SMC 資料庫

台灣科技媒體中心／翻譯

本文特此感謝林宇謙審校（筆名寒波，「盲眼的尼安德塔器匠」作者）

諾貝爾獎官方新聞稿全文：
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/

2022年諾貝爾生醫獎頒給斯萬特．帕博（Svante Pääbo），以表彰他對已滅絕的古人類基因組，和人類演化的發現。

人總是好奇自己的起源。我們來自哪裡，我們與更早的人類有什麼關係？是什麼讓我們這樣的「智人」與其他古人類（hominins）不同？

通過斯萬特．帕博的開創性研究，他完成看似不可能的事情：定序得到現今人類的滅絕親戚「尼安德塔人」的基因組。他所發現過去未知的古人類「丹尼索瓦人」。重要的是帕博也發現，大約  7 萬年前智人遷徙離開非洲之後，這些現已滅絕的古人類轉移了基因給智人。這些古老的基因交流和現今人類的生理有關，例如，它影響我們免疫系統對感染的反應。

帕博的開創性研究令全新的科學學科興起：「古代基因體學」（paleogenomics）。他的發現奠定基礎，藉由區分所有現存人類與已滅絕古人類的遺傳差異，探索我們如何成為如此獨特的人類。

我們來自哪裡？

我們從何而來，什麼讓我們與眾不同，自古以來這些問題一直吸引著人類。研究人類演化，古生物學和考古學扮演著重要角色。研究證據指出，解剖學意義上的現代人（anatomically modern human），也就是智人（Homo sapiens），約在距今 30 萬年前於非洲首度現蹤；而所知的智人最近親，也就是尼安德塔人，大概距今 40 萬年前在非洲以外的歐洲、西亞開始發展，並延續到 3 萬多年前 步入滅絕。

大約 7 萬年前，數群智人從非洲遷徙到中東，接著又移民到世界其他地方。因此在歐亞大陸的廣泛區域中，智人與尼安德塔人共同存在了數萬年之久。但是我們目前所知自己與已滅絕的尼安德塔人之間的關係為何？基因組訊息或許能帶來線索。時至 1990 年代結束之際，幾乎整個人類基因組都已經定序。這是一項相當大的成就，使得我們能繼續研究不同人類族群間的遺傳關係。然而，研究現存人類與已滅絕尼安德塔人間的關係，必須由古代標本中取得基因組 DNA 。

看似不可能的任務

帕博從生涯早期開始，便著迷於利用現代的遺傳學方法，來探索尼安德塔人DNA的可能性。然而，他很快面臨到嚴重的技術挑戰，因為隨著時間推移，DNA 會被化學修飾又分解為許多短片段。經歷幾千年，只有微量 DNA 得以倖存；而且受到細菌與當代人 DNA 的大量汙染（圖 1）。帕博作為演化生物學先驅艾倫．威爾遜（Allan Wilson）的博士後研究員，他開始研發方法探討尼安德塔人的DNA，持續努力幾十年。

圖 1.（圖說）DNA位於細胞內兩處不同區域。細胞核DNA包含大部分的遺傳訊息，小得多的粒線體基因組，則存在數千份拷貝。生物死亡後，DNA 會隨著時間分解，最終僅殘存稀少的量；也會被來自細菌和現今人類的DNA汙染。（圖片來源：諾貝爾官網）

帕博在 1990 年被慕尼黑大學新聘為教授，繼續從事古代 DNA 研究。他決定分析尼安德塔人粒線體的DNA，因為粒線體是細胞中攜帶自身DNA的胞器。粒線體基因組很小，只是細胞中遺傳訊息的一小部分，卻具有數千個拷貝，成功的機率比較高。憑藉精進過的方法，帕博從一塊4萬年前的骨頭中，定序了粒線體DNA 的一部分區域。因此我們第一次獲悉，來自滅絕親戚的遺傳序列。與現今人類和黑猩猩比較，得知尼安德塔人的遺傳序列有所差異。

定序尼安德塔人的基因組

分析粒線體的小基因組只能提供有限訊息，帕博接著迎難而上，試圖定序尼安德塔人的細胞核基因組。這時他獲得機會在德國的萊比錫，建立新的馬克斯普朗克研究所（Max Planck Institute）。在新的研究機構，帕博及其團隊穩健地改善方法，得以從古老的骨頭遺骸中分離與分析 DNA 。研究團隊發展新技術，能夠高效率地定序DNA。帕博還邀請多位專精於族群遺傳學和進階序列分析的專家合作。他的努力成功了。帕博達成看似不可能的任務，2010年發表第一個尼安德塔人基因組。比較分析得知，智人與尼安德塔人的共同祖先能追溯到大約 80 萬年前。

圖 2. A. 帕博從已滅絕的古人類骨頭標本中萃取 DNA。他由賦予尼安德塔人之名的德國遺址，首先獲得一塊骨頭碎片。後來，他在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴取得一塊手指骨頭，丹尼索瓦人因之為名。B. 親緣關係樹（phylogenetic tree）顯示智人與已滅絕的古人類之間的演化關係。親緣關係樹亦呈現出帕博發現的基因交流。。（圖片源：諾貝爾官網）

帕博和他的合作者如今可以探索，現今各地智人與尼安德塔人之間的關係。比較分析得知，現今歐洲或亞洲的智人，與尼安德塔人 DNA 相似的程度，要比現今非洲的智人更多。這意謂尼安德塔人與智人在數千年的共存期間，發生過混血。現今歐洲或亞洲後裔血緣的人，基因組大約有 1 到 4% 源自尼安德塔人（圖 2）。

驚人的發現：丹尼索瓦

2008 年，西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴中，發現一塊 4 萬年前的手指骨頭碎片。帕博團隊定序得知，這塊骨頭內含保存非常良好的 DNA。結果引發轟動：和所有已知的尼安德塔人與現今人類相比，其 DNA 序列顯得獨特。帕博發現一種之前未知的古代人類，命名為丹尼索瓦人。和現今不同地區的人類比較，顯示丹尼索瓦人與智人之間也發生過遺傳交流。遺傳關係首見於美拉尼西亞（Melanesia）和某些東南亞的人群，攜帶達到 6% 的丹尼索瓦人 DNA。

帕博的發現使人們對我們的演化史有新的認識。當智人遷徙離開非洲的時候，歐亞大陸至少仍存在 2 個現已滅絕的古人類族群。尼安德塔人住在歐亞大陸西部，而丹尼索瓦人住在歐亞大陸東部。隨著智人離開非洲，又向東方擴張，智人不只和尼安德塔人混血，也與丹尼索瓦人混血（圖 3）。

古代基因體學及其相關性

帕博透過他開創性的研究，建立了全新的科學領域，也就是古代基因體學。接續最初的發現，他的團隊又完成數個滅絕古人類基因組的更多分析。帕博的發現創造出一類獨特的資源，被科學社群廣泛地使用，深入認識人類的演化與遷徙。這些威力強大的新序列分析方法指出，古人類或許也與非洲的智人有過混血。然而，由於熱帶氣候會加速古代DNA的分解，至今仍缺乏住在非洲的滅絕古人類之基因組。

歸功於帕博的發現，才知道源自我們滅絕近親的遠古基因序列，也影響現今人類的生理。一個案例是丹尼索瓦版本的EPAS1 基因，有助於在高海拔的生存，現今普遍存在於藏人體內。其餘案例像是尼安德塔人的多個基因，影響我們面對不同感染時的免疫反應。

帕博的發現

圖 3. 帕博的發現提供了有關智人從非洲遷移到世界其他地方時，世界人口分布情況的重要訊息。尼安德塔人居住在歐亞大陸的西部，丹尼索瓦人則居住在東部。當智人遍布整個大陸時，就發生基因交流，在我們DNA中留下痕跡。（圖片來源：諾貝爾官網）

是什麼讓我們成為獨一無二的人類？

智人的特色為其創造複雜文化、進階發明及具象藝術，還有跨越開放水域，遷移到全世界各地的能力（圖 4）。尼安德塔人亦過著團體生活，還具有大的大腦（圖 4）；他們也會使用工具，數十萬年來發展卻很有限。直到帕博開創性的工作以後，我們才明瞭智人與最近親尼安德塔人之間的遺傳差異。熱烈進行中的研究，著重於分析這些遺傳差異對功能有何影響，終極目標是解釋什麼讓我們成為如此獨特的人類。

圖 4. 帕博的開創性工作提供了重要的研究基礎，讓我們有機會理解是什麼讓我們成為獨特的人類。（圖片來源：諾貝爾官網）

主要研究

Krings M, Stone A, Schmitz RW, Krainitzki H, Stoneking M, Pääbo S. Neandertal
DNA sequences and the origin of modern humans. Cell. 1997:90:19-30.

Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M, Patterson N, Li H, Zhai W, Fritz MH, Hansen NF, Durand EY, Malaspinas AS, Jensen JD, Marques- Bonet T, Alkan C, Prüfer K, Meyer M, Burbano HA, Good JM, Schultz R, Aximu- Petri A, Butthof A, Höber B, Höffner B, Siegemund M, Weihmann A, Nusbaum C, Lander ES, Russ C, Novod N, Affourtit J, Egholm M, Verna C, Rudan P, Brajkovic D, Kucan Ž, Gušic I, Doronichev VB, Golovanova LV, Lalueza-Fox C, de la Rasilla M, Fortea J, Rosas A, Schmitz RW, Johnson PLF, Eichler EE, Falush D, Birney E, Mullikin JC, Slatkin M, Nielsen R, Kelso J, Lachmann M, Reich D, Pääbo S. A draft sequence of the Neandertal genome. Science. 2010:328:710-722.

Krause J, Fu Q, Good JM, Viola B, Shunkov MV, Derevianko AP, Pääbo S. The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature. 2010:464:894-897.

Reich D, Green RE, Kircher M, Krause J, Patterson N, Durand EY, Viola B, Briggs AW, Stenzel U, Johnson PL, Maricic T, Good JM, Marques-Bonet T, Alkan C, Fu Q, Mallick S, Li H, Meyer M, Eichler EE, Stoneking M, Richards M, Talamo S, Shunkov MV, Derevianko AP, Hublin JJ, Kelso J, Slatkin M, Pääbo S. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 2010:468:1053-1060.

Meyer M, Kircher M, Gansauge MT, Li H, Racimo F, Mallick S, Schraiber JG, Jay F, Prüfer K, de Filippo C, Sudmant PH, Alkan C, Fu Q, Do R, Rohland N, Tandon A, Siebauer M, Green RE, Bryc K, Briggs AW, Stenzel U, Dabney J, Shendure J, Kitzman J, Hammer MF, Shunkov MV, Derevianko AP, Patterson N, Andrés AM, Eichler EE, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science. 2012:338:222-226.

Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, Sawyer S, Heinze A, Renaud G, Sudmant PH, de Filippo C, Li H, Mallick S, Dannemann M, Fu Q, Kircher M, Kuhlwilm M, Lachmann M, Meyer M, Ongyerth M, Siebauer M, Theunert C, Tandon A, Moorjani P, Pickrell J, Mullikin JC, Vohr SH, Green RE, Hellmann I, Johnson PL, Blanche H, Cann H, Kitzman JO, Shendure J, Eichler EE, Lein ES, Bakken TE, Golovanova LV, Doronichev VB, Shunkov MV, Derevianko AP, Viola B, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 2014:505: 43-49.

斯萬特．帕博的介紹：1955 年出生於瑞典斯德哥爾摩。他於1986 年在烏普薩拉大學通過博士論文答辯，並先後在瑞士蘇黎世大學和美國加州大學柏克萊分校從事博士後研究。他於1990 年成為德國慕尼黑大學的教授。1999 年他在德國萊比錫，創立馬克斯普朗克演化人類學研究所，至今依然活躍。他還擔任日本沖繩科學技術學院的兼職教授。

插圖：©諾貝爾生理學或醫學委員會。插圖畫家：馬蒂亞斯·卡倫