“我們在追溯古代人類的信息”

尹潔

付巧妹

1983年出生于江西，先后畢業于西北大學、中國科學院、德國馬克斯·普朗克進化人類學研究所。現任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、分子古生物學實驗室主任。2021年獲中國青年五四獎章。

如果將地球歷史壓縮成24小時，人類這一物種直到倒數38秒才會出現，人類文明則是在最后0.1秒建立的。從誕生到有文明，人類經歷了怎樣的演化過程？遠古人類又是如何演變為今天分布于各大洲、各地區的不同群體的？

在古遺傳學研究領域，中國十多年前與西方發達國家有很大的差距，尤其是在古DNA研究方面，幾乎是空白的。但現在，情況發生了很大變化。中國的科學家們不僅在探索世界所普遍關注的科學問題，而且取得了許多突破性成果。

付巧妹就是其中的代表之一。作為中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（簡稱中科院古脊椎所）分子古生物學實驗室主任，十幾年來，她破譯了世界最古老的現代人基因組和東亞最早的現代人基因組，揭開了中國南北方史前人群遷徙與混合的若干謎團，還建成了國內首個媲美國際頂尖水平的古DNA自動化實驗平臺，推動中國在該領域躋身世界前列。

從4萬年前的骨骼里找答案

古DNA研究出現于上世紀80年代。早期技術存在一些局限性，生物骨骸樣本長期在地下埋藏，因為自然降解和環境微生物的侵入，樣本里所含有的內源DNA極其微量，很難從大量環境微生物DNA的污染里分離出來。再加上樣本出土后，很容易因為接觸或沾染外界環境里的皮屑而受到現代人DNA的污染。所以當時的技術很難從相關樣本中獲得古代人類有效的遺傳信息。

“受這些條件的限制，十幾年前，科學家們主要是做古代動物的基因組研究，對于人類古基因組，尤其是核基因組的研究特別少。”付巧妹對《環球人物》記者說。

21世紀初，二代測序技術問世，可以在DNA短片段兩端加上人工接頭，對構建的文庫進行擴增，這樣不僅降低了測序成本，還可以獲得大量數據，為古DNA研究提供了重要支持。

這段時間，付巧妹正在德國馬克斯·普朗克進化人類研究所攻讀演化遺傳學博士。當時，她得以對一個極為珍貴的研究樣本展開研究——在羅馬尼亞，人們發現了一塊距今4萬多年的現代人下顎骨。但由于年代久遠，這塊骨骼里的人類基因含量極低。

“在一些樣本中，微生物DNA比例能達到99.98%，人類基因只有0.02%，提取難度確實很大。”付巧妹說。當時，她主導開發了一種新技術：用現代人的DNA作為“誘餌”，像釣魚一樣，將具有相似性的古代人類DNA“釣”取出來。

經過反復試驗，這項技術獲得了成功，付巧妹不僅提取出那塊骨骼里的古代人類DNA，還發現該個體含有6%—9%的尼安德特人（已經滅絕的古人類）基因，證明現代人和尼安德特人發生過不止一次基因交流，且發生地點包括歐洲。這些成果引發了國際廣泛關注。

付巧妹主導開發的古核基因組捕獲技術，實現了把極其微量的人類DNA從大量環境微生物DNA中吸附、分離、富集、捕獲出來。文章發表后，該項技術的影響力越來越大，讓很多之前無法提取古DNA的樣本重回研究視野，有了新的科研價值。

獲得博士學位后，付巧妹又在德國和美國做了幾年博士后，2015年底正式回國，從2016年1月起擔任中科院古脊椎所古DNA實驗室（現為分子古生物學實驗室）主任。她將研究重心放在了東亞人群多樣性及演化歷程方面，用她自己的話說，“中國人有責任弄清楚生活在這片大陸上的人是怎么演變的”。

據已經發表的古基因組數據和研究統計，2017年以前，人類古基因組數據及相關研究主要集中在歐洲和北亞，而東亞地區，尤其是中國的人類古基因組數據相對空白，相關研究極度匱乏，東亞人群遺傳演化和遷徙融合的歷史，成為整個人類演化進程里的“缺環”。

2017年，關于中國第一例人類古基因組，也是東亞迄今最早的現代人基因組的研究成果，由付巧妹率領的科研團隊在國際核心期刊上發表，馬上獲得了廣泛的國際關注。《科學》雜志評價它“填補了東亞在地理和時間尺度上的巨大空白”，而且相關研究揭示出東亞早期人群的遺傳多樣性及演化歷史的復雜性，為東亞人群古DNA研究正式打開了局面。

左上圖：山東扁扁洞一具約9500年前個體的骨骸。左下圖：福建奇和洞約8400年前的2號個體頭骨。右圖：付巧妹（中）帶領的分子古生物學研究團隊。

付巧妹告訴記者，這例人類古基因組來自“田園洞人”，其骨骸化石是在北京周口店地區發現的，距今約4萬年，比山頂洞人還早。“從田園洞人的樣本上，我們明確看到了東亞人特有的遺傳信息，因此可以確定，東亞人至少在4萬年前就已經存在了。這是非常重要的。因為在同一時期，歐洲也存在過一些早期人類群體，但不具備現代歐洲人的遺傳信息。”

通俗的解釋是，遠古時期，某個地區可能生活著一些古代人類群體，他們不一定有直接后代延續下來、形成如今生活著的現代人。通過古DNA，科學家得以探究他們與后期以至現在生活著的人群之間的遺傳關系，來說明這些群體可能延續的時間，今天生活在這個地區的人群是否是他們所繁衍的后代。

從人類演化史看，4萬年不算長，但從人類文明史看，4萬年很久。站在人類演化史的角度，學術界公認人類起源于非洲;但站在人類文明史的角度，今天生活在不同大陸、不同地區，有著不同膚色和遺傳特征的現代人類，其祖先是誰，來自何處，在世界各地遷徙、演化和適應的過程里有著怎樣的故事，對我們今天的生活又有怎樣的影響，都是需要追溯和解答的問題。付巧妹團隊的研究目標，便聚焦在東亞早期人群的遺傳特點、遷徙擴散的路線、在不同階段的演化、與環境的互動關系，以及對當今東亞人的遺傳影響等方面。

“希望為中國贏得話語權”

在人類演化研究領域，付巧妹是無數中國科學家的一個縮影。十多年來，他們在相對落后的情況下奮起直追，不僅填補了中國在相關領域的空白，也為國家贏得了國際同行的尊重。

從2010年起，付巧妹負責中德聯合實驗室古DNA平臺的籌建，為國內領域的布局蓄力。在外國同行里，德國、美國、丹麥等國家都有頂尖團隊，大家既有競爭也有合作。在付巧妹看來，她和同事們努力在古DNA技術創新和自主研究方面取得突破，除了科研本身帶來的成就感外，還有一種“為國家贏得話語權”的使命感。

“目前，我們團隊的技術水平在國際上躋身第一梯隊是沒有問題的，但還有很多工作要繼續推進，希望把各個突破點連接起來，變成一張網。”付巧妹說。每當實驗到了關鍵階段，她一般要連續工作10小時甚至12小時，深夜一兩點下班是常事。

分子古生物學是一門交叉學科，除了遺傳學外，還涉及考古學、人類學、生物信息學等，相關成果的取得也離不開相關科研團隊的支持。為了解答中國人關于“我是誰”“我從哪里來”“我們的祖先怎樣生活”等問題，無數科學家從浩如煙海的生物遺傳信息中尋找著答案。

科普講座上，付巧妹在做古DNA研究相關報告。

付巧妹在實驗室進行古DNA樣本制備。

比如早期人類的遷徙路線，付巧妹的一項科研突破就與此有關——從一塊在西伯利亞地區發現的、距今4.5萬年的早期現代人骨骼里，獲得了迄今世界最古老的現代人基因組。

通過研究，付巧妹揭示了兩個重要問題：第一，現代人祖先進入亞洲，并非只有南部大洋洲這條路線，而呈現更復雜的局面;第二，早期現代人與尼安德特人在距今5—6萬年間發生了基因交流，這縮小了此前研究者提出的時間范圍。

“從遺傳學上講，尼安德特人相當于現代人的堂兄弟，在幾萬年前與現代人的祖先通過婚。今天的人類，除了非洲人外，體內都含有尼安德特人的基因成分，我們所做的就是通過分析樣本，確定了更多、更精確的細節。”付巧妹對記者介紹。

2020年，付巧妹團隊在《科學》雜志發表了關于中國南北方人群古基因組的研究成果，發現我國近萬年來主體人群的遺傳連續性，且首次從遺傳學角度證實以臺灣島阿美族和泰雅族、太平洋西南部島民為代表的南島語族，與萬年前福建等南方沿海大陸人群直接相關。

同年，團隊又從青藏高原10萬年前的“土”里，獲得了東亞首例丹尼索瓦古人類DNA，在東亞已滅絕古人類研究上取得新突破。

2021年，團隊通過解析黑龍江、廣西和福建等地區4萬年來的人類古基因組，揭示了東亞長時間尺度下人群的動態遺傳圖譜，發現了新的早期現代人支系。

今年4月，《科學》雜志發表了付巧妹團隊的又一項重要研究成果——團隊成功獲得了201例新疆古代人類的基因組，系統還原了新疆五千年以來古人群的遺傳演化與交流互動歷史。

這些突破性進展，顯示出中國在古基因組學領域，尤其是在東亞人類演化研究領域的快速發展。

在中國古遺傳學家們的努力下，截至2022年4月，中國地區已有430例人類古基因組數據發表。基于這些數據，他們得以解析中國不同時間、不同區域古代人群的遺傳特點和形成過程，以及與世界其他地區人群之間的遺傳聯系、遷徙擴散和交流互動模式等，對于重構整個人類起源與演化歷史有著重要的學術意義。

2021年和2022年，付巧妹相繼收到《自然》和《細胞》雜志邀請，就人類演化領域的研究發表綜述和評述，系統梳理了十余年來人類古基因組學研究的發展，并指出古DNA技術的未來發展趨勢。

如今，中國已在古基因組學領域凸顯出重要的國際影響力和話語權，曾經的學術滯后局面已經扭轉，國際地位日益提高。

“我是與這個領域一起成長的”

付巧妹的學術道路頗有些戲劇性。從小對生物感興趣的她，意外考入西北大學，學習文物保護技術專業。這是一個文理交叉的學科，以化學為主，同時也學考古、文物鑒定等方面的知識。

本科畢業時，付巧妹的成績可以保研本校，但她放棄了，堅定地報考了中科院，希望讀生物相關專業。她抱著考不上就找工作的想法，結果考了專業第一。

“在中科院，我終于離自己喜歡的專業更近了一步。”付巧妹對記者說。兩年后，碩士導師推薦她去德國，起初并不是讀博士，而是一次為期半年的學術交流，相當于一個考核，讓德國專家衡量一下，這名中國學生是否適合從事古DNA領域的研究。

德國導師是古DNA研究的開創者之一，整個課題組都是世界頂級的。付巧妹一邊上課，一邊參加組內討論和實驗。對于同事們討論和展示的內容，如尼安德特人基因組序列草圖等，基本上都是遺傳學的內容，僅有文物保護技術和體質人類學背景的她，起初完全理解不了，要快速適應并融入進去無疑是巨大的挑戰。

“當時國內的碩士還沒讀完，在那半年里，我既要完成碩士畢業論文，又要接受考核，面臨著非常大的壓力。在這個過程中，我告訴自己，把壓力轉化為動力，只要盡力就好！”付巧妹回憶道。

她成摞成摞地讀文獻，做實驗，每天像過電影一樣回溯組會討論的內容，自學編程，做生物信息分析，尋找一些問題的解決辦法……負責指導付巧妹的助理導師很認可她的能力，慢慢地，她建立了信心，發現自己學過的數理化和計算機知識都能派上用場，在夜以繼日的努力下快速適應起來……幾個月后，付巧妹通過了考核，國內碩士也畢業了，于是就留在德國讀了博士，做了博士后，之后又去美國，在哈佛大學醫學院遺傳系讀博士后，然后回國。

“去德國之前，我就沒想過定居國外，也說不清為什么，反正就是想回來。”付巧妹說。

剛回國的時候，她的收入與國外有很大的落差，也面對著很多外界誘惑。“有一些機構找過我，開出很高的工資。但我覺得人這一輩子，如果只是為了錢，沒什么意思。一輩子的時間很長，不能只看眼前的得失，最重要的還是做一些自己想做的事。我也很幸運，工作是自己感興趣的，堅持做下去，慢慢都會好的。”

在付巧妹看來，不太計較一些事，反而能專注在更有價值的事上，最后有所收獲。她自己的人生經歷就是最好的證明：“過去10年，我是跟著自己的研究領域一起成長的，也遇到過很多次失敗。但科研就像人生一樣，是有不確定性的，本身就是一個螺旋式上升的過程。”

付巧妹

1983年出生于江西，先后畢業于西北大學、中國科學院、德國馬克斯·普朗克進化人類學研究所。現任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員、分子古生物學實驗室主任。2021年獲中國青年五四獎章。