碍更多科学家客观地、不偏不倚地追求真理。

但与此同时,这一过程也让人看到到,唯有包容、开放、合作的心态,才能在科学研究的危机笼罩之时,将团队凝结成冲破阴霾的最终力量。

相关:追溯人类的来处,瑞典科学家因古人类基因组研究获诺奖

(神秘的地球uux.cn)据新京报(记者 栾若曦):北京时间10月3日下午,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)被授予这一奖项,以表彰他对已灭绝的古人类基因组和人类进化方面的发现。帕博将获得1000万瑞典克朗(约合642万元人民币)的奖金。

专家分析,帕博多年来克服了许多困难,逐渐优化方法,将古人类基因分析推到了一个新高度,让人们在追溯人类群族迁徙、不同区域文化相关性时,可以有清晰的认知,推动对人类进化的认知实现飞跃。

为什么颁给他?

斯万特·帕博于1955年4月20日出生,是瑞典生物学家、进化遗传学专家。

据诺贝尔奖官网消息,通过帕博的研究,他完成了一件看似不可能完成的事——对尼安德特人的基因组进行测序。对比发现,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。美国有线电视新闻网(CNN)指出,多亏了他的工作,科学家们可以将尼安德特人的基因组和当今人类的基因记录进行比较。

德国杜伊斯堡-埃森大学病毒研究所教授陆蒙吉对新京报记者表示,最早想要比较古人类之间以及与现代人类之间的差别,主要依靠形态学,分析头骨、体骨、牙齿等各种样本之间的相像程度,对其特征进行分类。但样本数较少,这种分析又较为主观,种种因素都不利于研究。

基因组的分析方式则非常准确。陆蒙吉补充道,通过比较基因组,可以非常精确地指出古人类和如今人类的不同。现存古人类样本主要是骨头,它其中含有很多杂质,还有许多微生物核糖核酸的干扰,帕博多年来克服了许多困难,逐渐优化方法,将基因分析推到了一个新高度。

1990年,帕博被德国慕尼黑大学录取,从事古人类DNA研究工作,他决定分析尼安德特人细胞内线粒体的DNA。线粒体的基因组只包含细胞遗传信息的一部分,但它存在于上千个副本之中,增加了成功的机会。通过帕博的精细方法,他成功对一块4万年前骨头中的一个线粒体DNA进行了测序。

随后,他和团队逐渐利用新技术稳步改进了从古骨遗骸中分离和分析DNA的方法,提高了DNA测序的效率。

此外,帕博还发现了丹尼索瓦人种。2008年,俄罗斯科学院米哈伊尔·顺科夫团队在丹尼索瓦洞穴中发现了指骨残片。顺科夫猜想残片属于尼安德特人,将其交给帕博团队。帕博团队从骨头中提取出DNA,发现与尼安德特人以及现代人的DNA并不相符。顺科夫和帕博一开始将这一个体称为“X女孩”,最终确定用“丹尼索瓦人”指代整个人种。

古人类基因组研究有何意义?

诺贝尔奖委员会委员、卡罗林斯卡医学院生理学教授朱琳·吉拉斯(Juleen Zierath)曾在介绍其评审工作时表示,诺贝尔在遗嘱中明确列出了诺贝尔生理学或医学奖的评选标准。吉拉斯特别指出,要寻找一项对人类有益的发现。

就此来看,帕博的研究具有开创意义。陆蒙吉表示,帕博的研究改变了人们对于人类进化和迁徙的认识。“可以说,帕博的研究给我们带来了革命性的改变,让我们在追溯人类群族迁徙、不同区域文化相关性时,可以有清晰的认知。”

诺贝尔官网指出,通过揭示所有现存人类和灭绝古人类之间的差异,帕博的发现为探索“是什么让我们成为独一无二的人类”提供了基础。

“举例来说,中国有三皇五帝的故事。如果运用帕博的相关研究,我们可以更为清楚地描述,在历史上,南北方进行了怎样的互动或民族迁移,最后又完成了怎样的融合。”陆蒙吉说,帕博的研究提供了解人类历史的框架。

美国健康医疗媒体“Statnews”指出,在过去十年里,诺贝尔生理学或医学奖更多地回归基础研究。例如,2013年该奖授予了针对细胞囊泡运输调控机制的研究,2016年授予了细胞自噬机制研究,2017年授予了控制昼夜节律分子机制的研究,2019年授予了在细胞如何感知和适应氧气变化方面的发现,2021年授予了细胞如何感知温度和触觉的研究。

另有三年,诺贝尔生理学或医学奖更注重临床研究。2015年授予了针对蛔虫和疟疾的研究,2018年表彰了研究者“发现了抑制负面免疫调节的癌症疗法”,2020年颁给了三名发现了丙肝病毒(HCV)的研究者。

陆蒙吉坦言,从学科来看,帕博的研究属于一个相对较小的学科,对医学的直接影响也较小,属于纯粹的基础研究,但它让人们对人类进化的认知实现了飞跃。过去有很多争议或难以确认的问题,通过帕博的研究,可以进一步确认遗传信息,以进行不同层次上的证明。

诺贝尔生理学或医学奖的小历史

诺贝尔奖由瑞典发明家、企业家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱设立,自1901年开始颁发。从1901年到2021年,诺贝尔生理学或医学奖共颁发112次,获奖者为224名。但在1915年、1916年、1917年、1918年、1921年、1925年、1940年、1941年和1942年有9次没有颁发该奖。

一方面原因在于,诺贝尔生理学或医学奖在第一次世界大战和第二次世界大战期间很少颁发;另一方面原因在于,诺贝尔基金会中的章程规定,如果没有一件评审作品达到获奖标准,奖金将被保留至下一年。如果届时仍没有符合获奖标准的研究,那么奖金将会列入基金会储备资金。

根据诺贝尔基金会的章程,诺贝尔奖最多可以共同授予三名获奖者。在1901年至2021年的诺贝尔生理学或医学奖颁布中,有39次由一人独得,34次由两位获奖者共享,39次由三位获奖者分享。

在200余名获奖者中,有12名女性得主。1947年,美国科学家格蒂·科里因发现糖代谢中的酶促反应与其丈夫共同获奖,她也是首位获得诺贝尔生理学或医学奖的女性。美国细胞遗传学家芭芭拉·麦克林托克是唯一独享该奖项的女性获奖者。最近一位女性获奖者是中国科学家屠呦呦,她于2015年获得诺贝尔生理学或医学奖,也是中国科学家在中国本土进行的科学研究首次获诺贝尔科学奖。

最年轻的诺贝尔生理学或医学奖获得者是发现胰岛素的加拿大医生弗雷德·班廷,他于1923年获奖,那时他只有32岁,最年长的获奖者是美国病毒学家弗朗西斯·佩顿·劳斯,他于1966年获奖时已经87岁。

相关:诺贝尔生理学或医学奖首次授予古人类学研究者

(神秘的地球uux.cn)据北京日报客户端(记者 刘苏雅):10月3日,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,斯万特·帕博(Svante Pääbo)获奖,以表彰他在已灭绝的古人类基因组和人类进化方面的发现。这是诺贝尔生理学或医学奖第一次授予一位古人类学研究者。

人类到底从何而来?是什么因素使得我们智人与其他人类不同?斯万特·帕博的研究催生了了一个新学科——古基因组学,通过基因层面的研究探索人类的独特之处。

对古人类遗传物质的研究跨不过一道坎,那便是DNA会随着时间的流逝逐渐降解,最终只有微量的DNA能保留下来,且容易遭到细菌等的污染。通过巧妙的方法,斯万特·帕博成功从一块4万年前的骨头中,第一次提取到了尼安德特人的线粒体DNA,并通过不断改进技术,让DNA测序变得高效。他发布了第一个尼安德特人基因组序列,并通过基因测序发现了丹尼索瓦人。

诺贝尔生理学或医学奖授予古人类学研究者,听起来,这似乎有些“跨界”。

“其实斯万特·帕博教授的工作更偏向于分子生物学领域。对古人类的研究,里面隐含着很多现代人类在医学、健康方面的信息。”知乎答主“老牛头”是中国科学院南京地质古生物研究所古生物学博士生,他认为,人类患上疾病,除了受到外界因素的影响外,遗传因素也有着重要的影响,基因会导致某些人容易或不易患上某些疾病。“古人类学与生理学、医学之间存在着联系,有了这些研究,我们就有可能找到疾病在遗传因素上的影响来源。”

“老牛头”认为,曾经我们寻找祖先,需要通过化石的发现,基于形态学开展研究。而现在,我们可以通过对古人类对遗传物质的研究,更加了解我们的祖先,发现他们所遭遇的一些遗传事件,并更清晰地描绘他们扩散的足迹。

斯万特·帕博所做的是一项开创性的工作,他建立起一种独特的方法,科学界已广泛将其应用于了解人类的进化与迁徙。“老牛头”说:“科学研究要站在巨人的肩膀上,而斯万特·帕博就是一位‘巨人’。”

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(神秘的地球uux.cn)据新华社斯德哥尔摩10月3日电(记者 和苗、付一鸣):瑞典卡罗琳医学院3日宣布,将2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·佩博,以表彰他在已灭绝古人类基因组和人类进化研究方面所做出的贡献。

评奖委员会在当天发布的新闻公报中说,人类对自身起源一直很感兴趣,“我们与先人有何关系?是什么令智人与其他古人类不同?”佩博对已经灭绝的现代人类近亲——尼安德特人的基因组进行了测序,还发现了一种以前不为人知的古人类丹尼索瓦人。他发现丹尼索瓦人约在7万年前迁出非洲后,向现代人类的直系祖先智人转移了基因。对于现代人类来说,这种古老的基因流动具有生理相关性,例如影响了我们的免疫系统对感染的反应。

评奖委员会说,佩博的开创性研究催生了一门全新科学学科——古基因组学,“通过揭示当今人类与已灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探究是什么使我们成为独特的人类奠定了基础”。在最初的发现之后,佩博的研究团队已经完成了对来自已灭绝古人类的几个额外基因组序列分析。这一发现形成了能被科学界广泛利用的独特资源,以便能更好了解人类进化和迁徙。

评奖委员会秘书托马斯·佩尔曼在当天举行的新闻发布会上表示,他已经电话联系了获奖者,佩博听到消息后表示很意外和高兴。佩尔曼说,听起来佩博十分兴奋。

佩博1955年出生于瑞典首都斯德哥尔摩,1986年在瑞典乌普萨拉大学取得博士学位,随后在瑞士苏黎世大学和美国加利福尼亚大学伯克利分校从事博士后研究。1990年,他担任德国慕尼黑大学教授。1999年,他在德国莱比锡创办马克斯·普朗克进化人类学研究所并工作至今,同时也在日本冲绳科学技术大学院大学担任兼职教授。

佩博将获得1000万瑞典克朗(约合90万美元)奖金。

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(神秘的地球uux.cn)据中国纪检监察报:一年一度的“诺奖周”如约而至。10月3日,2022年诺贝尔奖的第一个奖项——“生理学或医学奖”获奖名单揭晓。瑞典科学家斯万特·帕博被授予该奖项,以表彰他对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现。

斯万特·帕博,1955年4月20日出生于瑞典斯德哥尔摩,是著名的生物学家、进化遗传学权威。他的开创性研究催生了“古基因组学”这一全新学科,通过揭示当今人类与已灭绝的古人类之间的基因差异,为探索是什么使我们成为独特的人类奠定了基础。

关于人类演化的历史,有一个精妙的比喻:将地球的46亿年历史压缩成一天,人类在最后的38秒以南方古猿的身份登场。而人类进化的密码正在于古DNA,它是带着时间刻度的遗传信息,从独一无二的视角书写了人类数万年来的演化与适应。

这些岁月的痕迹不仅记录了人类的遗传历史,还在持续地影响着当代人的生理和健康,具有重要的研究意义。以斯万特·帕博的研究为例,他对尼安德特人的基因组进行测序,还发现了以前不为人知的古人类丹尼索瓦人。在七万年前迁出非洲后,这些古人类向智人转移了基因,而这种古老的基因流对当今人类具有生理学意义,影响着我们的免疫系统对感染的反应。

值得注意的是,诺贝尔奖并不只着眼于前一年有重大贡献的候选人,尤其是自然科学类的奖项,具有明显的滞后性。根据官方统计,通常来看,技术或理论提出18年左右后才可能获奖。

在职业生涯的早期,斯万特·帕博就开始开发研究尼安德特人DNA的方法,这项工作持续了几十年。直到2010年,斯万特·帕博的团队发表了第一个尼安德特人基因组序列,比较分析表明,尼安德特人和最近的共同祖先智人生活在大约80万年前。

“诺贝尔奖不是一个领域的终点,而是其重新出发的起点。虽然得奖的科学家只是极少部分,但全世界有无数科研工作者正在为人类作出杰出贡献。”北京大学未来技术学院研究员陈晓伟表示。

在古DNA研究领域,中国科学家也正在奋力前行。“80后”女科学家付巧妹在古DNA研究领域取得了许多突破,是《自然》期刊评选的“中国十大科学之星”之一,带领团队推动我国古DNA研究进入世界前列。在她的努力下,研究团队开发了古核基因组捕获技术,阐明早期现代人扩散历史及与已灭绝古人类的基因交流特点,解码东亚现代人的复杂遗传历史,使东亚史前人群的故事不再是一片空白。

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(神秘的地球uux.cn)据新华社北京10月3日电(记者 张莹):人类起源和进化一直是古生物学和考古学最关心问题之一。人类从哪里来?人类和祖先之间有何关系?是什么将智人与其他古人类区别开来?2022年诺贝尔生理学或医学奖获得者、瑞典科学家斯万特·佩博的工作有助于解答这些困扰人类的终极问题。

评奖委员会3日发布公报说,佩博通过开创性研究完成了看似不可能的任务,“通过揭示当今人类与已灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探究是什么使我们成为独特的人类奠定了基础”。

证据表明,现代人的直系祖先智人大约30万年前首次出现在非洲,而现代人的近亲尼安德特人从大约40万年前开始生活在欧洲和西亚,并在大约3万年前灭绝。智人群体于大约7万年前从非洲迁移到中东,再从那里迁徙到世界各地。智人与尼安德特人在欧亚大陆共同生活的数万年间,两个群体之间发生了何种关系?解答这个问题需要对从标本中获取的尼安德特人基因组进行测序。

这是一项极具挑战的任务,随着时间推移,尼安德特人留下的脱氧核糖核酸(DNA)会遭受化学修饰并降解成短小的片段,最终获得的标本中只剩下微量DNA,并且可能已被细菌和现代人的DNA污染。

佩博自职业生涯早期就对利用现代遗传学方法研究尼安德特人的DNA产生兴趣,他在该领域的工作持续数十年。1990年被德国慕尼黑大学聘为教授后,佩博决定从分析尼安德特人的线粒体入手。线粒体只包含细胞遗传信息的一小部分,但存在大量副本,这增加了测序成功机会。佩博改进方法,成功对一块4万年前骨头的一个线粒体DNA区域进行测序。这是第一次获得与现代人有亲缘关系的已灭绝古人类的基因序列。与智人和黑猩猩的基因比较表明,从遗传学来看尼安德特人是截然不同的物种。

此后,佩博开始向尼安德特人细胞核基因组测序发起挑战。担任德国马克斯·普朗克进化人类学研究所负责人后,佩博及其团队不断改进从古人类的骨遗骸中分离和分析DNA的方法,还借助新兴技术提高DNA测序效率。

佩博和团队最终完成看似不可能的任务,他们于2010年发布第一个尼安德特人基因组序列。比较分析显示,比起来自非洲的现代人,来自欧洲或亚洲的现代人DNA与尼安德特人更相似。这意味着尼安德特人和智人在数万年的共存中发生杂交,具有欧洲或亚洲血统的现代人基因组约有1%至4%来自尼安德特人。

2008年,科学家在西伯利亚的丹尼索瓦洞穴发现一块来自4万年前的指骨碎片,其中含有保存异常完好的DNA信息。佩博带领团队对该指骨遗骸进行测序,发现它来自与尼安德特人和智人完全不同的古人类,并将它命名为丹尼索瓦人。分析显示,丹尼索瓦人与智人也发生过基因交换,这种交换关系首次发生在美拉尼西亚和东南亚一些地区,这些地区的现代人携带约6%的丹尼索瓦人基因。

佩博的研究使人们得以更深入理解人类进化和迁徙的历史。在智人走出非洲时,至少有两个现今已灭绝的古人类种群曾居住在欧亚大陆上。尼安德特人居住在欧亚大陆西部,丹尼索瓦人居住在东部。在智人向非洲之外迁徙过程中,他们与尼安德特人和丹尼索瓦人相遇并发生杂交。

佩博和团队还分析了其他几个来自灭绝古人类的基因组序列,并创建了一个全新的科学学科——古基因组学。他的发现使人们了解,来自现代人已灭绝的亲戚的古老基因仍影响着今天人类的生理机能。例如,尼安德特人的基因影响着现代人对不同类型感染的免疫反应。

创造复杂的文化、先进的创新和形象的艺术是智人独有的能力,此外他们还具有穿越宽阔水域迁徙至全球各地的能力。佩博的开创性工作使人们得以了解智人与已灭绝近亲之间的遗传差异。正在进行的大量后续研究则侧重分析这些差异的功能性影响,最终目标是解释什么让我们成为独一无二的人类。

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(神秘的地球uux.cn)据科技日报(实习记者 张佳欣):人类的起源向来是人们感兴趣的话题。我们从哪里来?现代人与我们之前的人种有什么关系?是什么让智人有别于其他人种?

获得2022年诺贝尔生理学或医学奖的瑞典科学家斯万特·帕博通过其开创性研究,完成了一件看似不可能的事:为尼安德特人的基因组测序。尼安德特人是现代人已灭绝的近亲。

帕博还发现了一种以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。更重要的是,帕博发现,在大约7万年前迁出非洲后,这些现已灭绝的古人类向智人进行了基因转移。这种流动在今天具有生理学上的意义,例如,其影响了人类免疫系统对感染的反应。

帕博的开创性研究催生了一门全新的科学学科:古基因组学。通过揭示所有活着的人类与已灭绝的原始人类的基因差异,他的发现为探索是什么让我们成为独特的人类奠定了基础。

完成尼安德特人基因组测序

1990年,帕博到德国慕尼黑大学任教。他决定分析尼安德特人线粒体的DNA。线粒体基因组很小,只包含细胞中遗传信息的一小部分,但它存在数千个DNA副本,增加了研究成功的机会。帕博成功对一块4万年前的骨骼的线粒体DNA区域进行了测序。人类因此首次获得了第一个已灭绝的近亲古人类的基因序列。与现代人类和黑猩猩的比较表明,尼安德特人在基因上与众不同。

DNA位于细胞内的两个不同区域。核DNA包含大部分遗传信息,而小得多的线粒体基因组则以数千个拷贝存在。死亡后,DNA会随着时间推移而退化,最终只剩下少量。它还会被来自例如细菌和现代人类的DNA污染。图源:诺贝尔奖委员会官网

2010年,帕博及其团队公布第一个尼安德特人基因组序列。对比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。

通过研究尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系,结果表明,与源自欧洲或亚洲的当代人类的序列相比,尼安德特人的DNA序列与源自非洲的当代人类更为相似。这意味着尼安德特人和智人在他们几千年的共存过程中进行了交配。在具有欧洲或亚洲血统的现代人中,大约有1-4%的基因组源自尼安德特人。

发现不为人知的丹尼索瓦人

2008年,帕博在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现了一块4万年前的手指骨碎片。这块骨头含有保存极为完好的DNA,帕博的团队对其进行了测序。结果引起轰动:与所有已知的尼安德特人和现代人的序列相比,该DNA序列是独一无二的。帕博发现了一种此前不为人知的古人类,并将其命名为丹尼索瓦人。与来自世界不同地区的当代人类的序列进行比较后发现,丹尼索瓦人和智人之间也发生了基因流动。这种结合的关系首先出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人口中,那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人的DNA。

帕博的发现使我们对人类进化史有了新的理解。在智人迁出非洲时,欧亚大陆上至少居住着两个原始人类种群。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部,而丹尼索瓦人则居住在该大陆的东部。在智人向非洲以外扩张和向东迁徙的过程中,他们不仅与尼安德特人结合,还与丹尼索瓦人结合。

开创古基因组学全新学科

帕博的发现提供了有关智人从非洲迁移到世界其他地方时世界人口分布情况的重要信息。尼安德特人居住在欧亚大陆的西部,丹尼索瓦人则居住在东部。当智人遍布整个大陆时,人种的结合就发生了,留下了“印”在我们DNA中的痕迹。图源:诺贝尔奖委员会官网

通过开创性研究,斯万特·帕博建立了一门全新的科学学科——古基因组学。在最初的发现之后,他的团队已完成对灭绝的古人类的几个额外基因组序列的分析。帕博的发现为科学家提供了更好了解人类进化和迁徙的广泛而独特的资源。新序列分析方法表明,在非洲,古人类也可能与智人混合在一起。然而,由于热带气候中古老DNA的加速退化,非洲已灭绝的古人类的基因组还没有被测序。

帕博的发现让我们了解到,我们已灭绝的近亲古人类的基因序列影响了现代人类的生理。其中一个例子是丹尼索瓦人版本的EPAS1基因,它赋予了人类在高海拔地区生存的优势。此外,尼安德特人基因影响了人们对不同类型感染的免疫反应。

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(神秘的地球uux.cn)据澎湃新闻:·斯万特·帕博获奖非常非常出乎我们意料,因为这跟诺贝尔奖的传统非常不一样。

10月3日,2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo),以表彰他对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现(详见澎湃科技报道)。澎湃科技连线多位中国科学家,解读帕博的学术成果,以及对科学界的影响和启发。

澎湃科技:大家都觉得斯万特·帕博获奖属于“爆冷”,你是否感到意外?

李辉(复旦大学人类遗传学与人类学系教授):斯万特·帕博是我们行业里的国际领军人物,我很多学生都曾经在他的团队里工作过。他的获奖理由跟以往的获奖者是不一样的,以往诺贝尔生理学或医学获奖者的研究是很技术性的,能够解决一个应用问题,比如找到青蒿素,解决了疟疾流行的问题,治疗疟疾。而今年的获奖者获奖理由是“表彰他关于已灭绝古人类基因组和人类进化的发现”,这是一个很基础的科学问题,即古人类是什么。在人类进化领域,以这个理由拿到诺贝尔奖,是十分罕见的。

他的研究解决了古人类基因组的测序问题,通过测序方法的改进,把原来检测不出来的、非常少的、残留的DNA检测出来了,这是绝对漂亮的工作,而且对人类关于进化的认知是至关重要的,但是这方面的获奖非常非常出乎我们意料,因为这跟诺贝尔奖的传统非常不一样。

倪喜军(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员):坦率讲我是觉得有一点意外的,当然也算是一个惊喜了。通常来讲,因为这样的工作在诺奖里面获奖的并不多。我之前读过他的自传,当时有想过他会不会得诺贝尔奖,但我想的主要还是技术上的突破,而这次获奖理由说到对古人类学的重大影响,对我们做古人类学研究的人来说,也是很值得高兴的一件事情。

胡益洲(瑞典卡罗琳斯卡医学院研究员):诺贝尔医学奖由医学诺奖评审委员会评估推荐,最终由医学诺奖选举团选举产生。评审委员会和选举团所有成员都是由瑞典卡罗琳斯卡医学院的教授组成。其中选举团由卡罗琳斯卡医学院50 位教授组成,每年开会5次,讨论诺贝尔奖候选者提名、医学诺奖评审委员会的人员组成和评审报告,并在10月的第一个星期一投票决定诺奖得主。

选举团成员职位为长期,只有当一个席位出现空缺时,才会由选举团重新推选新成员。自今年起,专注于测序技术开发和大数据算法的系统医学教授正式进入医学诺奖评审委员会,也为相关领域的候选者的评审提供了更多的专业建议和参考。

今年的医学诺奖并没有落在传统的神经、免疫等热门领域,而是专注到基因组测序与古人类研究上。核心发现在于,从基因组上破译从古人类到现代人类的生命传承。

澎湃科技:你怎么评价斯万特·帕博的突破性贡献?

王传超(厦门大学社会与人类学院人类学与民族学系教授):帕博自上个世纪 80 年代开始古 DNA 研究以来,一直在为探索古DNA实验技术和建立古DNA研究标准而努力,将冷门做成了热门,为生物学其他学科也打下了基础,为研究人何以为人提供了可能。特别是他用古DNA解析已灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人基因组,为研究人类进化提供了参考,回答我们人类为什么能够成为人类、特殊之处在哪里。

胡益洲:目前帕博团队的技术已经可以检测最早至43万年前的古人类DNA,完成了原先看来几乎不可能的任务;他发现了新的古人类种群,这里有一定天时地利的因素,古人类骨头的DNA基本完好地保留了下来,并且刚好是以往未知的人类种群;他建立了一个全新的科学学科——古基因组学,建立了目前最完整的古人类基因组数据库,为后续研究奠定了极其重要的基础。

李辉:我们一直有终极三连问的困扰:我们是谁,我们从哪里来,我们往哪里去?帕博的工作实际上解决了我们过去搞不清楚的“人从哪里来”的问题。“我们是谁”关系到我们跟谁最接近,所以就要去寻找我们的兄弟姐妹到底在哪里,什么时候灭绝的,跟我们什么时候分道扬镳的,过去我们只能猜,比如挖到了一个化石,看他们和我们长得像不像,但和有没有关系之间实际上是有出入的。如果把基因组做出来了,那么彼此之间有没有关系就很清楚了。

倪喜军:从化石里成熟地提取出基因,建立基因组,是一个巨大的突破。能够在化石里边开展基因测序工作,实际上就是把现代基因组学工作拓展了一个维度,对于古人类学研究也是拓展了一个维度。尽管古DNA研究能够覆盖的时间还非常短,大概到40万年前,但仍然增进了许多新的认识。

他的工作首先确证了人类演化过程中存在不同的物种,比如尼安德特人和丹尼索瓦人是独立的物种;其次,在基因和遗传学水平上,发现不同物种之间存在杂交现象;第三,尼安德特人的灭绝也提示我们,人类物种也是自然的一部分,有生有灭,演化规律和其他生物一样。

澎湃科技:具体来说,帕博有哪些标志性的工作成果?

王传超:2010 年,帕博领导的研究组对已灭绝的尼安德特人(Neanderthal)全基因组测序分析,发现非洲现代人中没有任何尼安德特人的遗传成分,但是在非洲之外的现代人群中都有1%~4%的尼安德特人混血。其后,4万年前生活在北亚的丹尼索瓦人(Denisovan)的全基因组也被成功解析,人类起源模型被修正为了“晚近非洲起源附带杂交”。

胡益洲:帕博团队早在1990年对4万年前的古人类骨头中一小部分DNA 进行了测序,并且在2010年初步的完成了对尼安德特人基因组测序。此外,帕博团队于2008年在西伯利亚南部的一块古人类手指骨头中提取了完整的DNA并进行了测序,发现了一种与现代智人、尼安德特人都不相同的人类种群。深入研究发现,东南亚和太平洋西南地区的人群携带有高达6%的丹尼索瓦人DNA。

澎湃科技:尼安德特人和丹尼索瓦人留给现代人类的基因,对今天的我们有怎样的启示?

胡益洲:尼安德特人是现代人类的近亲,但早已灭绝。他们和现代人类的祖先在同一片亚欧大陆上共存了数万年。帕博的基因组测序和重构,显示了现代人类与尼安德特人的基因融合。这种远古时期的基因融合对我们现代人类具有重要生理意义,比如这些基因可以影响我们的免疫系统对感染的反应。

帕博团队已经完成了对已灭绝人类种群的额外的基因组序列分析,分析表明:远古时期,尼安德特人居住在欧亚大陆的西部,而丹尼索瓦人居住在东部。当现代人类的祖先智人开始迁移并遍布整个欧亚大陆时,各种人类种群间的杂交自然而然的发生,并且在现代人的DNA中留下了痕迹,这些古人类的DNA痕迹甚至在延续着古人类的生理功能,守护着我们现代人的健康和生命。这些发现建立了一种被科学界广泛利用的独特资源,方便我们更好地了解人类进化和迁移。

倪喜军:尼安德特人遗传残留在现代人类中的基因,大多和有害突变相关联,这也反映了种间杂交的特点。但也有一些有益的基因,比如丹尼索瓦人的少量DNA可能使得现代人类适应高海拔的生活。

李辉:基于对过去的回溯,我们就能知道,人类以什么样的速度在进化,实际上这对我们认识未来也起到非常关键的作用。人类不可能停止进化的脚步,只是在以很缓慢的、我们感觉不到的速度在发生变化,那么我们未来会怎么样,不同的环境对我们人类的身体、基因会产生什么样的影响?比如说疫情对我们的基因会产生怎么样影响?人类在全球范围内的流动对我们的未来会产生什么影响?这些问题都要基于我们对过去的进化的认知,才有可能做出相对正确,或者更加正确的判断。

澎湃科技:在古DNA研究方面,帕博克服了怎样的难点?

王传超:古DNA是指古代生物遗体或遗迹中残存的DNA片段,包括古代人类DNA、古代动植物和微生物DNA等。对古人进行DNA的研究往往受限于DNA降解严重,微生物DNA含量高和现代人群DNA污染等因素的影响,能否从古代人类遗骸中成功获取内源性古DNA并进行深入研究分析,一直是古DNA研究领域面临的实际困难和挑战。

李辉:化石,或者我们应该叫亚化石,因为它没有完全变成矿物,只是部分变成矿物,里面还有有机物,随着时间的推移,里面的DNA不断地降解,当我们拿到一块1万年、2万年、3万年的骨头的时候,按照传统的检测手段,根本找不到其中的DNA,必须要有特别的检测手段。帕博的方法是用探针把古代人种的基因组从矿物、土壤、细菌的基因组等乱七八糟的杂质里抓取出来,就像扔一个钩子进去,钩子自动把它吸住,勾出来,就是这么一个事儿。

我们以前没办法,就是像翻垃圾堆一样拼命翻,要看运气的,困难程度就像在整个上海生产的垃圾堆里找戒指。像我以前读博的时候,就从良渚文化的古人里面一个一个地去检测,花了好几年才完成几个位点的检测。用他现在的方法的话,很多事情一两天就做完了,而且是整个全基因,不像我们当时,挖掘出来的只是一个基因片段。

帕博的开创性工作为解释是什么让我们成为独特的人类提供了基础。图源:诺贝尔奖委员会官网
澎湃科技:中国境内有尼安德特人的发现吗?

倪喜军:目前中国境内还没有发现大家认可的尼安德特人。马坝人和许昌人有一些尼安德特人特征,但很遗憾这两个化石都没有提取到古DNA数据。和欧亚大陆和美洲人群一样,中国人群也含有少量尼安德特人遗传片段,但它是在本地杂交的结果,还是在6万年左右现代人最后一次走出非洲后与尼安德特人杂交的结果,目前还并不清楚。

澎湃科技:中国的古人类学研究未来还有哪些发展?

王传超:随着分子克隆、PCR、二代测序技术、引物延伸捕获和液相杂交捕获等扩增和测序技术的不断涌现,古DNA研究已逐渐成为一个用途广泛、极有发展前景的领域。通过古DNA研究,结合考古学、历史学、语言学和古生物学等,能够分析古代生物的谱系、分子演化理论、人类的起源和迁徙、疾病和健康状况、食物来源和种类、动植物的家养和驯化过程等。

倪喜军:古DNA技术在世界各地得到广泛应用,在我国也有很多实验室进行古DNA研究,比如中科院付巧妹团队、厦门大学王传超团队、复旦大学文少卿团队等,他们都在不断产出新的研究数据。应用到国内考古研究,认识不同历史时期人群的扩散和交流的路线和途径,产生很多有益的成果,包括把形态学和基因组水平的演化结合,研究潜在的医学应用。

我们团队正在对新发现的龙人头骨做进一步分析,扩大原有的数据矩阵,计划将现有已发表的DNA数据,与化石年代学和形态学的数据结合,进行综合分析,建立更完善的系统,以研究人类演化过程中存在多少支系,其中有多少灭绝了,它们各自又是如何扩散的。

澎湃科技:帕博的研究生涯对中国科学界有哪些启示?

倪喜军:帕博从起步至今二十几年的工作,可以说是非常典型地由兴趣驱动,而不是因为直接看到技术转化应用的可能。帕博最初在阿伦·威尔逊(Allan Wilson)的实验室里做研究,他也是古DNA领域的先驱,最开始也是没有什么大的影响的。很多技术的发展和发现,都是在前期看上去没什么用处的工作的基础上出来的。

德国马普所能够为帕博建立实验室,提供了非常好的支持,这也是他成功的关键之一。他还说动了很多古人类学家提供材料,去做“破坏性”的工作,钻洞提取样品。

我真的希望年轻人能够有足够的这样的运气,获得稳定的支持做他喜欢做的事情,而不必去担心很多其他事情。中国不缺优秀的科学家,优秀科学家需要生长的土壤,少一点行政干预,不要那么急功近利地追问产出。这对科研管理者是一个启发。

2022年诺贝尔生理学或医学奖得主、瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo),演化遗传学家,古遗传学领域的开创者之一,德国莱比锡马克斯·普朗克科学促进协会(马普所)演化人类学研究所所长。

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(神秘的地球uux.cn)据中青报客户端(记者 叶雨婷):好奇是人类的天性。我们时常会思考自身的命运:我们是谁?从何而来?又要往哪里去?是什么让人类如此与众不同?

北京时间10月3日17时30分许,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)获奖,以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。

帕博发现,在大约7万年前人类离开非洲后,基因从这些现已灭绝的古人类转移到了智人身上。这种古老的基因流向现代人类,在今天具有生理相关性,比如影响人们免疫系统对感染的反应。

不仅如此,帕博建立了一门全新的科学学科——古基因组学。通过揭示所有现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探索“是什么使我们成为独一无二的人类”提供了基础。

来自诺贝尔奖官方网站的相关资料指出,现代智人大约30万年前起源于非洲,人类的近亲尼安德特人在大约40万年前-3万年前在非洲以外的欧洲和西亚居住,智人和尼安德特人在欧亚大陆共存了数万年。

但对于人类与已灭绝的尼安德特人的关系,人们长期以来了解甚少。而关键的线索来自基因组信息。到1990年代末,几乎整个人类基因组都已得到测序。然而,研究现代人与尼安德特人之间的关系,需要对从远古样本中收集的基因组DNA进行测序。

帕博意识到了技术上的难度。随着时间推移,DNA会被化学修饰、降解成片段。数千年后,只剩下微量的DNA,并且残留的DNA会被细菌和当代人类的DNA污染。帕博开始开发研究尼安德特人DNA的方法,这项工作持续了几十年。

2010年,帕博发表了首个尼安德特人基因组序列。对比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。帕博和团队同事现在可以分析尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系。对比分析表明,尼安德特人的DNA序列与起源于欧洲或亚洲的当代人类的DNA序列更相似,而不是非洲。

这意味着,尼安德特人和智人在几千年的共存中进行了杂交。在现代具有欧洲或亚洲血统的人类中,大约1%-4%的基因组来自尼安德特人。

2008年,帕博博士的团队对西伯利亚南部一块距今4万年前的指骨碎片进行DNA测序。结果引起了轰动,帕博发现了一种以前不为人知的古人类,命名为丹尼索瓦人。与来自世界不同地区的同时代人类的序列比较表明,丹尼索瓦人和智人之间也发生过基因流动。这种关系首先在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中被发现,那里的个体携带高达6%的丹尼索瓦人DNA。

如今,因为帕博的发现,人们终于可以了解到,这些已经灭绝的“亲属”们的古老基因序列,至今仍影响着当今人类。

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(神秘的地球uux.cn)据科技日报微信公号:10月3日,诺贝尔生理学或医学奖揭晓,瑞典科学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)独得该奖项。

他的研究既不对战不治之症,也不阐释细胞机制,他的研究对象是几万年前或者几十万年前的人类骸骨,例如从尼安德特人、丹尼索瓦人(古人类的分支,类似于我们熟知的北京人、元谋人等)的化石中提取出基因组信息。

结果一出,网友纷纷表示出人意料。诺贝尔生理学或医学奖为什么会颁给了古人类的研究学者?和现代医学有多大关系,和现代人的健康有关联吗?科技日报记者带着这些疑问联系采访了相关专家。

他的研究与你我健康息息相关

“新冠病毒感染后的呼吸衰竭风险与人类3号染色体上的一段基因簇相关,我们的研究显示这段风险基因遗传自尼安德特人,约50%的南亚人、约16%的欧洲人携带该基因。”2020年11月,《自然》期刊发表了帕博团队的这一研究成果。

“不要认为已经灭绝的人种和我们没有关联。”深圳华大生命科学研究院副院长金鑫说,他们的基因留在了现代人体内,现代人的疾病表型,对传染病的应对都与古老的基因相关,有些可能增加患病风险、有些可能有利于健康。因此,对于古老基因的理解,不仅有考古学上的意义也有很大的现实意义。

对此,金鑫在研究中有过切身体会。2010年,他在研究“为什么藏族汉族有着同一起源,却在高原适应上的能力差异巨大”时,发现了一个跟藏族人高原适应相关的核心基因。

“我们一直解释不了这个基因为什么会出现在藏族基因组中却未出现在汉族基因组中。”金鑫回忆,直到2012年,帕博团队发布了丹尼索瓦人的基因组。在帕博的结果中,金鑫找到了那个与高原反应相关的核心基因,它们百分百一致。

“这意味着,藏族基因组中的这个基因很可能来自丹尼索瓦人。就这样,毫不相干的研究就这么巧妙衔接起来,共同揭示了进化的秘密!”回忆起当时的科研经历,金鑫仍旧很兴奋:如果没有古人类DNA分子序列的发布,这些“揭秘”想都不会想到,更别提实现了。

他研究的古DNA分子为现代人起源“一锤定音”

“无论我们怎样提取,得到的十之八九都是出土以来渗入到骨头中的细菌或人类的DNA。”斯万特·帕博在《尼安德特人》中写道,然而1996年的一个深夜,转机来临,他的团队和考古学家一起,在尼安德特人的化石中终于读取出了想要的DNA序列,那些有着特定排序的A、T、C、G正是他们孜孜以求的结果。

这是斯万特·帕博及其团队的主要工作。在金鑫看来,上面提到的以DNA分子为研究对象的研究仍属于遗传学范畴。

“古人类学已有很多学科方法,比如形态学、考古证据、各种各样的假说等,但帕博在古DNA分子水平提供的信息和证据起到了‘一锤定音’的作用。”金鑫解释,帕博的研究利用DNA分子的分析解决了古人类学科中的问题。

在为《尼安德特人》作序时,我国已故古人类学家,中国科学院院士吴新智讲述了帕博及其团队在现代人起源争论方面做出的巨大贡献。吴新智写道:帕博及其科研团队不屈不挠、经历无数沮丧和庆幸,危机和转机、挫折和成就,证明了不仅非洲,而且欧亚大陆的古老型人类也对现代人起源有所贡献,导致主张现代人只源自非洲的“夏娃假说”从此退出历史舞台。

他为古DNA分子创造了一艘“时光机”

从木乃伊中提取DNA,这样的想法在帕博实现之前几乎被认为是天方夜谭。

痕量、污染、年久变质……让古DNA分子的提取和测序几乎不可能。然而,斯万特·帕博成功地为几十万年前的DNA创造了一艘“时光机”抵达现代。

帕博的学生、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任付巧妹在《尼安德特人》的序中写道:30年前,帕博证明DNA可以留存在古人类组织中,他的团队一直在克服技术困难,开发重要手段获取序列。

处理材料、磨掉表面、挖洞、研磨骨粉、提取DNA,这些步骤在帕博的精心设计下起到了“逆转”时间、“摆脱”污染的效果。从零创立新学科,他必须让所有的步骤具有可重复性、固化成规程,并且获得高质量的结果,才能被全世界认可。

“现在基本上全球研究古DNA分子的实验室,都参考借鉴或直接用了从帕博实验室学来的技术。”金鑫告诉科技日报记者,人类遗传学的圈子不大,帕博的开放、共享和热心是大家公认的。尼安德特人的基因组刚刚出现之后,很多人感兴趣想要去参与,就给帕博写邮件,他都会非常积极回复并帮助感兴趣的人,也盛情邀请申请者参与。

帕博不仅对不同种群的古人类DNA进行了测序,还构建了学术资源库,集纳大量的关键研究信息,比如古人类的演化和迁徙的重要位点等,供全球科学家们无偿共享。“他建的库现在在整个领域是比较公认的,大家都在用,我们也会用到这个库的数据做分析。”金鑫说。

相关:我们如何成为人类,今年第一个诺奖得主——斯万特·帕博,把研究前后经过写成书

(神秘的地球uux.cn)据扬子晚报/紫牛新闻(记者 孙庆云):10月3日晚,2022年诺贝尔生理学或医学奖公布,得主是瑞典科学家斯万特·帕博,以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。

我们如何成为人类,又是什么让我们成为人类。3年多前,浙江教育出版社中文翻译并出版了斯万特·帕博曾写作《尼安德特人》一书,重点述说了他从无到有绘制尼人(尼安德特人)基因组草图的全过程。

《尼安德特人》是一本属于科研人员的“自传”,采用讲故事的方式,叙述了斯万特·帕博30多年的研究经历。逻辑清晰、深入浅出而又不失幽默诙谐,一些原本非常专业的概念和细节,在他笔下变得通俗易懂,妙趣横生。

斯万特·帕博揭示“人为什么为人”

虽然现代人类是唯一存活至今的人类,但是考古研究显示,在远古时代,地球上存在过数量不少的其他类型的人类。

1997年,帕博团队获得了第一个远古人类——尼安德特人的线粒体DNA序列。2005年,他发起了尼安德特人基因组测序计划。2010年,他发表了第一个尼安德特基因组草图,第一次直接比较了尼安德特人基因组与现今人类的基因组。

这个研究让我们知道,在非洲以外的现代人的基因组中,有高达2%的成分来自尼安德特人,从而证明尼安德特人与现代人类有过混血。正是因为有了尼安德特人基因组等古人类基因组,我们才可以开始探索我们为什么成为人类,什么使我们成为人。

这项研究为什么这么重要?

古人类学家、中国科学院院士吴新智表示,1987年夏娃假说横空出世,很快就成为关于现代人起源的主流观点,其与主要对立面多地区进化假说矛盾的关键点之一就是——主张尼人(尼安德人)和欧、亚同时的古人类被来源于非洲的现代人完全替代,对现代人起源没有丝毫贡献,非洲是现代人的唯一起源地。历史真相究竟如何?学界争论,相持不下,多年不得化解。

帕博及其科研团队终于在2010年查明现代人与尼人确有杂交,证明了不仅是非洲,而且欧、亚大陆的古老型人类也曾对现代人起源有所贡献,导致主张现代人只源自非洲,不承认欧、亚古老型人类有过贡献的夏娃假说从此退出历史舞台。

“我最早知道尼安德特人是通过一部电视节目,这部电视节目的细腻无限地吸引了我。它在讲述史前文明时,不停地提示我们人类生存的不易,包括我们今天主宰这个星球实属侥幸中的侥幸。”作家学者马未都推荐说,我们人类今天处在智能加信息革命的节点上,我们的生活将发生巨变。此次革命不仅将左右人类文明的走向,更重要的是让我们深刻地了解了自己,“《尼安德特人》这本书无疑是一个极好的范例。”

斯万特·帕博:叙述自己记得的事情

在中国地质大学(武汉)副校长赖旭龙看来,斯万特·帕博是一位个性强、率直的科学家,他不仅是古DNA研究的开拓者,也是该领域的一面旗帜。

斯万特·帕博告诉读者,科学研究是复杂的、非线性的。

身为科研人员,他严谨而又谨慎,比如他还会在书中前言特意交代:“我叙述的都是我记得的事情,但恐怕已经混淆了某些琐碎的细节。此外,我是从自己的主观角度来描述事情的,并就我的观点对具体事件进行评判,但是我知道,这种观点并非看待事情的唯一方式。”

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(神秘的地球uux.cn)据健康时报客户端:"2022 年诺贝尔生理学或医学奖 " 获奖名单揭晓,瑞典科学家斯万特 · 帕博(Svante Pbo)获得该奖项,以表彰他对已灭绝人种的基因组和人类进化的发现。这也被人解读为是本届诺奖 " 爆冷 "。

吉林大学基础医学院遗传学系陈鹏教授表示," 了解古人类的基因组帮助我们认识现代人的疾病易感性的来源,一个具体的例子是研究者从尼安德特人的基因组信息中,证实了现代人的新冠易感性,可能来源于古人类。"

自古以来,人类就对自身的起源产生了兴趣。

现代人类——智人大约在 30 万年前首次出现在非洲,而我们现代人类最亲近的亲戚——尼安德特人,则在非洲以外发展,并在大约 40 万年前至 3 万年前居住在欧洲和西亚。从地中海到西伯利亚地区,都曾留下尼安德特人的足迹,而且他们非常聪明,拥有比现代人更大的大脑。在过去数万年的时间里,尼安德特人与人类祖先至少在欧洲大陆共存了 14000 年。大约 7 万年前,智人群体从非洲迁移到中东,并从那里迁徙散播到世界其他地区。

之后尼安德特人便灭绝,直到目前为止,人们仍然不清楚为什么尼安德特人会灭绝,而现代人却幸存下来。

我们与已灭绝的尼安德特人的关系,我们了解多少呢?

在帕博职业生涯中,他对利用现代遗传方法致力于研究尼安德特人 DNA ,对尼安德特人进行基因测序。诺贝尔奖委员会的颁奖声明称,帕博开创了从尼安德特人骨骼中提取、测序和分析古代 DNA 的方法之后,于 2010 年首次公布了他的发现。受益于帕博的工作,此后科学家们才得以将尼安德特人的基因组与当今人类的基因记录进行比较。

帕博还发现,在大约 7 万年前人类离开非洲后,基因从这些现已灭绝的原始人类身上转移到了智人身上,这种古老的基因流动在今天仍与人类存在生理上的关联,例如可以影响我们的免疫系统对感染的反应。

通过尼安德特人的 DNA 基因组图谱与现代人类基因组图谱的对照分析,有 99.7% 的 DNA 是相同的。直到今天,现代人身上仍然留下了尼安德特人的 DNA 痕迹——许多欧洲人和亚洲人的尼安德特人 DNA 含量在 1% 至 4% 之间。

由于斯万特 · 帕博的发现,我们得以了解,来自我们已灭绝的近亲物种的古基因序列,影响了当今人类的生理机能。

对此,吉林大学基础医学院遗传学系陈鹏教授表示," 了解古人类的基因组帮助我们认识现代人的疾病易感性的来源,比如 2 型糖尿病等至关重要。"

陈鹏告诉人民日报健康客户端," 一个具体的例子是研究者从尼安德特人的基因组信息中发现了新冠肺炎的易感单倍型,证实了现代人的新冠易感性,可能来源于古人类,特别是北欧的人类。"

" 帕博的开创性研究产生了一门全新的科学学科:古基因组学。他的研究通过揭示所有现存人类与已灭绝原始人类之间的基因差异,为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。" 诺奖官网显示。

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(神秘的地球uux.cn)据21世纪经济报道(记者 朱萍):北京时间2022年10月3日,瑞典卡罗琳医学院宣布,将2022年诺贝尔生理学或医学奖授予 Svante Pääbo,以表彰其在已灭绝的人类基因组和人类进化方面的发现。

诺贝尔奖官网介绍,Svante Pääbo 的开创性研究催生了“古基因组学”这一全新学科,通过揭示所有现存人类与已灭绝的古人类之间的遗传差异,为探索以上问题奠定了基础。

诺奖委员会表示,瑞典遗传学家 Svante Pääbo“完成了一件看似不可能的事情”。Svante Pääbo领导的团队绘制出了人类近亲尼安德特人的基因组图谱,其精度可以与现今人类基因组序列相媲美,并发现尼安德特人是现代人类已灭绝的近亲。此外,Svante Pääbo还发现,在大约70,000年前从非洲迁出后,这些现已灭绝的古人类与智人之间存在基因流,这种古老的基因流对于现代人类有着深远的影响。

Svante Pääbo 

Svante Pääbo1955年出生于瑞典斯德哥尔摩,其工作起始于研究木乃伊中的DNA,1985年,他的研究小组从距今2400多年的埃及木乃伊中提取DNA并进行克隆测序,发表了第一篇研究古人DNA的文章。1986年在乌普萨拉大学完成自己的博士学位。Svante Pääbo父亲是生物化学家Sune Bergström,1982年与Bengt I. Samuelsson和John R. Vane共同获得1982年的诺贝尔生理学或医学奖。这也是他们父子时隔40年后同获诺贝尔生理学或医学奖。

此前,Svante Pääbo曾获得莱布尼茨奖、格鲁伯遗传学奖、生命科学突破奖、柯尔柏欧洲科学奖等奖项。2007年,帕博评为《时代》全球最有影响力百人之一。2008年,被《新科学家》评为8位年度科学英雄之一。他还是美国、瑞典等国家科学院院士。 

Pääbo通过揭示所有活着的人类与已灭绝的人类之间的遗传差异,探索是什么使我们成为独特的人类——“我们来自哪里,我们与先人有什么关系?是什么让智人与其他人类不同?”

事实上,自上世纪90年代以来,人类基因组计划的开展、现代人类的基因组的秘密不断发掘,技术的进步使得包括Svante Pääbo等在内的科学家们开始探索对于古人类的基因组测序。此中,Svante Pääbo为古人类的研究贡献了诸如DNA超净实验室等宝贵的方法和技术。

1990年,Svante Pääbo被慕尼黑大学聘为教授,继续从事古DNA研究,并决定分析来自尼安德特人线粒体中的DNA。

尼安德特人(Homo neanderthalensis),简称尼人,也被译为尼安德塔人,常作为人类进化史中间阶段的代表性居群的通称。因其化石发现于德国尼安德特山谷而得名。尼安德特人被认为是现代欧洲人祖先的近亲,从12万年前开始,他们统治着整个欧洲、亚洲西部以及非洲北部,但在两万四千年前,这些古人类却消失了。

Svante Pääbo设法从一块40,000年前的骨头中测序了一个线粒体DNA 区域,该基因来源于尼安德山谷费尔德霍夫石窟中发现的一个标本,这也是人类第一次获得了来自已灭绝亲属的序列。结果表明,与当代人类和黑猩猩的比较表明,尼安德特人在基因序列上是不同的。

由于对线粒体基因组的分析只提供了有限的信息,Svante Pääbo及其团队转而挑战对尼安德特人的核基因组进行测序,并不断改进从古代标本中分离和分析古DNA的方法。在不断的努力下,Svante Pääbo在2010年发表了第一个尼安德特人基因组序列。

Svante Pääbo及其团队可以分析和探索尼安德特人与来自世界不同地区的现代人类之间的关系。对比分析表明,尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前,来自尼安德特人的DNA 序列与来自欧洲或亚洲的现代人类的序列比来自非洲的现代人类的序列更相似。这意味着尼安德特人和智人在他们数千年的共存期间进行了基因交流。在具有欧洲或亚洲血统的现代人类中,大约1%-4%的基因组来自尼安德特人。

除了发布尼安德特人基因组测序序列外,Svante Pääbo对以前不为人知的古人类丹尼索瓦人的发现也做出了贡献。

丹尼索瓦人(Denisovans)是生活在上一个冰河时代的人类种群。2008年,Svante Pääbo团队对一块4万年前的手指骨碎片进行DNA测序,这一碎片在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中被发现,结果发现了一种以前不为人知的人类,它被命名为丹尼索瓦人。

与来自世界不同地区的现代代人类的DNA序列比较的结果表明,丹尼索瓦人和智人之间也发生了基因交流。这种基因流首次出现在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中,那里的现代人类携带了高达6%的丹尼索瓦人的基因组DNA。

Svante Pääbo及其团队的发现使得人类对自身的进化史有了新的理解。在智人迁出非洲时,欧亚大陆上至少居住着两个原始人类种群。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部,而丹尼索瓦人则居住在该大陆的东部。在智人向非洲以外扩张和向东迁徙的过程中,他们不仅与尼安德特人结合,还与丹尼索瓦人结合。

在2018年,Svante Pääbo发现尼安德特人和丹尼索瓦人之间发生了“杂交”。这一发现是从一个长骨碎片中得出的,该骨块被确认来自一个绰号为“丹尼” 的13岁女孩,她生活在大约9万年前,是尼安德特人母亲和丹尼索瓦人父亲的女儿。 

中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、古DNA实验室主任付巧妹曾是帕博团队的一员。她认为,该研究的亮点在于这件标本是从众多没有鉴定出来的骨骼中搜索出来的,作为混血的直接证据,展示了尼安德特人和丹尼索瓦人的混血不止发生了一次。

诺贝尔奖官网介绍,基于Svante Pääbo的发现,现在了解到来自已灭绝亲属的古老基因序列会影响当今人类的生理机能。例如,EPAS1基因的丹尼索瓦版本赋予了在高海拔地区生存的优势,并且在当今的藏人中很常见。再如,尼安德特人基因影响着我们对不同类型感染的免疫反应。斯万特·帕博的开创性工作确定了智人与我们最近的已灭绝亲属之间的遗传差异。

古基因组学

Svante Pääbo利用飞速发展的分子生物学技术,从化石中得到人类的全基因组序列,是全球首次,其主要贡献也是开创这种古基因的检测技术。

Svante Pääbo始创性研究,也促成了一门全新学科的诞生——古基因组学。实际上从第一段古DNA序列的测序算起,古基因组学学科是一门非常年轻的学科,诞生不过三四十年。主要通过揭示区分所有活人和已灭绝人种的基因差异,为研究到底是什么使我们成为独特的人类提供了理论基础。 

Svante Pääbo开发的技术和方法,可以确定来自考古和古生物遗骸的DNA 序列。这使得研究那些来自已灭绝生物、人类、动物和病原体的古代DNA成为可能。

据了解,在较早期,Svante Pääbo非常希望能够利用现代的基因方法来研究尼安德特人的DNA,但实际上这面临极端的技术挑战,因为随着时间的推移,DNA会发生化学修饰,并且会降解为短小的片段。在经历了成千上万年后,剩下的只会是非常微量的DNA,而且这些DNA还会受到细菌和现代人类的DNA严重污染。

古DNA的特点包括含量极低,如目前所研究的所有尼安德特人古DNA,其内源性DNA含量在5%以下,有时甚至在1%以下,丹尼索瓦人牙齿的内源性DNA含量只有0.17%。

一家基因测序企业创始人向21世纪经济报道记者指出,目前,古基因研究发展的其中一个原因是得益于高通量测序技术广泛应用,一种快速测定大量DNA序列的技术。高通量测序技术理论上能测序样本中所有DNA分子的信息,且成本逐年降低。即使古DNA含量极低,高通量测序也能很有效地对其进行测序。

中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹指出,古DNA研究的突破本身得益于21世纪初的第二代测序技术及后续相关古DNA技术的开发和发展,使大量之前无法进行古DNA研究的样本和材料重回研究视野。“但古DNA绝不仅仅是材料和技术的竞争,关键还在于谁能从繁复的遗传信息中敏锐性地发现问题,并找到解决问题的思路。这就需要研究者有广阔的视野以及非常强的洞察力。”

在高通量测序普及之前,古DNA研究领域只能依赖聚合酶链式反应(PCR)技术测定少数特定DNA片段的序列。PCR技术获取的DNA信息极其有限,而且难以区分真正的古DNA和污染DNA。“通过生物信息学手段,我们还能快速检测样本中是否存在古DNA损伤,从而达到鉴别古DNA的目的。” 付巧妹指出。

不过,尽管高通量测序已能较为有效地测序古DNA,但由于古DNA提取物中常常包含大量污染DNA,使得测序的大部分DNA分子都是无用的信息,真正有用的古DNA序列常常只占测序数据的1%不到。

DNA存在于细胞的两个不同区域,包括核DNA,位于细胞核中;线粒体DNA,位于游荡在细胞质内的线粒体中。通过分析线粒体DNA的变异,可以判定生物体的遗传关系。

在细胞中,往往含有数百个线粒体,每个线粒体中又包含2到10个线粒体DNA,而核DNA的数量却只有46个。从线粒体中提取基因的可能性,要比从染色体中获得核基因的可能性大,这也是包括Svante Pääbo在内的很多科学家选择以此为突破口的原因。

而Svante Pääbo研究的古基因技术在当今全球最为科学,包括如何设计操作流程,将有价值的信息提取出来、建立规则等。

截至目前,Svante Pääbo论文总被引119938次,h指数167,其中一篇Nature 论文被引用11167次,论文题为《人类遗传变异的全球参考》(Global reference for human genetic variation)。其个人引用第二高的论文发在PNAS 上,论文题为《动物线粒体DNA 进化动力学:使用保守引物进行扩增和测序》(Dynamics of mitochondrial DNA evolution in animals: amplification and sequencing with conserved primers)。 

从上述数据看,Svante Pääbo备受业界肯定。复旦大学生命科学学院特聘教授徐书华在接受媒体采访时表示,Svante Pääbo建立的全新科学学科古基因组学是非常有意义的工作,通过古基因技术研究已经灭绝的人类认知,由此揭示世界是如何演化至今的。而此次Svante Pääbo获奖本身会对整个领域推动有不可估量的作用。尤其对这一领域开展研究的科学家、工作者,均是个大利好。

最近5年诺贝尔生理学或医学奖情况:

2017年,三名美国科学家杰弗里•霍尔、迈克尔•罗斯巴什和迈克尔•扬,凭借他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就获奖。

2018年,美国免疫学家詹姆斯•艾利森与日本生物学家本庶佑,因他们发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献获得表彰。

2019年,来自哈佛医学院达纳-法伯癌症研究所的威廉·凯林(William G. Kaelin, Jr.),牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所的彼得·拉特克利夫(Peter J. Ratcliffe)以及美国约翰霍普金斯大学医学院的格雷格·塞门扎(Gregg L. Semenza)获奖,以表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献。

2020年,诺贝尔生理学或医学奖由科学家Harvey J. Alter,Michael Houghton和Charles M. Ric共同获得,获奖理由是发现丙型肝炎病毒。

2021年,诺贝尔生理学或医学奖由加州大学旧金山分校的戴维·朱利叶斯(David Julius)和斯克里普研究所的阿代姆·帕塔博蒂安(Ardem Patapoutian )共同获得,获奖理由为在独立研究中分别发现了温度和压力的感受器。

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(神秘的地球uux.cn)据健康报(记者 王潇雨):我们从何而来?是什么使我们成为独一无二的人类?北京时间10月3日17时33分,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典遗传学家斯万特·帕博(Svante Pääbo)获奖,以表彰他“在灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。他建立了一门全新的科学学科——古基因组学,为人类探索自身的独特之处奠定了基础。

明确史前人类和现代智人的“亲戚”关系

“帕博博士的研究破解了已经灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组,提高了我们人类对自身进化历史的认识,大大丰富了我们对史前人类演化历史的认知。”广州大学生命科学学院博士生导师何锴教授告诉记者,此前,绝大部分的古人类研究主要是基于形态学开展的,研究人员会去比较化石和现代人形态上的异同。但是,基于形态学开展的研究,往往提供的是一些“假说”,这些“假说”并未得到实质性的检验。比如,即使是两个进化上差异很大的物种,由于生活在相同或相似的环境,他们的形态在进化过程中会逐渐靠近。而对于不反应到形态上的特征,比如生理和遗传层面上的差异,形态学就无能为力了。

“而帕博团队,开创性地使用了古基因组学的研究方法。他们直接从几千至几十万年的化石材料中提取DNA,并且进行基因组测序,这一技术可以测不超过100万年的古DNA。他们的研究证实,尼安德特人是早期智人的一种,并且在研究过程中,发现了另外一个灭绝的支系,就是丹尼索瓦人。”何锴介绍,这些发现还原了几千至几十万年前,欧亚大陆古人类的分布和遗传信息。

“很重要的是,他们还发现了这些灭绝的古人类与我们智人祖先存在基因交流,他们的基因组对我们现代人类的遗传多样性存在一定的贡献,尽管这个贡献度只有百分之几,而且并不是均匀分布于所有的人群,比如说,尼安德特人对现代非洲人的基因组就没有贡献。”何锴说。

向更古老祖先追溯有丰富的想象空间

古人类的演化一直是人们关注的领域。

“向更古老的祖先追溯,直立人可能是我们和尼安德特人等的共同祖先,帕博团队正在开展相关研究工作。” 中国科学院昆明动物研究所博士生导师张晓明提出,解密早期直立人、晚期直立人的基因组和演化历史,可以直接和智人早期和晚期的遗传关联,将所有的线索进行串联,帮助我们更好地理解智人的演化。

“除了尼安德特人之外,丹尼索瓦人的研究工作做的还比较少。因为丹尼索瓦人的分布主要是在欧亚大陆的东部,中国也有不少丹尼索瓦人的化石。”张晓明介绍,基于现有的信息,丹尼索瓦人似乎有非常丰富的遗传分化,而且丹尼索瓦人对现代智人的基因组同样是有贡献的。

此外,欧亚大陆还有其他古人类,特别是在30万年前到10万年前之间,中国有丰富的古人类化石。“无论他们是否是我们已知的古人类、现代人类,还是未知的类群,揭示他们的基因组,才能够解读古人类和现代人类的关系,这方面的潜力和想象空间非常大。” 何锴说。

解密人类之外的灭绝物种的遗传信息,是几年前开始兴起的研究热门领域。

“这其实是将古DNA技术应用到其他灭绝生物,包括古动物和古植物等。同时这些技术也被应用到考古学,用来揭示人类遗址的动植物物种多样性,还原古人类生活的自然和生物环境。”张晓明还提出,由于DNA存在一定的半衰期,所以古DNA的研究是有时间上限的,这个上限大致是100万年。相对于DNA来说,蛋白质能够保存更长时间,所以最近关于古蛋白质的研究将能够帮助我们跨过100万年这个门槛,揭示更早的古人类及其他动物的演化。

为探索人类疾病的分子机制提供新视角

“在没有尼安德特人基因组之前,我们能找到的和人类关系最密切、有遗传信息的生物种,是黑猩猩和倭黑猩猩。但是当我们找到人类和黑猩猩的某个基因存在差异的时候,很难判断这是随机突变的结果,还是适应性进化的产物。但是尼安德特人、丹尼索瓦人基因组的解析,为我们研究人类的独特性提供了一个更准确的参照系。”何锴解释,“换句话说,我们只需要找智人和尼安德特人的差异就可以了,这就大大减少了基因筛选的工作量。”

何锴举了个例子,今年9月《科学》期刊刊登了一篇论文(帕博也是作者之一),研究人员发现智人的一个基因TKTL1(转酮醇化酶)和尼安德特人相比,在第317位氨基酸存在一个碱基替换。“这是科学家发现的为数不多的、和神经发育相关的基因存在氨基酸替换。而这单个氨基酸替换,会增加放射状胶质细胞的数量,促进大脑额叶中基底神经祖细胞的丰度,促进现代人类大脑皮层产生更多的神经元。”

“而且这些研究为医学疾病分子机制的探索提供了另外一种思路和外部视角。有些我们现在看起来是有害的基因突变,在早期人类演化过程中,可能是为了适应某种特殊的环境而产生的,在当时是对人类祖先生存繁衍有利的突变。这也提示我们,在寻找疾病致病机理和治疗方案的时候,我们也许可以从其他生物身上去寻找线索。”何锴说。

“基础科学研究,虽然不能直接指导临床研究,但是会帮助我们构建牢固的科学知识体系。就好像地基和楼房的关系,只有地基扎实,楼房才不容易倒。比如,只有当我们知道DNA双螺旋结构之后,才有可能理解遗传疾病的遗传属性和发病机理。我们现在还不能解决阿尔兹海默病,很大程度上就是因为我们还未能完全理解大脑发育和大脑功能的分子机制。”何锴强调,“新的科学知识和技术的积累,不是一蹴而就的。”

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(神秘的地球uux.cn)据文汇报:2022年诺贝尔生理学或医学奖宣布,瑞典科学家斯万特·帕博获得奖项。此时,身在北京的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹,得知自己博士导师的喜讯,“真的非常非常为他开心”。

“他对我的科研之路影响非常大,可以说是精神导师。”付巧妹感受最深的,就是斯万特身上永远都被充满好奇心的热情驱动着——不管遇到的问题有多难,都要想办法攻克。“他似乎没有什么功利心,只要是好奇,想知道的,就一定要做出来。”

在德国马普演化人类研究所跟随斯万特攻读博士期间,付巧妹就非常享受那种科研状态,“你经常会看到他和博士生们一起,飞快地互动、交流,去推动一些研究项目,一连几天,完全看不到倦怠”。

然而,古DNA领域的研究,较之其他科研,更需要十二分的严谨。“当我们有了似乎是颠覆性的发现,斯万特问的第一句话永远是‘是不是搞错了?’”付巧妹告诉记者,她在美国做一个项目的实验设计分析,发现一个很重要结果,“当时,我发现一个几万年前的现代人,可能在他的父母中有尼安德特人。”由于古DNA样本特别容易受环境污染,所以很多常规数据,可能看到的就是欧洲人的DNA,而看不到尼安德特人的DNA特征。

面对所有可能的重要发现,斯万特永远都是用最严谨的态度,再从不同角度反复验证,慎重确认结果。“我们这一行,一旦得到一个出乎意料的重要结果,第一反应往往不是惊喜,而是担心搞错了。”付巧妹说,这就是斯万特在从无到有开创这一领域时,形成的规矩——宁可不做,也不轻信。

这位一直想知道“人为何会成为人类”的老人,在生活中就像一个小孩。“平时去上班,他会骑自行车,他还喜欢跑步,哪怕开会,也会带上跑鞋,顺道跑一圈。”付巧妹说,自从2009年斯万特所在的德国马普演化人类研究所与中科院古脊椎所开展合作,成立联合实验室,他也数次来中国,“只要来北京,他早上就经常去住所附近的紫竹园跑步。”

作为联合实验室的重要负责人,付巧妹说,联合实验室成立初期,斯万特给了很多建设性指导。到2016年,联合实验室升格为中科院与马普所共建的分子古生物联合实验室。现在,古DNA研究已经在中国蓬勃发展起来。

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(神秘的地球uux.cn)据文汇报:“在百年诺奖历史上,这是专门研究进化的学者第一次获得诺奖。”中国科学院院士、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员周忠和在接受记者采访时说。 

“国内在古DNA领域的高水平研究,始于与斯万特·帕博时任所长的德国马普协会莱比锡演化人类学研究所的合作。”得知斯万特·帕博新晋2022年诺贝尔生理学或医学奖得主,周忠和为他由衷感到高兴,“他对人类的知识贡献是巨大的,他的研究涉及到古疾病,比如控制疾病基因及其机制。当然,他最大的贡献是对古人类学、考古学研究,开启了革命性变革,仅用短短十几年,就让古DNA研究迎来了一个巅峰”。

2008-2009年,当时周忠和正担任古脊椎所所长。当时,由帕博开创的古基因组学研究正在兴起。于是,古脊椎所决定与马普演化人类学研究所签署合作协议,在国内成立古DNA实验室,派遣付巧妹前往德国攻读该领域博士,帕博正是付巧妹的导师。

此后十多年,中国古DNA研究得到了迅速发展。“过去,古DNA研究在欧洲开展比较多,亚洲则比较欠缺。经过这几年的发展,亚洲也已逐渐赶上。”周忠和说,帕博与古脊椎保持长期良好的合作,

谦和、绅士,是周忠和对帕博的印象。“每次来到古脊椎所,他总是对各种不同学术意见,表示出十分的尊重。”

在百年诺奖历史上,这还是专门研究进化的学者第一次获得诺奖。“诺贝尔生理学或医学奖一般不考虑宏观生物学,所以虽然平时古生物圈也会有议论,说帕博可能得诺奖,但总感觉可能性不那么大。”周忠和说,去年年底去世的被称为“当代达尔文”的爱德华·威尔逊,也拥有崇高的学术声誉,“不过一般宏观生物学领域能获得奖项,是四年颁一次的克拉夫德奖”。如今,帕博获得诺奖,可谓实至名归。




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