杨冬

尼安德特人是人类祖先智人的亲戚。长期以来，科学家们都认为尼安德特人早在数万年前就已被智人取代，并没有留下任何后代。然而，近年来，科学家通过对“古DNA”的研究发现，现代人的基因组里混有来自尼安德特人的基因。这说明在远古时期，智人与尼安德特人之间有过某种程度的杂交。研究智人与尼安德特人的关系，对于理解人类的进化历史具有很重要的意义。

今年的诺贝尔生理学或医学奖得主斯万特·帕博是“古DNA”研究领域的创始人之一。“古DNA”，是指几千甚至数万年前古代生物遗骸内包含的DNA。通过研究这些“古DNA”，可以回答很多有关物种进化的问题。在帕博的著作《尼安德特人》（中文版于2018年出版）中，作者介绍了他是如何在40年前通过一个异想天开的想法开启了一条“古DNA”研究之路。

帕博的《尼安德特人》不仅给出一系列科学研究的结论，还向读者展示了科学发现的历程。在描述科学发现的过程中，作者并没有隐瞒他遇到的困难或犯下的错误。比如，最初，帕博对研究古埃及木乃伊的DNA非常着迷。当时他在攻读博士学位，研究与人体免疫相关的蛋白质，突然转向研究古代人类DNA，无疑是个疯狂的想法。为了实现自己的研究目标，帕博冒着得罪导师的风险，从他的博士研究中抽出大量时间，去当时东德的一个博物馆收集木乃伊样品。通过一系列实验，他认为自己提取到了古代木乃伊的DNA。帕博的这项研究成果还发表在了一些学术刊物上，其中包括让很多科研人员羡慕的著名学术期刊《自然》杂志。不过，后来的研究发现，“古DNA”实际上很容易被现代人的DNA污染。由于当时帕博没有考虑到这个问题，也没有设计方案控制污染，所以他最初几次提取的“木乃伊DNA”，很可能是已经被现代人的DNA污染后的结果。

帕博研究“古DNA”的经历会给我们带来什么启发呢？首先，疯狂的想法往往是伟大事业的开端；其次，真正在科学上前进一步要克服的困难难以想象。有时候你觉得自己的研究取得了突破，然而由于没有考虑到某些关键因素，就会导致实验结果出错。就“古DNA”领域而言，在20世纪90年代初，随着基因克隆技术的发展，大批科学家进入这个领域，试图克隆出古老的DNA。在那段时间里，新闻报道的内容越来越骇人听闻。有报道称，科学家利用几千万年前的各种化石克隆出了形形色色的古代生物的DNA，包括植物、酵母、白蚁、恐龙，等等。然而，经过一段时间后，这些克隆实验研究的结果纷纷被证明是错误的。DNA无法留存几千万年，而这些所谓的远古DNA实际上都是来自细菌的污染。

在克隆技术备受瞩目的时期，帕博调整了自己的研究方向，逐渐把工作聚焦在一些可以解决的问题上。既然很难区分现代人的DNA与古人的DNA，那么就暫时不研究人的DNA，而是转为研究最近灭绝的一些动物。研究这些动物还有一个好处—它们灭绝的时间离现在比较近（几千到几万年），研究人员无需提纯几十万年或几百万年前的DNA。这种“量力而行”的态度很快就有了回报。

帕博最先研究的是线粒体DNA。线粒体是细胞中的一个细胞器，它是细胞的能量供应站。动物、植物、真菌等生物被称为真核生物，因为它们都由真核细胞组成，真核细胞中都有线粒体。在真核细胞进化的过程中，由于接纳了远古的细菌，逐渐演化出了线粒体。虽然目前大部线粒体DNA都已经转移到细胞核内，但是线粒体还是保留了一些DNA。由于一个细胞内有大量线粒体，同时线粒体又有双层膜保护，所以与从古老样品中提取细胞核里的DNA相比，提取线粒体DNA要容易得多。

磨齿兽是帕博最先选定的研究对象，它是在距今1万年前灭绝的一种类似树懒的动物。与树懒不同，磨齿兽生活在地面。通过对古线粒体DNA的分析，帕博带领研究团队建立了磨齿兽与现存的二趾树懒之间的亲缘关系。现存的三趾树懒则与它们的亲缘关系较远。因此，这个研究说明了现存的两种树懒可能是独立进化出了树栖的生活模式。

旗开得胜后，帕博开始考虑研究尼安德特人的DNA。因为尼安德特人虽然属于人类，但是毕竟和现代人（智人的后代）有区别。因此，现代人DNA的污染问题在尼安德特人的DNA样品上也更好处理；同时，通过比较尼安德特人DNA与现代人DNA的差异，又能回答有关人类进化的很多问题。

和磨齿兽的研究一样，帕博也提取并分析了尼安德特人的线粒体DNA。在与现代人类的线粒体DNA进行比较后，帕博获得的初步研究结果是“尼安德特人对现代人的线粒体DNA没有贡献”。

这意味着什么呢？帕博的研究结果主要涵盖两个可能性，一是尼安德特人与智人没有杂交的历史，二是他们的后代不育或者有某种缺陷，因此最后被淘汰了。但是，由于线粒体DNA不一定能反映问题的全貌，这个研究结果中还隐藏着其他可能性。

线粒体只存在于细胞质中，所以它只能通过母系进行遗传。也就是说，如果是男性尼安德特人与女性智人繁衍后代，尼安德特人的线粒体DNA不会进入现代人的基因库。因此，要全面研究这个问题，需要提纯并分析尼安德特人的细胞核DNA。

提纯细胞核DNA非常困难，帕博尝试了很多方法。首先，通过各方努力，帕博及其研究团队得到了克罗地亚一家博物馆的帮助，获得了尼安德特人DNA含量特别高的古代骨骼样品。其次，他们利用细菌和人类DNA的序列差异，使用能够特异切割细菌序列的酶处理样品，从而大大富集了样品中的尼安德特人DNA。最后，帕博团队使用当时最先进的测序技术，即第二代测序技术，对样品进行测序。在克服了重重挑战，尝试了多种前沿技术之后，帕博团队终于完成了尼安德特人DNA测序工作。

测序完成后，还需要将测得的短DNA序列组装成尼安德特人的基因组，这一过程也充满挑战。比如，在经历漫长的岁月后，尼安德特人DNA的碱基可能会发生化学损伤，从而导致序列改变（如C通过脱氨基变成U，后者在测序时会被读作T），因此当来自尼安德特人的基因序列与现代人不同时，科学家们必须确定这是真正的序列差异还是由于碱基损伤导致的改变。同时，由于污染的危险始终存在，在分析数据的那段时间，帕博多次被样品可能受到严重污染所惊吓，几乎情绪失控。不过，经过严谨的分析证明，帕博团队提纯的样品纯度很高，来自于污染的DNA不到1%。

最后，帕博团队的研究结果证明，在非洲以外的现代人中，尼安德特人对其DNA有贡献，其贡献在现代人的基因组中约占2%。

比较有趣的是，在中国人和欧洲人的DNA中，尼安德特人的贡献基本相同。由于当时还未在中国发现过尼安德特人活动的痕迹，所以书中给出的解释是，当智人走出非洲后，他们首先在中东与当地的尼安德特人共存了一段时间，在那段时间里，这两种人类有了一定的基因交流。

特别值得一提的是，在非洲以外的现代人的基因组中，含有某种特定的MHC基因突变体，而此种突变体在尼安德特人中也普遍存在。由于该MHC基因突变体在非洲智人中不存在，因此现代人的MHC基因突变体很可能来自尼安德特人。研究者发现，MHC基因与人体免疫系统密切相关，涉及抗原的识别，它可以识别某些非洲以外的病原体。因此，MHC基因突变体在非洲以外的现代人中得到了扩张。虽然尼安德特人没有与智人同行，繁衍至今，但却在现代人的DNA中留下了有助于生存的特殊礼物。

帕博在《尼安德特人》一书中给读者讲述了两个故事。一个是关于科学的故事，即怎么从无到有，把“古DNA”研究建设成了一门学科。另一个是关于我们人类祖先的故事，即尼安德特人还没有完全“灭亡”，他们的基因还在通过现代人的繁衍而延续，无声无息地影响着我们的生活。这两个故事在一本书里奇妙地合成一个整体，创造出丰富、美妙的思考空间，令读者沉浸其中，流连忘返。