人類從哪來？2022 諾貝爾生理醫學獎授予古遺傳學與人類基因體研究學者 Svante Pääbo

一年一度諾貝爾獎（Nobel Prize）得主於近期公布，備受關注的 2022 年度諾貝爾生理學或醫學獎授予瑞典遺傳生物學家 Svante Pääbo，Svante Pääbo 教授的開創性研究催生了全新學科：古遺傳學（paleogenetics），主要專注於尼安德塔人（Neanderthal）基因體的研究，藉此顯示現代智人（Homo sapiens）基因特殊性，更揭開古人類基因組影響到現今人類的免疫系統功能，這些發現對於人類演化歷史的探索又往前邁進一步。

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從考古看人類起源

考古證據顯示智人（Homo sapiens）約在 30 萬年前首次出現於非洲大陸，而與現代人類演化關係最近、現已滅絕的尼安德塔人（Neanderthal）約 40 萬年前到 3 萬年前生活於歐洲、西亞地區。大約 7 萬年前，一批智人由非洲遷移到中東，由此推論尼安德塔人與智人在歐亞地區共存了數萬年。現今人類與已滅絕的尼安德塔人有什麼關聯？古人類的基因組特性如何影響現代人類？Svante Pääbo 從尼安德塔人的古 DNA 定序研究拼湊線索。

從粒線體 DNA 還原古人類基因

要分析已滅絕的尼安德塔人基因資訊並不容易，隨著時間推移 DNA 會被降解成短片段，最終只剩下微量 DNA，除此，殘存至今的 DNA 也可能受到環境微生物或其他污染難以維持完整性。面臨基因樣本取得不易的挑戰，Svante Pääbo 團隊轉往分析已滅絕人種的粒線體 DNA（mitochondria DNA）。粒線體基因組平均只有 165,00 bp（相較核 DNA 高達 3,000,000,000 bp），但粒線體 DNA 拷貝數可高達數千組，因此更有利分析。

古人類 DNA 分析樣本示意（Source: The Nobel Prize）

拼組出尼安德塔人到現代人類的演化地圖

從古人類粒線體 DNA 分析著手，Svante Pääbo 團隊不斷精進改良的古 DNA 修復技術。2008 年，他們從一塊 4 萬年前的骨頭標本中首次得出古人類基因定序成果，結果顯示與現代人類或黑猩猩的基因組並不相同，他們將這種古人類命名為 Denisova（Denisova 為西伯利亞南部，取得骨頭樣本出處），並於 2010 年發布第一項尼安德塔人的基因組序列，成果發表在 Nature, Science 各大頂尖雜誌。

智人、尼安德塔人、Denisova 的演化分支關係圖（Source: The Nobel Prize）

團隊後續繼續將古人類基因組與來自世界各處的現代人類基因序列比較，得知 Denisova 與智人之間來往而產生過基因流動（gene flow）交流現象，在太平洋 Melanesia 群島、東南亞地區的現代人基因組中攜帶高達 6% Denisova 的 DNA。

而 Svante Pääbo 團隊系列研究拼湊出人類演化史更完整脈絡。當智人遷出非洲後，當時至少有兩個現已滅絕的人種居住在歐亞大陸：尼安德塔人生活在歐亞大陸西部，Denisova 居住在歐亞大陸東部地區。比對基因結果也佐證在智人向非洲以外地區擴張過程中，與尼安德塔人、Denisova 人都發生了基因交流現象。現代歐洲或亞洲人種基因組中，大約 1-4% 來自尼安德塔人。

（Source: The Nobel Prize）

這套分析方法也遇上一些限制，由於非洲的熱帶氣候環境會加速降解 DNA，因此截至目前為止他們尚未能定序分析來自非洲已滅絕古人類的基因組。

開啟古遺傳學的新時代

Svante Pääbo 的突破性研究開創新學科古遺傳學（paleogenetics）出現，Svante Pääbo 團隊更加廣泛分析其他許多已滅絕人類的基因組，以深入了解人類遷移與演化歷史。

人類演化歷程不僅是遠古的事件，基因交流的過程還影響到現代人類的生理機能。例如 Denisova 人種的 EPAS1 基因常見於現今的藏人基因中，該基因與調節血紅素（hemoglobin）濃度和攜氧能力有關，因此賦予藏人在高海拔地區的適應力。另外也有與尼安德塔人相關例子，來自尼安德塔人的基因型影響現代人類在接觸到不同感染源誘發的免疫反應。

Svante Pääbo 的長年研究關注智人與已滅絕人類的遺傳差異，透過這些差異解釋人類起源與演進歷程。

「Svante Pääbo 創造了這個領域，他解開了許多關於人類演化的秘密。」曾與 Svante Pääbo 共識、也獲得過諾貝爾獎殊榮的 University of Vienna 考古學教授 Katerina Douka 如此形容。

延伸閱讀：2021 諾貝爾生理醫學獎：從溫度到觸覺，人如何感知外在環境刺激？

參考資料：
1. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/