东方古人类—遗传密码(下)

这里是位于中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的古DNA超净实验室。研究人员需要穿上防护服、戴上两层手套,包裹严实,才能进入实验室,对古代人类的骨骼样品进行取样。研究人员小心翼翼地将样品用铝箔纸包裹好,再用钻针一点一点钻出可用的粉末,这里面蕴藏的正是古代人类的基因信息。

由付巧妹主导的古遗传学研究团队,长期围绕古DNA古蛋白的研究,探索人类起源与演化等问题。古DNA是指在古代生物遗骸中残存的DNA片段。这些古老的基因片段能够揭开一个又一个人类历史的未解谜团吗? 2012年起,付巧妹带领团队开始对田园洞人展开古DNA研究。让科研人员感到兴奋的是,虽然田园洞人的骸骨在地下埋藏了长达4万年,已经石化,但就是在这些古老的化石里,他们找到了梦寐以求的古代人类DNA。

付巧妹古遗传学研究团队在工作

然而,如何将几万年前的古DNA提取出来,成为摆在科研人员面前的一道难题。 如果从现代人的血液里提取DNA,那么提取到的DNA片段是连续、相对完整的,可是古DNA却与微生物等外源DNA污染混合在一起。

付巧妹发明了一种钓鱼的方法,利用现代人的DNA做了一个鱼饵,由于相似度高,鱼饵会把所提取的DNA混合溶液里属于古代人类本身的DNA吸附并调取出来 。如果把中间位置的铁质螺丝钉比作人类的DNA,把周围同质的螺丝钉比作生物等外源DNA,我们只需要一个同样质地的铁质螺丝钉作为鱼饵,相当于现代人类的DNA,再将它们磁化之后把同类别的铁质螺丝钉吸附并调取出来,这样我们就得到了纯净的古代人类的DNA样本。

DNA提取、建库、捕获

2013年,田园洞人的DNA成功提纯分离。2017年,付巧妹团队从田园洞人腿骨中成功捕获到测序较完整的基因组序列,这是中国第一例人类古基因组,也是目前为止东亚最古老现代人的基因组。美国《科学》杂志称,田园洞人基因组填补了东亚在地理和时间尺度上的巨大空白。

最终,科研人员根据古DNA的分析和研究证实,田园洞人携带少量古老型人类,即最早发现于德国的尼安德特人,和最早发现于西伯利亚南部的丹尼索瓦人的遗传成分,但更多表现的是早期现代人的基因特征。田园洞人与现代欧洲人的祖先在遗传上已经分开,分属不同的人群;与美洲原住民有一定的遗传联系,而与现代东亚人有着密切的血缘关系,这也意味着在4万年前遗传学意义上的东亚人已经在中国出现。田园洞人可以说是我们经过“亲子鉴定”的旁系祖先。

早期现代人基因遗传图

尽管田园洞人影响的范围一度远至蒙古,但研究表明,田园洞人特有的遗传成分并未在1.9万年前之后的人群中出现,这说明田园洞人以及相关人群很可能在末次盛冰期期间消失了。 不过,当与田园洞人相关的古人群大规模消逝时,最早的适应寒冷气候的东亚古北方人群已经在黑龙江出现了。这说明当田园洞人群体消失时,我们的祖先已经接替他们出现在了中华大地上。

为了解密中国南北方人群的迁移与融合历史,付巧妹团队从北方的黑龙江、山东、内蒙古以及南方的福建和毗邻台湾海峡的亮岛、锁港等10余处遗址的古代人类遗骸样本里,获得45例个体核基因组。他们能否通过最前沿的古DNA技术和研究,破译这一个个镌刻着历史印记的遗传编码呢?

付巧妹在分析古代人类遗骸样本

研究证实,8300年前福建亮岛1号个体和7800年前的山东小荆山个体,已经携有古北方人群的基因成分,这也意味着早在8000年前,南北方已经开始出现了交流与融合。更有趣的是,随着迁徙与融合的发生,南北方的差异一直在呈现缩小的趋势。

从大约4000年前开始,大量北方人群对南方产生影响,使得古南方成分下降。但这并不意味着北方人取代了南方人,而是说明南方人融合了越来越多北方人的基因。2024年9月,一项最新的研究成果带来了更为精确的数据,汉族人群有57%至92%的遗传成分来自以仰韶村遗址古人为代表的黄河中游地区新石器时代古人群,而这一比例在藏族人群中也高达70%至80%。华南地区的苗瑶和壮侗语人群也有大量血统来自新石器时代黄河中游地区古人。

仰韶村遗址及文物

同时期,整个欧亚大陆的欧洲人群正在不断经历外来群体的大换血,外来人群一直在重构欧洲人群的遗传信息。而在东亚,南北方人群虽然早已分化,但迁徙互动,主要发生在区域内各人群之间,同期人群的演化基本是连续的,这是非常珍贵的一脉相承。

与此同时,关于南北方人群的古DNA研究,还为南岛语系人群的起源问题提供了重要依据。南岛语系是目前唯一一个分布在岛屿上的语系,它包括1300多种语言,使用者主要生活在我国的台湾岛以及太平洋的众多岛屿上。当科研人员把4000多年至1万多年前在福建生活的人群,与在台湾岛生活的阿美族、泰雅族人群进行比较时,发现古福建人群与阿美族、泰雅族有着更紧密的关系。这也意味着福建的古南方人群与生活在台湾岛以及太平洋岛屿上南岛屿系人群同源。

台湾岛阿美族、泰雅族人群

研究人员还发现,1.4万年以来,生活在黑龙江流域的人群经历了1万多年的演变,仍然非常相似,基本没有受到大量外来影响。并且,黑龙江1.4万年前的人群可能是美洲原住民含有的东亚组原成分的最近来源 。

除了从古人类的遗骸中提取样本之外,科研团队还另辟蹊径,尝试从土里去寻找古人类的踪迹。他们已成功从甘肃白石崖溶洞,距今约10万年至4.5万年的地层沉积物里发现了丹尼索瓦人的DNA。丹尼索瓦人是已经灭绝的古人类,因最早在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现而得名。

含有古人类丹尼索瓦人DNA的臼齿

这无疑说明,东方古人类在连续演化的进程中,也与其他古人类有着基因交流。在过去10余年里,中国科学家们利用古DNA技术发掘出那些遗落了成千上万年的遗传信息,从中抽丝剥茧,从遗传学角度追溯中华民族源流,用科学阐释东方人类珍贵的一脉相承。

目前古DNA的研究还在尝试从东亚更古老的人类化石里提取古蛋白质信息,以期从更长的时间尺度和更广阔的地域来探究东亚远古人类群体的演化谱系,以更丰富、更深远的视角来为我们揭晓时光隧道里一个又一个秘密。

化石的特征,让我们得以穿越百万年,勾勒出人类演化的轨迹。每一次古DNA的提取都是一次与过去的重逢,每一次对基因序列的解读,都是一次对生命奥秘的探索。手捧基因这本无字天书,今天的我们得以在追溯中华族群源流的过程中,一点点拼合出东方古人类的广博图谱,在浩瀚的宇宙中找到属于自己的坐标。