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用古基因组探索东亚人群的历史

用古基因组探索东亚人群的历史

——记第25届“中国青年五四奖章”获得者付巧妹

光明日报记者 俞海萍 光明日报通讯员 吴佳儒

  如果将地球46亿年的历史压缩成一天,人类则在一天结束前的最后38秒时到来。然而这短短38秒间,我们祖先所经历的故事仍然是一团谜——我们是谁?我们从哪里来?长期以来,这些问题一直萦绕在人类心头,成为一群人不断追问答案的永恒命题。

  付巧妹就是答案追寻者之一。她是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室主任、第25届“中国青年五四奖章”获得者,面对东亚人类古DNA研究严重匮乏的局面,她说:“要探索自己人群的历史。”她致力于开发创新古基因组实验技术,专注探索人类群体的起源与演化问题。在她的努力下,研究团队开发了古核基因组捕获技术,阐明早期现代人扩散历史及与已灭绝古人类的基因交流特点,解码东亚现代人的复杂遗传历史,绘制欧亚不同时期人群动态遗传历史,大规模开展中国人群系统性古基因组研究及从‘土’中获得东亚首例古人类DNA等,东亚史前人群的故事不再是一片空白。

  在兴趣中投入极致的努力

  2016年,付巧妹正式回国。在国外的几年里,她师从古DNA领域奠基者斯文特·帕博,而后在德国、美国从事博士后研究工作。在学成并在行业内取得显著成绩后,她选择放弃国外优越的条件回国,希望用前沿的理念和方法探寻东亚,尤其是中国人群的演化历史,为我国相关领域的发展贡献自己的一份力量。

  其实,她的古DNA研究之路并非一帆风顺。本科就读文物保护技术专业、硕士期间专攻骨骼研究的付巧妹,在前往德国时可以说完全是古DNA研究上的门外汉。一次组会上,团队成员正在讨论尼安德特人基因组序列草图,她感觉仿佛在听天书。为了获得读博的可能,大量阅读文献、做实验成了家常便饭,“我有没有做到极致的努力?”成为付巧妹常问自己的问题。这段经历让她一个月瘦了20斤,也让她在逆境中快速成长。导师斯文特·帕博在接受《自然》杂志采访时,称她为“最棒的学生之一”。

  付巧妹认为探索感兴趣的领域是一个让人兴奋的过程:“总有一件事能够让你兴奋起来,可以废寝忘食。”

  从环境DNA“大海”中捕获人类古核基因组

  古DNA研究中的最大难题就是从污染严重的古生物样本中捕获非常微量的内源DNA。生物遗骸中的DNA片段经过长时间的自然降解已变得十分破碎,且含量极低,使得提取非常艰难;外界因素的影响,特别是微生物DNA的大量入侵,使得古DNA提取难上加难,出土后被现在的人随意触摸,也会带来无法估量的污染。

  付巧妹这样形容古DNA获取过程:就像在大海中捕鱼,鱼可能只有十几条,但微生物DNA污染的干扰就像海水,让捕鱼者难以锁定鱼群。在这样的干扰下,很多时候实验只是在“大海”中进行无效捞捕,难以获取有效数据。

  为克服这一困难,付巧妹带领团队不断进行实验技术的探索和研发,最终共同开发出古核基因组捕获技术。这一技术能将仅占0.03%的人类DNA,从包含大量微生物的土壤中吸附、富集并钓取出来。

  “就像捕鱼人手里有了带追踪器的渔网一样,我们能从充满干扰的‘大海’中把微量的人类DNA给找出来。”付巧妹这样形容古核基因组捕获技术。付巧妹团队利用这一技术对中国南北方地区的人群展开大规模古基因组捕获和研究,在“大海”中捕捉希望,勾勒出近万年来中国人群的迁徙与演化历史。

  探寻东亚人自己的历史脉络

  回国后的付巧妹继续投入到东亚人群古DNA研究中。鉴于当时国内的古DNA研究尚不成熟,她开始着手搭建一支“中国制造”的古DNA研究团队。

  肩负研究者和团队负责人的双重身份,在几年时间里,付巧妹带领团队建成国内首个媲美国际顶尖水平的分子古生物学实验室与平台,这是全球少数几个可实施操作一系列古基因组关键技术的国际顶尖实验室之一,为提升我国在相关领域的科技软硬实力提供了重要助力。

  虽然有压力,但谈到对团队的期许,付巧妹还是希望大家能够开开心心做科研。在她看来,研究自己感兴趣的问题、了解手头工作的意义才是最重要的。

  弄清“我们是谁、我们从哪里来”,依旧是付巧妹在有生之年致力解答的问题。尤其是从青藏高原的“土”中提取出丹尼索瓦人的首例DNA后,付巧妹期待能够在未来的探索中找到东亚人自己的、特有的古人类,以填补东亚古人类遗传历史上尚存的空白。她期待有一天能够用古代人类遗骸的DNA书写中国人群自己的遗传历史,为绘制全球人类演化谱图作出中国贡献。

  《光明日报》( 2021年05月05日 02版)

责任编辑:文杰

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