施温提·柏保: 我们体内的尼安德特人DNA痕迹

我今天想谈谈 从研究现代人和古人类 基因组的研究中 我们能够学到什么 在此之前 我先简短回顾一下你们已有的知识 我们的基因组 基因物质 几乎存在于人体所有细胞的染色体中 由脱氧核糖核酸（DNA）构成 呈双螺旋分子结构 遗传信息 存在于四种脱氧核苷酸 所组成的序列中 这四种脱氧核苷酸分别简称为 A T C G 信息有两组 每条氢链上各有一组 这很重要 因为 每当新细胞形成 这些氢链会展开 而新的氢链以旧氢链作为模板进行互补配对 这一过程几乎精准无误

当然 在自然界中 事事无绝对 错误总有发生的时候 而一旦发生 一个错误的字母就会被编进去 我们可以等一下会看到 这些突变产生的结果 例如拿在座各位的DNA 序列 进行比对 如果拿我的基因组与你的基因组相比 每1200到1300个字母 就会出现差异 这些突变像时间一样 不断累积 如果把一只黑猩猩加进来 我们能看到更多差异 大致每100个字母 就会出现差异

如果你对一段DNA 或整个基因组的历史感兴趣 你可以通过观察到的这些差异 对DNA的历史进行重组 我们可以通过这个树状图 来描述这段历史过程 在这里 情况非常简单 这两个人类的DNA序列 可以追溯到较为近期的一位共同祖先 而进一步追溯下去 就找到了他们和黑猩猩的共同祖先 由于这些突变 多少起到了时间的作用 你可以通过这些差异 来对时间进行预测 这两个人类通常 在50万年前有共同的祖先 而与黑猩猩 则在500晚年前有共同的祖先

在过去几年里 由于有了先进的技术 你们能够很快地查看许许多多DNA片段 我们现在能够在短短几个小时里 鉴别出一整个人类基因组 当然 我们每个人都有两个基因组 一个来自母亲 而另一个来自父亲 长度约为30亿个字母 我们会发现 我的两个基因组 或者一个基因组 在这样的排列中 有300万个差异 现在你可以开始 分析这些基因差异 如何分布在世界各地 如果你这么做 你会发现一定数量的基因变异发生在非洲 如果你看非洲以外 你找到相对较少的基因变异 这让人大吃一惊 这是因为非洲以外的人口数量 比非洲的人口多了6至8倍 但是非洲人 拥有更多的基因变异

更值得注意的是 几乎所有非洲以外的 基因变异 都与非洲境内的DNA序列 关系非常密切 但如果你看非洲境内 基因变异的组成 在非洲以外并没有近亲 所以这个模式说明 来自非洲的一部分变异 走出了非洲 走向了世界 再通过使用追溯这些基因差异的手段 我们得到这样一个结论 即现代人 本质上基本相同的你和我 都是在10万至20万年前 在非洲出现并演进的 之后 在大约10万到5万年前 他们走出了非洲 走向了世界

我常说 从基因组的层面上看 我们都是非洲人 现代人要么生活在非洲 要么就是以前从非洲走出来的 现代人近期起源的 另一个结果 是基因变异 在世界上广泛分布 到很多地方 至少从总体上看 基因变异的走势成斜线状 既然存在如此多的基因变异 它们的变化率也不同 这意味着如果我们鉴别出一个DNA序列 即某个人的基因组 我们就可以非常准确地推算出 这个人来自何方 假设这个人的父母或祖父母 基本都留在一个地方

但是这就意味着 比如说 许多人认为 不同大洲的人 其基因存在巨大差异吗？ 我们也在问这些问题 有一个正在进行的项目 在为一千个人的基因组排序 这些人来自世界各地 他们为来自非洲的两个种群的 185人进行了基因组排序 他们也在欧洲和中国也找了同样多的人 对其基因组进行排序 现在可以说我们找到了多少差异了 也就是其中一个序列 有多少字母是不同的 这个数字很大 3千8百万个差异

我们会为 非洲人和非非洲人种 是否存在绝对的差异 也许我们许多人所认为的 最大差异曾经存在过 我所谓的 绝对差异是指 当所有非洲人 在基因序列中 某个特定位置上都有同样一个字母 而所有非非洲人种 在这个位置上都有另一个字母 而在这几百万个差异中 没有任何一个位置有这种情况 这听起来不可思议 也许这是因为个别人被分错组了 那我们就把标准放松一些 看看我们在95%的非洲人样本中 能够找到多少个这样的位置 一个变量是 95% 另一个变量 我们得到的数字是12

这真的很神奇 这意味着我们看到 一个来自非洲的人 和一个来自欧洲或亚洲的人 从单个序列位置来看 我们无法 100%准确判断这个人携带的基因组的序列 而通过12个序列位置判断 我们也只能期望95%的准确率 这令人意外 我们从外表上看 很容易就知道他们或其祖先从哪里来 这意味着 那些显而易见的特征 包括 面部特征 肤色 毛发结构 都不是由单个其重大作用的基因决定的 而是许多不同基因变体共同作用的结果 而在世界不同的地方 这些变体变化呈现不同频率

关于这些特征的另外一点 我们能够不费吹灰之力就能分辨彼此 我认为这点非常值得思考 那就是 这些特征都体现在我们体表 这些都是 面部特征 毛发结构 肤色 在食物的新陈代谢方面 以及对抗病菌的 免疫系统方面 不同人种的 相关特征 也有不同 但这些都属于身体特征 直接与环境互动 也可以说是与自然亲密接触 不难想象 身体这些部位 能够很快被自然选择所影响 并改变相关的 基因频率 如果我们看看那些 不直接接触外界环境的部位 如肾脏 肝脏 心脏 就完全不可能 通过观察这些器官 来判断人种

由此可推断出 另外一个有趣的观点 那就是人类的共同祖先来自非洲 他们出现在 距今10年以前 但他们不是唯一的人类种群 当时还有其他人类种群 最著名的要数尼安德特人 这些体魄强健的人类 在左边 与右边的现代人骨架相对比 他们自千百年前就一直生活在 西亚和欧洲地区 这里有个问题很有意思 我们两种人相遇的时候 发生了什么 尼安德特人后来怎么了

为了回答这些问题 我的研究组 从25年前 就一直在对从生活在几万年前的 穴居人以及古生物的 遗骸中提取其DNA的方法 进行研究 提取DNA 并将它转换成可以进行排序的形式 需要用到纷繁复杂的技术 工作的时候要高度谨慎 以免把你的DNA 与试验中的DNA混在一起 通过使用这些方法 我们能够在很短的时间里将许多DNA分子排序 我们在去年 成功将首个尼安德特人基因组排序 所有人 现在都能在网络上看到 我们到目前为止重建的 尼安德特人55%的基因组 你可以开始把它 和现代人类的基因组作对比

有一个问题 你可能会问到 那就是 我们碰面时 发生了什么 我们交汇过吗 研究这个问题 就要把来自南欧的尼安德特人基因组 与现代人的基因组 相比对 接下来 我们一对对地进行比对 先比对两个非洲人 观察这两个非洲人的基因组 找出它们的差异 每次比对都要问 尼安德特人的情况呢 它是否与其中一个非洲人相匹配 我们认为这两个非洲人之间没有差异 因为尼安德特人从未去过非洲 他们应该是一样的 其中一个非洲人 不会比另一个非洲人与尼安德特人更相近 而事实正是如此 数据说明 尼安德特人和两个非洲人的差距是一样的 但是这又不同了 这次我们比对的是欧洲人和非洲人 尼安德特人与欧洲人 相匹配的情况 远胜于与非洲人的匹配 我们在比对中国人和非洲人的时候 情况也是这样的 尼安德特人与中国人匹配的程度更高 这也让人惊奇 因为 尼安德特人从来没有去过中国

我们提出的解释是 当现代人在10万年前 走出非洲时 他们碰上了尼安德特人 他们可能首先到了中东 那里正是穴居人生活的地方 如果他们曾在那里交汇过 那么那些现代人 后来成为了非洲以外 人类的祖先 就携带了尼安德特人的基因 并把它传播到了世界各地 于是 今天 生活在非洲以外的人们 有2.5%的DNA 来自穴居人

我们现在有了一个穴居人基因组 作为一个参照点 又有了研究古代遗骸 并从中提取DNA的 技术 我们可以在世界其它地区采用这些技术 我们首先在南西伯利亚 阿尔泰山 一个叫做德尼柔娃（Denisova）的地方 这是一个溶洞 考古学家在2008年 发现了一小片骨头 这是骨头的复制品 他们发现这是 人类小手指的趾骨 它的保存状态很好 让我们能够从中鉴别出这个人的DNA 其序列长度比先前 尼安德特人的DNA还要长 并将它与尼安德特人的基因组 和现代人的基因组相联系 我们发现 这个人的DNA序列 源自64万年前的尼安德特人 进一步追溯下去 到了80万年前 这个人和现代人 有共同的祖先

这个人来自一个 与尼安德特人拥有共同祖先的种群 而在更久以前 他们有很长的独立历史 从这小小一片的骨头 通过这小小一片骨头 我们首次发现这个人种 于是我们用发现地点的名字 将他们命名为德尼柔娃人 对于德尼柔娃人 我们也问了同样的问题 他们与现代人的祖先何时进行交汇的？ 如果我们问这个问题 并把德尼柔娃人的基因组 如世界各地人们的基因组相比 我们惊奇地发现 没有证据证明德尼柔娃人的DNA 与现在生活在西伯利亚的人有关系 但是 我们在巴布亚新几内亚 和一些美拉尼西亚和太平洋岛屿上找到了证据 由于我们认定 美拉尼西亚人的祖先从未到过西伯利亚 所以我们推测 德尼柔娃人在过去分布的地区更广

通过研究 这些消亡了的人类种群的基因组 我们对现代人祖先走出非洲时的世界 有了逐步的认识 西有尼安德特人 东有德尼柔娃人 也许还有其他 我们尚未发现的人种 我们并不确定这些人种的分界在哪里 但我们知道尼安德特人 和德尼柔娃人都曾在南西伯利亚生活过 他们至少曾经一度共同生活在那里 现代人随后在非洲出现 走出了非洲 我们认为他们去到了中东 他们和尼安德特人交汇 接着继续分散到世界各地 到了东南亚 他们又和德尼柔娃人尼安德特人交汇 接着去到太平洋岛屿 后来 这些早期人类都消亡了 但是今天 在我们某些人 也就是那些后来走出非洲的人仍然有2.5%的DNA 来自尼安德特人 而生活在美拉尼西亚的人们 另有5%的DNA 来自德尼柔娃人

这是否意味着 非洲以外的人 与非洲人之间存在绝对的差异 非洲以外的人们 拥有已消亡 古人类的基因 而非洲人却没有 我不这么认为 现代人被认为 最早出现在非洲 他们当然也遍布整个非洲 那里有更古老的人类种群 既然我们曾经与其他种群杂居 我敢肯定 当我们找到一个 更早期人类的基因组 我们可能会发现 他们曾与早期现代人在非洲交汇

总结一下 从比对现今人类 与已消亡的古人类的基因组研究 我们学到了什么 我们也许学到了很多东西 我认为最重要的是 我们的基因交汇在了一起 我们拥有这些古人类的基因 不管现代人曾在哪里与他们相遇 从那以后 我们的基因就交汇在了一起

非常感谢

（众人鼓掌）