付巧妹，現任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古DNA 主任，為中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員, 中德中科院－馬普分子古DNA實驗室主任，人類演化環境考古專業委員會副主任。
文字版
付巧妹：可以說非常感謝有這樣的機會，尤其要感謝潘建偉老師讓我有這個機會，把我們這個領域的聲音傳遞給大家。其實大家通過這裡看到的圖片，就可以知道我們是幹什麼的。我們是通過古DNA研究人類演化。古DNA大家可能不是很熟悉，但是對於下面這個圖片中的染色體就非常熟悉了，可以說我們人體裡每個人都有這樣的染色體。染色體中有一個非常重要的雙螺旋結構，對遺傳非常重要。
它的重要性主要體現在雙螺旋結構中有鹼基互補，這種鹼基互補的半保留複製就使得DNA有很多魅力。而且在鹼基互補的過程中，其實有時候它會出現一些錯誤，這些錯誤其實對我們人類演化是非常重要的。比如說我們可以看到兩個人之間由於這種錯誤，它就有一定差異。我相信在座的很多人都知道，黑猩猩跟我們人是非常近的。黑猩猩與人之間，相對人與人之間的差距會更大一些。黑猩猩和我們人之間有多大的差異？其實他們只跟我們有1%的差異，也就是99%的遺傳物質，其實跟我們人類是一樣的。
那麼我們人與人之間到底有多大的差異？是在剛才說的1%的前提下，減小了10倍，也就是千分之一的差異。在這種情況下，我們人體中到底有多少這樣的染色體？我們一共有23對染色體，其中有一對是性染色體，也就是這一對性染色體，決定了我們的性別。當第一個受精卵產生的一瞬間，由父親和母親提供的X和Y決定了我們的性別，在這種過程之中，其實他也告訴了我們染色體是由父親、母親各一半提供給下一代的。
其實在我們人體中，除了染色體以外還有別的物質，也是帶有遺傳特點的。比如線粒體，它跟染色體有些不一樣，它主要是通過母系遺傳，它的遺傳物質相對要少很多。但是它在我們整個細胞中，會比剛剛看到的核多很多。比如這個細胞的示意圖，裡面就有非常多的線粒體，它的遺傳物質很少。而其中只有一個細胞核，核裡有我們剛看到的23對核染色體。
那麼我們不由回到探索人類演化，我們就很好奇在過去的幾萬年、幾十萬年裡，其實有很多人類存在。在這種存在過程中，在遠古的時候，可能大家對於當時人類的認識，更多地是認為他們需要生存，能夠生存下去是首要條件，是不是那個時候人就只有一個非常簡單的生活？其實並不是這樣，比如說你可以看到這裡面的藝術品，其實都是幾萬年前人創造的。比如說這裡看到的古笛，他是幾萬年前在德國（出現的），這裡看到的雕像也是幾萬年前的。所以，在幾萬年前的人並不只有簡簡單單的生存需求，他們也有精神上的需求。在這種情況下，我們非常好奇在幾萬年前是不是存在過很多不一樣的人，比如跟我們現代人不一樣。
我們可以看看這兩個圖片中的骨架，其中一個就跟我們現代人非常相似了，另外一個就非常不一樣。這一邊(左)其實是跟我們現代人不一樣的，這個（右）是跟我們現代人一樣的。這邊不一樣的其實就是尼安德特人的骨架，非常明顯的他有這種倒啞鈴的形狀，而我們現代人並不是這樣，他還有很多體質上的不一樣。我們是不是可以通過這些人的相關遺傳，瞭解過去發生什麼，同時也讓我們瞭解我們是誰，我們從哪裡來，通過更多的研究讓我們知道呢？是的。這種研究是通過什麼？就是古DNA。
那麼古DNA是不是就像這裡看到的，我們可以很粗略地把遺傳物質從相關的骨骼中獲得，就可以做相關研究呢？並不是這樣。首先，其實古DNA的對象並沒有一個侷限，我們雖然大多數用的是骨骼，但是即使是在相關的土壤中，我們也能夠獲得古人類的DNA。像2017年Science上就報道過，利用這種土壤的DNA，獲得古人類的DNA。也就是說只要是跟古人類樣品有關的，都可以成為我們的研究對象。
那麼到底有什麼不一樣呢？可以看看這張圖片，如果從血液中獲得相關DNA的話，有很大程度上都屬於個體本身，而且它的片斷非常長。但是對於古DNA，即使你的研究對象是這個直接對象的骨骼，裡面的DNA也只有少量是屬於內源DNA，很多情況下都是微生物的DNA，而且這種情況下它的DNA片斷非常短。所以如果我們研究對象是人類的話，這時候如果有少量汙染，對於現代DNA影響並不大，但是對古DNA影響非常大。
所以在這種情況下，我們不光要做很多預防，在後期的評估過程中也會做很多工作。當然在這個過程中，我們即使在實驗中做了很多事情，在出土過程中，其實也經歷了很多歷程，所以它可能（在實驗之前）就已經存在了很多汙染。不管怎麼樣，我們在實驗過程中，儘量保證不要帶來這種汙染，比如我們會使用超淨室這種絕對的封閉環境，包括不受微生物的影響等等一系列的操作。比如這裡看到的防護服，還有細微的操作，保證我們在實驗過程中，儘量不要對後期帶來更大的影響。同時我們會加很多這種特殊的編碼，保證我們每個個體之間是可以分開的。另外還有一點，大家也意識到，其實我們在獲得樣品過程中，儘量減少對他體質的影響，可以看到我們在這裡，只是對他骨骼中非常小的部分取一個骨粉，所以影響並不大，對他們的其他研究並沒有受到我們的影響。
此外我想給大家說一下，古DNA可以這麼講，雖然在上世紀八十年代就已經興起，但是在最近十年，可以說是古DNA迅速發展而且非常繁榮的階段，它的繁榮其實跟它的技術還有大數據挖掘有很大的關係。比如古DNA跟下一代測序儀（二代測序）結合，出現了第一個古人類尼安德特人的基因組草圖，同時也出現了未知的古人類，丹尼索沃人。另外高效的單鏈文庫建設，使得我們獲得了高質量的古DNA組。這個高質量什麼概念？就是跟我們通過現代的某一個個體獲得的基因組質量，是可以相媲美的，而且後期很多人用這個做了相關研究。另外一個很重要的，就是我們開發了有效捕獲大量的核DNA（的技術），使得之前微生物含量很高的樣品，都成為我們研究的可能（對象）。
另外就是有效地獲得短片段，這個字眼可能並不起眼，但是我可以通過一個實例讓你知道它的重要性。比如說在2014年前的研究，都認為古DNA是跟生物化學中DNA降解有很大關係的，所以在常規環境下，它的極限時間是十萬年，也就是說十萬年以內的DNA是可能獲得的，十萬年以上的DNA是很難獲得的。但是通過這樣有效富集古DNA（的技術），使得這裡看到的非冰凍層裡的DNA提取，由原來的十萬年，提升到了四十萬年，而且這個四十萬年就是一個古人類的遺址，讓我們獲得了很多信息。所以我們可以看到DNA技術的開發對於古DNA的影響，同時由於技術帶來大量的數據，使得我們這個領域跟生物信息還有數據挖掘，也有很大的關聯。
在這裡我想取其中的一個技術，也就是有效富集大量核DNA，它對於這個領域是怎麼推動的，而且它本身捕獲的方式是什麼樣的情況。首先我們會涉及非常多的跟基因組有關的探針和位點，在這個基礎上，我們再把相關骨樣中的DNA跟探針進行富集，這個原理和常規的一樣，但是我們有很關鍵的針對探針的擴增（技術），使得我們能夠有效地獲得古DNA。雜交以後，把它固定在對應的磁珠上，最後洗滌掉溶液中的古DNA，就達到了富集作用。
我想通過實例讓大家知道這個效果，這裡看到的實例是距今四萬年前的一個個體，他的DNA，比如21號染色體，在這個個體中只佔到了0.0003%（在富集以前），但是在富集之後，他的DNA能達到47%，而且富集過程中，我們把它的複雜性也保留下來了。由於這項技術的開發，也使得我們研究的古DNA對象大大擴大。比如近三年的這些研究中的很多研究對象，是來自大洋洲這種炎熱的地方，甚至是非洲，甚至是四十萬年前的個體，都使得原來不可能獲得的相關數據成為可能。在這種情況下，其實我想讓大家知道，雖然這個領域在近十年發展得非常迅猛，但是在這個過程中，也是跟我們相關人員的努力（分不開的），相關人員對很多不同的挑戰，以及在這個過程中保持的科學好奇心，才使得我們剛剛看到的繁榮成為可能。
接下來我要給大家稍微介紹一下人類演化，在這裡只是簡單地給一些背景。比如說我們都知道，人類的祖先最早出現在非洲，目前爭議最大的是現代人的起源，但是對於人類本身的起源是沒有任何爭議的。而我們的研究框架是在人類整個大的框架下進行的延續。雖然人類在180萬年前走出非洲，但是之後有很多不同的類型在我們現在的歐亞大陸上都有發現。比如這裡看到的尼安德特人，還有亞洲這邊的丹尼索沃人，還有大家都知道的北京人、大荔人、馬壩人等等。
但這裡指的兩個人，是我們目前有核基因組的相關的個體。我們有相關個體之前，很多人認為相關現代人走出非洲的時候，很有可能是完全取代當時的古人類，而沒有任何基因交流的。但是一直到2010年的時候，也就是尼安德特人第一個基因組草圖出來的時候，才知道這種絕對取代並非真實的。因為尼安德特人，對於我們現在的現代人，只要不是非洲人，都會有1%到2%甚至4%的尼安德特人的基因組，這是在2010年通過尼安德特基因組草圖才知道的。
另外一個人就是丹尼索沃人，丹尼索沃人並沒有像尼安德特人對所有的人群都有影響，他主要是對於大洋洲（有影響），之後我們還會針對這兩個人群，給大家做更多的介紹。但在這裡，我主要想讓大家知道，在過去的幾萬年裡面，其實發生了非常多的故事。在早期現代人跟這些滅絕的古人類或相關古人類共存的階段裡面，到底這些早期現代人是怎麼演化成現在的亞洲人還有歐洲人的呢？還有他們在共存的過程中發生過什麼？接下來主要針對這兩個主線向大家介紹。
閱讀更多 墨子沙龍 的文章
