《尼安德塔人:尋找失落的基因組》-科學界30年第一手內幕揭秘    原載於泛科學 

古代人種的交流     via 這裡

《尼安德塔人:尋找失落的基因組(Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes)》是演化遺傳學家史凡德・帕波(Svante Pääbo)2014年出版的第一本書,現年59歲的帕波最著名的科學成就是定序了現代人的近親,尼安德塔人這種已經滅亡的古代人類的基因組。

 

出於支持演化研究的立場,希望各位可以買本書看看古代DNA研究是在幹嘛,畢竟這個領域現在能如此當紅,可能過半算是帕波的功勞,他是本領域的頭號權威,而且正逢盛年,一流研究仍不斷進行,得知一手內幕的機會總是難得。

 

尼安德塔人:尋找失落的基因組》算是帕波的自傳,他的研究生涯幾乎等於是從無到有建立起古代DNA研究領域的過程。看過最近那些定序與人種間序列比較的論文,很難不佩服帕波團隊的聰明才智,那些研究都是人類當前的尖端科學,而這本書就是在介紹這之間的故事。

 

帕波之所以研究古代DNA,是來自對古埃及的考古興趣,這算是跨領域做出巨大成果的例子。古代DNA是個有科學價值的題目,最後定序尼安德塔人基因組也讓帕波揚名立萬,這告訴我們,尋找高度科學價值的題目永遠很重要,但事情的另一半在於:要怎麼做到?以這個角度看,帕波的研究跟30年來不斷進步的定序技術密不可分,就像第13章提到,除了非常聰明的人之外,重大突破幾乎都伴隨重大的科技進展。

古埃及與古代DNA(上)──一場美麗的錯誤

 

帕波使用的研究技術一直跟著最新潮流(當然30年前的最新現在早就過氣很久)。讀博士時用分子生物學研究病毒蛋白質,後來自己偷偷定序木乃伊 DNA,接著博士後時大量使用那時新發明的PCR,這個世紀定序尼安德塔人時則是採用NGS,可以說帕波的研究題目與科技運用一直都走在時代前端,兩者互相配合,缺一不可。

智人與尼安德塔人40000年前在歐洲有過後代

 

比起一般定序,古代DNA至少有2點特殊之處:一是樣本取得困難,而且大多數樣本的DNA品質都不太好,樣本裡目標DNA的含量也很少;二是 「汙染」嚴重,這裡汙染的意思是有微生物或現代人的遺傳物質混進樣本裡。這也驅使帕波的團隊必需研發一堆特殊的處理與分析方法,才能增進抽取DNA的效 率,以及避免汙染造成的誤判。

 

帕波團隊發明來處理難搞的古代DNA很多特殊步驟,以及獨特的親緣分析方法,要是對這方面有些概念,就會認為實在是超聰明的,大概只有一群頂尖的智人腦袋聚在一起才想得出來,更關鍵的是帕波經營的團隊劍及履及的執行力,能把飄渺的想法化為現實的成果。另外這些發明可能會有別的用途,這都是尖端基礎研究能夠帶來的貢獻。

 

既然取得樣本對古代DNA研究這麼重要,這本書中也多次描述帕波得到實驗材料的過程,描寫比較多篇幅的,一個是帕波還是瑞典的博士生時,深入鐵幕去東德博物館要木乃伊;還有把尼安德塔人定序計劃昭告天下後,去克羅埃西亞尋找品質良好的骨頭,結果費了很大力氣才拿到;從俄羅斯拿到丹尼索瓦人的樣本,相比之下順利太多。這牽涉到一些倫理、政治與溝通的問題,值得思考,這些都是科學研究的一部份,溝通能力與政治手腕不可或缺。

 

帕波也談到科學界求新過頭的歪風,第1章講到粒線體定序成功,決定要投稿哪個期刊時,就把《Nature》與《Science》批評一頓,雖然他在這2個期刊發表的論文相當多篇,也藉此成為大師,最後還是決定把這篇開創性的論文投稿到《Cell》。會有這種觀感,大概與第4章提到的那些「會上媒體的可口研究」脫不了關係,帕波當年定序古代DNA成功後引發一陣熱潮,但作為引領潮流的行家,才知道這個領域技術的侷限,還有實驗汙染無所不在,因此能判斷 幾篇《Nature》與《Science》搶著刊出吸引眼球的時髦論文根本亂做。

 

科學固然求新,但科學研究界常常為了搶快發表論文,研究不完整就直接發表,或是太趕而犯錯,甚至是單純的追求新奇而缺乏科學價值,這些都是科學界常見的問題,做研究的人該儘量避免,至少也要在新奇與穩當間取得平衡。另一方面這也告訴我們別對論文照單全收,即使發表在一流期刊也不例外,讀書做學問要扎實,不能只想趕潮流,追求最新潮的發現,還要有基本的判斷力。

 

這幾年古代DNA是個蓬勃發展,論文狂發的熱門領域,有些新觀點提出不久後就被更新的發現推翻,帕波亦寫到他的論文也犯過幾次錯誤,因此大家在閱讀相關研究時,千萬不要抓著某篇論文或報導當聖旨,也不要死背一堆數字或資料,更重要的是了解這個領域的脈絡,知道這些研究在科學上的意義,假如能從中學到東西有助自己的研究更有價值。

 

總之,《尼安德塔人:尋找失落的基因組》是一位頂尖科學家,向大眾介紹當紅的尖端科學古代DNA研究,30年來發展過程的回顧。本書對科學界的運作描述相當詳盡,相當值得業界人士閱讀,對一般人而言,大師親自解說科學研究的一手內幕機會相當難得,值得一看。

 

古代DNA定序釐清人類演化過程的威力

 

講個實例讓大家瞧瞧帕波一手發展出來的古代DNA定序技術,在科學上解決問題的威力多強大。長久以來,人類演化學界對於現代人類的起源爭論不休,目前的主流認為現代人是單地起源於非洲,後來擴散到世界各地;但仍有不少學者主張多地起源,也就是各地的現代人,是由當地的原始人類演化而來。

 

雙方人馬在1980年代交鋒至今,走出非洲理論獲得分子生物學證據廣泛支持,有人可能會認為多地起源論早就被擊敗,不過多地起源論者面對對手鐵證如山的遺傳學證據,並沒有坐以待斃,而是去分析更多化石與遺骸,比較各自的特徵異同與可能的傳承關係來驗證己方說法,這本書中帕波數次提到的美帝科學家Erik Trinkaus就是一位。

 

2007年,Erik Trinkaus與一票中國科學家在《PNAS》發表論文[1],報告在北京周口店附近的田園洞找到距今約4萬年前的現代人類遺骸,他們分析了一大堆形態,認為分類上身為現代人的田園洞人,混雜了一堆其他古代人種的特徵,與現代的中國人不完全吻合,可見單純的非洲起源論不是事實,多地起源還是有它的市場。而多地起源論最盛行的中國,吳新智在國內講的就更直接了[2]。

十萬年前住在東亞的許昌人:有點傳統也有些現代,還帶點尼安德塔

 

2010年,帕波對尼安德塔人的定序替人類起源的故事補充一筆。非洲以外的現代人基因組都具備少量,但一樣多比例源自尼安德塔人的DNA,這顯示現代人的祖先是剛走出非洲時,就得到了尼安德塔人的遺傳物質,隨後才分開散佈到歐洲、亞洲、大洋洲,與美洲。
 

帕波特別在論文發表前先寄給Erik Trinkaus看,結果雙方雞同鴨講,Erik Trinkaus認為現代人與尼安德塔人的雜交發生在4萬年前,他早就從化石中看到,帕波的基因組定序對人類起源與尼安德塔人的研究幾乎沒有幫助。

從DNA看尼安德塔人與智人的複雜情史

 

2012年,田園洞人被帕波的團隊成功定序出部分基因組,也發表在《PNAS》[3]。這位4萬歲的老人,基因組DNA中源於尼安德塔人的比例,跟現代中國人沒什麼差別,也就是說混血的年代至少比4萬年更早(最新看法是5萬5千年);另外跟之前的推論一致,他是一些現代亞洲人與美洲原住民的祖先,但和歐洲人已經分開,其餘大概沒什麼特殊。

古代DNA帶我們認識東亞遺傳史

 

這就是古代DNA定序的威力,在判斷事件年代、比較人種間的親緣關係、遺傳交流的程度、有沒有獲得基因、分析表現形特徵上,演化遺傳學的威力都比形態比較的極限強大太多。Erik Trinkaus真的有他很厲害的地方,但不在這方面。

 

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參考資料:

1. Shang, H., Tong, H., Zhang, S., Chen, F., & Trinkaus, E. (2007). An early modern human from Tianyuan Cave, Zhoukoudian, China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(16), 6573-6578.

2. 中科院稱中國人祖先未必完全來自非洲

3. Fu, Q., Meyer, M., Gao, X., Stenzel, U., Burbano, H. A., Kelso, J., & Pääbo, S. (2013). DNA analysis of an early modern human from Tianyuan Cave, China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(6), 2223-2227.

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