付巧妹:古人类基因中的遗传密码
开讲啦(2020年8月15日)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(视频)
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我们是谁？我们从哪里来？我们将去向何方？我国科学家正一步一步为这困惑了人类许久的“哲学三连问”做出解答。不久前，我国科学家成功获取南北方各地遗址的26个个体基因组，并对其进行测序。本期东亚南北方史前人类基因组这一重大发现的带头人付巧妹结合自身在古人类基因领域的多项重大发现，为我们揭开了人类演化史的冰山一角。
豆腐脑到底是咸的好吃还是甜的好吃？吃粽子你是“甜党”还是“咸党”？在网络上热火朝天的“甜咸之争”中，南北方人分立成了两派。在为了各自的“口味信仰”辩护得热火朝天之余，大家有没有思考过，用地理区域来划分南北方人真的准确吗？
在今天《开讲啦》的讲台上，付巧妹付老师为我们提供了一条分辨南北方人更准确的路径：真正决定你是南方人还是北方人的，其实是基因。付老师提出，至少在9500年前，中国古南北方人群就已经分化了。随着时间不断推移，南北方之间逐渐融合，这种差异慢慢地在减小。更让人意想不到的是，到了现在，不管你在地理区域上是南方人还是北方人，其实基因中大部分都是来自于古北方人的基因！
提到研究古人类基因的工作，大家是不是都会想象他们就像考古学家们一样，“面朝黄土背朝天”地整天在户外“掘地三尺”找相关化石、骨骼材料呢？其实不是的，研究古DNA是要跟不同学科的相关专家一起来做工作。付巧妹说，他们团队更多的时间都是在实验室里钻取骨粉、获得数据，从而分析不同古DNA之间的差别。
研究古人类对我们现今的社会有什么启示？付巧妹认为：研究古DNA，能刷新我们对于人类演化的一些认识，同时也能让我们了解我们人类在每一个枝叶上的情况，从而绘制出相关的人类演化图谱。弄清楚我们是谁，它不仅仅是能让我们了解到过去，还能够指导我们的现在，指导我们的未来。
本期《开讲啦》邀请到了一位在高黎贡山国家级自然保护区里“捡猿粪”的青年代表。其实“捡猿粪”和古人类基因研究也有共通的地方，通过对“猿粪”的检测，专家能够得到长臂猿遗传多样性的样本。付老师提出，对于长臂猿这样的珍惜动物，要在生物多样性的层面上给予它们发展的空间，并且，古DNA“钓鱼”提取法也可以用于现生濒危动物的保护当中。
付巧妹老师有一张照片很有“反差萌”：一位青春靓丽的女科学家毫不恐惧地贴近一具骷髅，微笑着与它合影。谈到这张照片的时候，付老师说：“我感觉跟他合影是我的荣幸”。在付老师眼里，那不是一具让人恐惧的骷髅，而是沟通过去、现在、未来的一把钥匙。
在演讲的最后，付老师对于古人类基因研究的意义作出了这样的解答：“并非所有的研究跟经济价值有关才叫有用，如果是这样，可能人类社会就不存在了。”立足于现在，我们想象中几万年前的人也许只是需要生存，没有别的需求，但通过古人类研究，通过文化遗迹，我们可以看到在几万年前人类就创造出了骨笛和雕塑，说明在活下去之外，他们也有精神需求。那些与经济价值无关的精神需求，或许正是生活的意义所在。
对于过去的探究让我们更加明白自己是谁，也更清楚我们作为人类对这颗星球应当承担的责任是什么。
想找“猿粪”还得有缘分？想知道一万年前的欧洲人长什么样吗？你知道古人类和现代人居然有交流吗？
南北方人是在什么时候分化形成的？
大家好，我们中国人经常在初次见面的时候，就喜欢问你是南方人？还是北方人？那么为什么要说这个，其实是因为很多情况下，在南方和在北方，它有这种地理环境的差异，也有生活习惯的差异。就比如说我吧，我是南方人，但是当时我记得，我是去上大学的时候才去的北方，也算是我第一次去这么远的地方。当时我记得在学校食堂，刚刚吃到这个豆腐脑的时候，我就很诧异，怎么会只有这种咸的，而没有糖的选择。后来我才知道，这其实就是南北方的生活差异。那么典型的南方人和北方人，到底有什么样的方式，可以看他们本质上有什么不同吗？有的，也就是通过他们的遗传物质——DNA(脱氧核糖核酸)。
我们最近的一些研究就是与之有关的，我们获得了十一个遗址中的二十五个距今大概是九千多年一直到四千多年，还有一个距今三百年的个体。这个项目可以说是目前以来，首次针对中国南北方开展的这种时间跨度最长，系统性的这种古基因组研究。通过我们研究发现，至少在九千五百年以前，南北方人群就已经分化了，这是什么意思呢？也就是说在九千五百年前，就已经出现了跟我们现代的这些南方人相似的这些遗传成分，也就是古南方人群。同时也出现了跟我们现在的这些北方人相似的人群的遗传特点，也就是古北方人群。
那么是怎么得到这个结论的呢？人类有三十亿个碱基对，那么在他这个基因组中，我们知道不知道，人类跟黑猩猩有多大的差异呢？对，也就是大概百分之一。那么有没有人知道，人与人之间有多大的差异呢，我们的差异大概是平均千分之一。那么我们就是通过研究相关的人群，尤其是过去的人群的这种骨骸，还有他的化石，保留了这些人群的遗传信息，也就是刚刚说到的碱基特点，来了解相关人群的不同。这里提到的这种骨骸，还有化石，都是非常难得的。因为它必须在生物体死亡以后，埋藏在一个相对来说有利于它保存的地方，要不然它可能就完全消失殆尽。那么还需要一个是什么呢？就需要一些在几千年，甚至几万年，甚至更远的几十万年以后，相关的有缘人发现它。所以我们可以看到相关的材料是非常珍贵的。
虽然这个研究是现在才刚刚出来，但是我们开始的时间是非常早的，大概在2012年这个研究就已经开始了。而在2014年，我们当时已经获得了非常关键的几个个体，这个个体能够代表相关的北方人，同时也有南方的个体。但是当时我非常纠结，原因是里边的南方个体，它有一个非常重要的，不一样的特点。这个南方个体，它是在离福州很近的一个岛屿上，叫亮岛。那么岛屿的环境其实是非常特殊的，大家可以看一下这个图片里的人，他也是在岛屿上的，在印度的安德曼群岛上的一个个体叫onge（翁奇人），那么他跟印度半岛上的人是完全不一样，所以用岛屿的人群代表典型的南方人，在我这里是非常难过这一关的。虽然当时就有人告诉我，你的研究已经得到非常重要的结论，但是当时觉得如果不能获得南方大陆的这种南方人群的DNA，是没有办法说服我自己继续往下去把成果给大家展示。可能大家都想不到，就为了获得这个南方大陆的相关的基因组，我们付出了多大的代价，付出了多长的时间？将近五年的时间，我们才最终获得了。
为什么获取古人类的DNA这么难？
为什么会这样呢？为什么会这么难？主要原因有两个，第一个就是古DNA本身的特点可能很多人说古DNA跟我们现在都是遗传物质，它有什么不一样吗？如果我们现在拿的是一个人的血液的话，我说的是现在的这些人的血液，那么这些血液中大部分都是属于这个个体本身的DNA，但是对古DNA而言，它的片段非常短，而且有大量的微生物的DNA，有时候甚至于属于它本源的DNA基本上没有了。所以这也是为什么很长时间里，通过古DNA研究人的演化是有非常大的难度。那么这是第一方面。第二方面就是南方古基因组，我们的南方它不仅仅是这种热、湿，更重要的它的土壤含有很高的酸性，这种酸性土壤对我们的骨骼破坏是非常大的。有时候你甚至还能看到这样的骨骸，但事实上它里面的有机质、DNA全部都没有了。所以这就使得南方的古基因组获得难上加难。基于此，我们团队共同开发了这种高效的核DNA捕获技术，可以把这种微量的人类的DNA从海量的微生物中把它“钓”出来，从而扩大了我们的研究对象。也让我们在这个项目中，获得了十八例非常珍贵的，南方距今大概八千多年到四千多年的这样的基因组，而且这个基因组也被高度地评价是填补了这个区域的空白。
现在的南方人其实有很多北方的成分？
那么说了这么多，可能很多人很好奇，这种分化跟我们现代的这些南北方人群的差异是更大还是更小？通过我们的研究发现，现在的人他的差异会变小，主要是因为南北方进行了融合。你可以看到这张图，现在的这些人全部体现出似乎跟北方人更相近，它说明了什么？说明了现在的南方人，即使是典型的南方人，他也是在这种四千年以来，受到了北方人群的大量的这种影响混合，使得他的古南方成分急剧下降，最后就形成了您现在看到这个局面。所以即使是现在的南方人，他也有很多这种北方的成分，这是不是出乎大家的想象？
为什么要去研究古人类？
可能很多人都会有这样的疑问，你们为什么要做这个呢，做这个又有什么用呢？当时被问到的时候，其实我是很诧异的，为什么会问这样的问题？我猜可能是因为觉得我们这个研究跟经济价值无关。但是并非所有的研究，跟经济价值有关才叫有用。如果是这样，可能人类社会就不存在了。通过我们的研究体现了在九千年以来，我们的中国人群的这种连续性，它对于文明探源会有很重要的一些线索。
刚刚小撒老师提到的现代人跟灭绝的古人类共存的这个阶段，我们把这种万年的尺度向更远的尺度去拉近。那么在这么长的一个共存的时间里，现代人和古人类发生过什么？他们有没有可能出现图片上出现的这样的对话，也就是现在的小女孩跟尼安德特人的对话。一直以来认为，我们的现代人在当时是完全取代了当时的古人类。那么一直到2010年，通过尼安德特的基因组草图，我们才知道原来现代人中只要你不是非洲人，你都有尼安德特的成分。那么当时刚发现的时候，其实是有一些争议的，原因是因为在我们现在的这些人群中，当你发现到这种尼安德特的成分，它是非常非常碎片化地洒落在我们的基因组中。但是在2015年，我们通过四万年前的一个早期现代人，了解到他就是一个混血产生的一个很近的后代，当时刚刚看到这个信号的时候，我第一反应不是兴奋，而是在想我是不是做错了什么？在这种情况下，我就进行了反复的验证，而且自己给自己找茬，让自己去否定自己，用各种的证据去否定，直到最后否定否定再否定在无法否定的情况下，我才开始知道，它确实是存在这种古老的信号的。那么这个尼安德特人的片段，能告诉我们什么呢？对于这个四万年前的现代人而言，他的曾曾曾祖父母中有一个尼安德特人。通过我们的这个研究，实实在在地看到了这种非常长的片段，同时实实在在地看到了这种几代以内的这种传承。这也让我们知道古DNA是一次次能刷新我们对于人类演化的一些认识，同时也让我们作为人类演化的研究者，有更大的责任去了解我们人类在每一个枝叶上的情况，从而绘制出相关的人类演化图谱。
在很久很久以前，欧洲人竟然是暗色皮肤、蓝色眼睛。
在我的过去的一个研究中，就有一个非常意外的发现，这就是关于欧洲人的。对于欧洲人，他最典型的外貌特征是怎样的呢？蓝眼睛，白皮肤。但是通过我的研究发现，大家所知道的这种蓝眼睛，大概是在一万四千年前才出现的。白皮肤出现的时间就更晚了，大概是在七千年前。那么大家可以想象一下，这就意味着，在一万四千多年前到七千年前这个阶段，存在着中间态，也就是暗色的皮肤、蓝色的眼睛，是超出我们的想象的。我们在很多时候，会有人告诉我们，人群适应当地的环境，出现这种适应性的基因。出现的原因大多数是因为，在漫长的岁月里，偶然突变出了一个基因，而且这个基因非常利于这个环境，所以它具有一定的优势，最后固定下来了。但是通过我们研究发现，其实很多的原因，并不是因为这种偶然突变出现的、本地出现的，更多的是这种外来人群带来的。比如说欧洲人的白皮肤就跟外来人群有关系。
研究古人类不仅能让我们知道过去，更能让我们更好地面对未来。
其实过去的古人类，跟我们现在的每一天都有关系。为什么这么讲？比如说我们知道的这种常见病，就是2型糖尿病，控制这个相关的基因，就是跟尼安德特人有关。那么这个基因可能现在看来，怎么会遗传给我们这么不好的基因？但是大家如果去换位思考，想到当时的这些时代，其实在远古的人类，他拥有这样的一个基因的话，可能会更有助于他抵抗这种饥饿、保存体能。另外就是我们大家知道“夜猫子”，他的相关的这种生物钟的、调控的基因，也是可能跟尼安德特人有关。而关于我们人类基因本身，其实还有很多未解之谜，所以人类的本身的演化的研究，是我们的一个终极命题。也就是说弄清楚我们是谁，是非常重要的一个问题。它不仅仅是能让我们了解到过去，还能够指导我们的现在，指导我们的未来。
由中央电视台综合频道(CCTV-1)和唯众传媒联合制作的《开讲啦》是中国首档青年电视公开课,创办于2012年。每期节目由一位知名人士讲述自己的故事,节目邀请“中国青年心中的榜样”作为演讲嘉宾,分享他们对于生活和生命的感悟,给予中国青年现实的讨论和心灵的滋养,讨论青年们的人生问题,同时也在讨论青春中国的社会问题。
节目每期有六位来自全国各届的青年代表,向演讲嘉宾提问互动,300位大学生作为观众现场分享这场有思考、有疑问、有价值观、有锋芒的思想碰撞。他们对人生有思考,对未来有疑问,他们思想新锐,观点先锋,是中国未来的中坚力量。每期演讲嘉宾选择的主题,均为当下年轻人心中的问号,讲述青年最关心、最困惑的话题。这是中国最具青年公益的节目,千名青年学子,百回思想交锋,聆听思想的声音!
