作者:付巧妹 来源:科学时报 发布时间:2009-11-30 9:34:58
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访马普进化人类学研究所所长:探索人类进化过程是我的梦想

Svante Pääbo:世界著名的进化遗传学家,德国马普学会莱比锡进化人类学研究所所长,并担任美国、瑞典等多个国家科学院的院士。2007年,Pääbo被《时代》杂志评为“全球最有影响力百人”之一;2008年,又被《新科学家》杂志评为8位年度科学英雄之一。2009年2月,他所引领的团队已初步完成超过30亿碱基对序列的尼安德特人基因组。这个项目的完成将使人们对现代人类的进化史有更新的认识。
 
[科学时报 付巧妹报道]问:古代DNA研究迄今已走过了20多年的历程。您不仅是这一历程的见证者,更是这一领域的先驱和奠基者。“分子克隆古埃及木乃伊DNA”是您踏入古代DNA领域的第一步。这是人类历史上首次将克隆技术应用于古代DNA中的创举。是什么原因促使您投身于这一特殊领域?
 
答:这与我的求学经历有关。在攻读医药博士和分子生物学博士前,我研究的是埃及学。因此,我清楚埃及博物馆中收藏有数以千计的木乃伊,而且每年有近百件木乃伊的新发现。另外,细菌克隆DNA在当时是相当新的技术,还没有相关文献表明其曾应用于考古遗存中。显而易见,将DNA克隆应用于木乃伊是一个值得尝试研究和应用的领域。
 
当时,最大的挑战是如何证明木乃伊中的DNA历经数千年仍能存在。主要证据来自两方面:显微镜下观察到木乃伊细胞核中存在被染色的DNA;通过细菌成功克隆了从木乃伊组织中提取的DNA,并在所克隆的DNA中发现了人类DNA。尽管那时我还不知道DNA的污染程度,但现在看来,木乃伊受到外源人类DNA的污染,其可能性还是存在的。
 
问:在“分子克隆古埃及木乃伊DNA”业已引起世界学术界关注之时,上世纪80年代末,您带领您的团队转向灭绝物种的系统发育及其与现存相邻物种之间关系等研究领域。为什么作出这样的重大转向?
 
答:我发现,人类DNA普遍存在于出土及馆藏的古代遗物中,若采用聚合酶链式反应(PCR)扩增技术来研究古人类DNA,其污染问题在所难免,其所得结果也就难以令人信服。然而,将研究对象改为非人类物种时,外源人类DNA的污染则不难鉴别和剔除。此时,利用PCR技术,扩增特定DNA片段,开展这些物种的研究,应无难以逾越的困难。
 
鉴于此,我便将注意力转向了灭绝动物,并应用相关技术,探索其与现存动物之间的遗传关系。多年来,我们在这一领域取得了一系列令人瞩目的成果。例如,远古时代,南美有一种与澳大利亚灭绝袋狼相近的有袋动物。然而,研究发现,相比于这种南美的有袋类动物,澳大利亚的灭绝袋狼与当地现存有袋类动物的关系更加紧密。再如,新西兰有一种不能飞行的灭绝恐鸟,我们的研究发现,新西兰当地的无翼鸟,即现存不能飞行鸟,较之这种当地灭绝恐鸟,更接近于澳大利亚及非洲现存的不能飞行鸟。这表明灭绝恐鸟与现存无翼鸟尽管都在新西兰,但两者可能拥有不同祖先。
 
问:1997年以来,您的研究又主要聚焦于尼安德特人基因组及其遗传关系。它是否有助于解答现代人的起源问题?根据已有的研究,您如何认识现代人和尼安德特人之间的关系?
 
答:利用古代DNA技术,探索人类的进化过程,始终是我的梦想。作为最接近现代人的灭绝旁系亲戚,尼安德特人无疑是研究这一进程的理想对象。通过比较现代人自身和尼安德特人的DNA序列,我们可以了解,人类基因组在近几十万年里所发生的变化。而这些遗传变化的背后,应该隐藏着它对人类文化和技术发展的推动作用。
 
至今,我们已完成了尼安德特人线粒体DNA的研究。以往的研究似乎表明,尼安德特人线粒体DNA对现代人线粒体DNA没有明显贡献。目前,我们正在分析整个尼安德特人的基因组,相信它最终能够全面揭示尼安德特人与现代人之间的遗传关系。其中,最为关键的是,它能告诉我们,究竟是尼安德特人的基因对现代人遗传变异有一定贡献,还是现代人祖先对他们的基因库有所贡献?我相信,往后的几个月里,我们的研究将有突破性的进展。
 
问:古代DNA分析中,真实性至关重要。您如何确保尼安德特人DNA的真实性?
 
答:首先,我们的DNA分析是在极其清洁的环境下进行的,以避免实验室内引入DNA的污染。例如,在专用实验室内提取DNA;实验室的设备皆经过严格的消毒处理;每天用紫外线照射实验室;实验室中的人员穿防护服等。不难理解,这些措施仍不能消除已存在于样品内的DNA污染,所以必须对DNA的受污染程度作认真评估。
 
业已证明,尼安德特人基因组的大部分片段与现代人相近,但其线粒体DNA与现代人之间存在一定差异。这样,分析尼安德特人线粒体基因组中不同于现代人的位点,即可评估样品所提取线粒体DNA的污染程度,进而判断该样品线粒体DNA分析的有效性。一般说来,根据已知线粒体DNA的污染程度,还可推算内源的核DNA含量。然而,由于线粒体DNA与核DNA的污染程度不一定相同,为确保分析的可靠性,通常还需采用其他方法验证核DNA污染程度。例如,在分析尼安德特女性骨骼样品时,拟寻找其是否有Y染色体DNA,若有,则可确定存在男性污染,这是因为唯独男性才存在Y染色体。目前,我们正致力于探明尼安德特人核基因组中不同于现代人的位点。相信不久的将来,人们根据这些位点的分析,即可直接评估有无外来核DNA的污染。
 
问:当前,您开展的项目是完成尼安德特人的完整基因组序列。完整的基因组序列可以提供哪些重要信息?
 
答:首先,完整的基因组序列能够成为生物学家的工具。生物学家可以使用计算机和互联网,分析基因组中任一感兴趣的片段或结构,而不需再次进行繁琐的基因测序。
 
我们拥有共同的祖先,即400万年到700万年前的猿类。不同基因组的比较,例如,人类基因组与黑猩猩或其他猿类基因组的比较,可望了解到基因组发生变化的具体位点和变化规律。假如人类基因组不同于黑猩猩的基因组,则表明人类基因组确实发生了不可忽视的变化。
 
具体说来,欲标定进化分支上的人类所相应的基因变化,尼安德特人完整基因组的研究显然具有极其重要的意义。如果早在尼安德特人出现之前,一些人类基因已经发生了变化,则表明现代人与尼安德特人的基因序列相近。反之则表明,较之现代人,尼安德特人更接近于猿。
 
需要指出的是,尼安德特人完整基因组的研究,还可作为一种新方法和新思路,以探寻人类基因组中受正向选择(物种受外界环境的影响,在已突变的基因中筛选,淘汰不适应环境的基因,选择可有效适应环境的基因)影响的区域。即将尼安德特基因组与现代人及近亲物种的基因组作对比,了解那些与人类进化密切相关、并保留于现代人中的基因区域。
 
问:现今,您引领着马普学会莱比锡进化人类学研究所的进化遗传学系。您认为遗传学系中什么问题至关重要?不同背景的科学家如何解决这个问题?
 
答:事实上,我们的工作和所里大多数专家一样,皆注重探索现代人与近亲物种间的相同和不同之处。这里的近亲物种主要指现存猿类和灭绝旁系(如古老的尼安德特人及其他古人类)。我们的研究内容主要有两大方面:一方面,比较现代人和近亲物种基因组;另一方面,分析不同组织的不同基因所产生的核糖核酸(RNA)含量,探讨相关基因的活性。目前,我们已开始采用基因组测序、微阵列、RNA高通量测序/质谱高通量分析蛋白质等一系列方法,研究相关基因表达蛋白的含量。
 
问:今年5月,中国科学院与德国马普学会人类演化和科技考古联合实验室在北京正式挂牌成立,相关学术界对此表示了高度关注。请您谈谈对这一合作前景的看法。
 
答:联合实验室的成立使我激动不已。对我们而言,这是一个与中国科学院的科学家,尤其是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院研究生院的科学家一起工作的极好机会。我深信,联合实验室将会发展成为一个卓越的人类进化科学研究中心,将使双方的科学家彼此紧密联系,共同研究重大课题。与此同时,联合实验室还将注重培养DNA技术、食谱分析和石器微痕分析方面的年轻科学家。不难理解,化石样品可有效地开展古代食谱和DNA分析,并可从不同侧面了解样品的保存情况。
 
当然,最为重要的是,联合实验室可望在中国境内古人类的进化方面不断获得令世人瞩目的重大成果。
 
问:您如何看待中国境内人类化石DNA测序的可能性,例如北京人?
 
答:我相信,中国境内的一些人类化石中,应含有足以提取并用于分析的DNA。和欧洲及亚洲其他地区一样,只有DNA保存得足够好的遗址中才有可能提取到DNA,因此,我们首先着手寻找这些遗址。一般而言,低于20万年或10万年的人类化石很可能存在DNA。北京人虽不属其中,但其后的人类化石中,其DNA仍可让我们了解到中国人类的进化历程。
 
《科学时报》 (2009-11-30 A1 要闻)
 
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