斯文特·帕波：人類進化遺傳學的奠基者

斯文特·帕波（Swint P??bo），世界著名進化遺傳學家，現(xiàn)任美國國家科學院、瑞典皇家科學院等多個國家科學院的院士，以及中國科學院研究生院、萊比錫大學等多所著名大學的名譽教授。迄今，他已作過400多次頗具影響力的演說，并獲得多項科學獎，包括1992年德國科學基金會授予他的德國最高研究榮譽獎——萊布尼茨獎。1997年，他開始擔任德國馬普學會萊比錫進化人類學研究所所長至今。帕波教授的研究工作和學術進展始終被世界著名媒體所關注，如《紐約時報》、《時代》、《新聞周刊》、《經濟學家》等均對他有過報道。帕波教授在古DNA領域做了大量的研究工作，其研究對象涉及樹懶、洞熊、恐鳥、猛犸象和尼安德特人等。他曾在《細胞》（Cell）、《自然》（Nature）、《科學》（Science）、《美國國家科學院院報》（PNAS）等重要刊物發(fā)表了一系列研究成果，并在美國芝加哥費爾德自然歷史博物館（Field Musuem）、舊金山人類進化遺傳學的奠基者展覽館及紐約自然歷史博物館展出。鑒于帕波教授在科學研究上的杰出貢獻，2007年，他被《時代》（Times）雜志評選為“全球最具影響力的一百人”之一。2008年，他被《新科學家》（New Scientist）評選為8位年度科學英雄之一。2009年2月，他所引領的科研團隊，已初步完成超過30億堿基對序列的尼安德特人基因組。無疑，這個科學項目的完成，將使人們對現(xiàn)代人的進化史有更新的認識。

斯文特·帕波教授

古DNA研究迄今已走過20多年的歷程。您不僅是這一歷史進程的見證者，更是這一領域的先驅和奠基者。今年5月，中國科學院與德國馬普學會人類演化和科技考古聯(lián)合實驗室在北京古脊椎動物與古人類研究所掛牌成立，它將有力地推動人類起源與演化的研究。值此之際，有機會對您進行采訪，我感到十分榮幸。20世紀80年代，“分子克隆古埃及木乃伊DNA”是您踏入古DNA研究領域的第一步。這一工作不僅引起了世界的關注，也是人類歷史上首次將克隆技術應用于古DNA的創(chuàng)舉。請問，是什么原因促使您投身這一特殊的領域？在研究過程中，您遇到的挑戰(zhàn)主要有哪些？

斯文特·帕波：這與我的求學經歷有關。在攻讀醫(yī)藥學博士和分子生物學博士之前，我研究的是埃及學。因此，我清楚在埃及的博物館中收藏了數以千計的木乃伊，而且每年還有近百件新的木乃伊被發(fā)現(xiàn)。另外，細菌克隆DNA在當時是相當新的技術，還沒有相關文獻表明這個技術曾被應用于考古遺存。顯而易見，將DNA克隆應用于木乃伊，是一個值得嘗試研究和應用的領域。當時，最大的挑戰(zhàn)是如何證明木乃伊中的DNA歷經數千年仍能存在。主要的證據來自兩個方面：顯微鏡下觀察到木乃伊細胞核中存在被染色的DNA；通過細菌成功克隆了從木乃伊組織中提取的DNA，并在所克隆的DNA中發(fā)現(xiàn)了人類的DNA。盡管當時我還不知道DNA的污染程度。但現(xiàn)在看來，木乃伊受到外源人類DNA的污染，其可能性還是存在的。

當您的分子克隆古埃及木乃伊DNA研究引起世界學術界關注之時，20世紀80年代末，您帶領您的團隊毅然轉向了滅絕物種的系統(tǒng)發(fā)育及其與現(xiàn)存相鄰物種之間關系等領域的研究。請問，這又是什么原因促使您作出研究方向重大轉移的決定？在這個新的學術領域，您有哪些振奮人心的成果呢？

斯文特·帕波：我發(fā)現(xiàn)，人類DNA普遍存在于出土及館藏的古代遺物中，若采用聚合酶鏈式反應（PCR）擴增技術研究古人類DNA，其污染問題在所難免，其所得結果也很難令人信服。然而，將研究對象改為非人類物種時，外源人類DNA的污染則不難鑒別和剔除。此時，利用PCR技術，擴增特定DNA片段，開展這些物種的研究，應該沒有難以逾越的困難。鑒于此，我開始將注意力轉向了滅絕動物，并應用相關的技術，探索其與現(xiàn)存動物之間的遺傳關系。多年來，我們在這一領域取得了一系列令人矚目的成果。例如，遠古時代，南美有一種與澳大利亞滅絕袋狼相近的有袋動物。然而，研究發(fā)現(xiàn)，相比于這種南美的有袋類動物，澳大利亞的滅絕袋狼與當地現(xiàn)存有袋類動物的關系更加緊密。再如，新西蘭有一種不能飛行的滅絕恐鳥，我們的研究發(fā)現(xiàn)，新西蘭當地的無翼鳥，即現(xiàn)存的不能飛行鳥，較之這種當地滅絕的恐鳥，更接近于澳大利亞及非洲現(xiàn)存的不能飛行鳥。這表明滅絕恐鳥與現(xiàn)存無翼鳥盡管都在新西蘭，但兩者可能擁有不同的祖先。再如，加利福尼亞沙漠百年以前即有袋鼠存在，依據博物館的記錄和百年前的地圖，我們確定了博物館收藏的近百件袋鼠所捕獲的地點，再選取同一地點的現(xiàn)存袋鼠，首次通過DNA分析，揭示了種群隨時間的遺傳變化規(guī)律。

1997年以來，您的研究又主要轉向了尼安德特人基因組及其遺傳關系。您為何作出這一選擇？它是否有助于解答現(xiàn)代人的起源問題？根據已有的研究，您如何認識現(xiàn)代人和尼安德特人之間的關系？

斯文特·帕波：利用古DNA技術，探索人類的進化過程，始終是我的夢想。作為最接近現(xiàn)代人的滅絕旁系親屬，尼安德特人無疑是研究這一進程的理想對象。通過比較現(xiàn)代人自身和尼安德特人的DNA序列，我們可以了解，人類基因組在近幾十萬年里所發(fā)生的變化。而這些遺傳變化的背后，應該隱藏著它對人類文化和技術發(fā)展的推動作用。至今，我們已完成了尼安德特人線粒體DNA的研究。以往的研究似乎表明，尼安德特人線粒體DNA對現(xiàn)代人線粒體DNA沒有明顯貢獻。目前，我們正在分析整個尼安德特人的基因組，相信它最終能夠全面揭示尼安德特人與現(xiàn)代人之間的遺傳關系。其中，最為關鍵的是，它能告訴我們，究竟是尼安德特人的基因對現(xiàn)代人的遺傳變異有一定貢獻，還是現(xiàn)代人祖先對他們的基因庫有所貢獻？我相信，往后的幾個月里，我們的研究將有突破性的進展。

古DNA分析中，真實性至關重要。您是如何確保尼安德特人DNA的真實性的？

斯文特·帕波：首先，我們的DNA分析是在極其清潔的環(huán)境下進行的，以避免實驗室內引入DNA的污染。例如，在專用實驗室內提取DNA，實驗室設備皆要經過嚴格的消毒處理；每天用紫外線照射實驗室；實驗室人員必須穿防護服等。不難理解，這些措施仍不能消除已存在于樣品內的DNA污染，所以必須對DNA的受污染程度作認真的評估。業(yè)已證明，尼安德特人基因組的大部分片段與現(xiàn)代人相近，但其線粒體DNA則與現(xiàn)代人之間存在一定差異。這樣，分析尼安德特人線粒體基因組中不同于現(xiàn)代人的位點，即可評估樣品所提取線粒體DNA的污染程度，進而判斷該樣品線粒體DNA分析的有效性。一般說來，根據已知線粒體DNA的污染程度，尚可推算內源的核DNA含量。然而，由于線粒體DNA與核DNA的污染程度不一定相同，為了確保分析的可靠性，通常還需要采用其他方法驗證核DNA的污染程度。例如，分析尼安德特人女性骨骼樣品時，擬尋找她是否有Y染色體DNA。若有，則可確定存在男性污染，這是因為唯有男性才存在Y染色體。目前，我們正在致力于探明尼安德特人核基因組中不同于現(xiàn)代人的位點。相信在不久的將來，人們根據這些位點的分析，即可直接評估有無外來核DNA的污染。

當前，您所開展的研究項目是完成尼安德特人的完整基因組序列，它對于認識人類進化史具有難以估量的意義。請問，完整的基因組序列，比如人類和黑猩猩的完整基因組序列，能提供哪些重要的信息？當然，人們應該更關心尼安德特人完整基因組序列的工作進展和具體意義。

斯文特·帕波：首先，完整的基因組序列能夠成為生物學家的工具。生物學家可以使用計算機和互聯(lián)網，分析基因組中任一感興趣的片段或結構，而不需要再次進行繁瑣的基因測序。我們擁有共同的祖先，即400萬年到700萬年前的猿類。而不同基因組的比較，如人類基因組與黑猩猩或其他猿類基因組的比較，可望了解到基因組發(fā)生變化的具體位點和變化規(guī)律。假如人類的基因組不同于黑猩猩的基因組，則表明人類基因組確實發(fā)生了不可忽視的變化。具體說來，欲標定進化分支上人類相應的基因變化，尼安德特人完整基因組的研究顯然具有極為重要的意義。如果早在尼安德特人出現(xiàn)之前，一些人類基因已經發(fā)生了變化，則表明現(xiàn)代人與尼安德特人的基因序列相近。反之則表明，較之于現(xiàn)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組的研究，還可以作為一種新的方法和新的思路，以探尋人類基因組中受正向選擇（物種受外界環(huán)境的影響，在已突變的基因中篩選，淘汰不適應環(huán)境的基因，選擇可有效適應環(huán)境的基因）影響的區(qū)域。即將尼安德特人基因組與現(xiàn)代人及近親物種的基因組進行對比，了解那些與人類進化密切相關、并保留于現(xiàn)代人中的基因區(qū)域。目前，您還致力于研究一些特定基因，如對現(xiàn)代人類語言具有重要作用的FOXP2基因。

請您解釋一下，判定FOXP2基因與人類語言相關，其根據是什么？尼安德特人的FOXP2變異是否與現(xiàn)代人相同？如果是，是否意味著尼安德特人具有說話的能力？

斯文特·帕波：現(xiàn)代人的FOXP2基因中，任一染色體的突變都將導致嚴重的語言障礙。諸如口齒不清；無法區(qū)分一些基本音節(jié)；不能理解語法和句子等。此外，F(xiàn)OXP2基因表達蛋白的演變也十分重要，應給予關注。事實上，所有哺乳動物皆保留有FOXP2基因表達的蛋白。不過，現(xiàn)代人的蛋白中，已有兩個氨基酸發(fā)生了變化。最近的研究表明，尼安德特人FOXP2基因的表達蛋白同樣具有相似的變化。由此可推測，這兩個氨基酸的變化要么發(fā)生在現(xiàn)代人和尼安德特人分化之前，要么是早期現(xiàn)代人將其遺傳給了較晚的尼安德特人。這些氨基酸是否對語言很重要呢？最近，我們所做的相關實驗給出了肯定答案。首先，將老鼠的FOXP2基因作了改動，讓其表達出本質上與現(xiàn)代人一樣的FOXP2蛋白，其結果不僅促使老鼠發(fā)出了不同聲音，也增強了這些老鼠腦細胞之間的聯(lián)系，并導致其功能發(fā)生變化。盡管這些變化的機制不甚清晰，但仍可通過動物模型去探索。我堅信，這些方面的研究將會取得更多的進展。然而，這些結果并非意味著，擁有相同F(xiàn)OXP2表達蛋白的尼安德特人能像我們一樣說話。目前，人們對語言的遺傳背景知之甚少，現(xiàn)在假設或推測尼安德特人能夠說話還為時尚早。應該說，還有許多不清楚的基因對語言有著重要影響。一旦相關未知基因被破解了，不僅可檢驗尼安德特人基因組序列中是否存在相似的基因，還有望解答他們能否說話的問題。

現(xiàn)如今，您引領著馬普學會萊比錫進化人類學研究所的進化遺傳學系。您認為遺傳學系中什么問題至關重要？不同背景的科學家如何解決這個問題？

斯文特·帕波：事實上，我們的工作和所里大多數專家一樣，都注重探索現(xiàn)代人與近親物種間的相同和不同之處。這里的近親物種主要指現(xiàn)存猿類和滅絕旁系（如古老的尼安德特人及其他古人類）。我們的研究內容主要有兩大方面：一方面，比較現(xiàn)代人和近親物種基因組；另一方面，分析不同組織的不同基因所產生的核糖核酸（RNA）含量，探討相關基因的活性。目前，我們已開始采用基因組測序、微陣列、RNA高通量測序/質譜高通量分析蛋白質等一系列方法，研究相關基因表達蛋白的含量。

今年5月，中國科學院與德國馬普學會人類演化和科技考古聯(lián)合實驗室在北京正式掛牌成立，有關學術界對此表示了高度關注。請您結合古DNA和食譜研究，談談對這一合作前景的看法。

斯文特·帕波：中國科學院與德國馬普學會人類演化和科技考古聯(lián)合實驗室的成立，讓我激動不已。對我們而言，這是一個與中國科學院，尤其是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、中國科學院研究生院的科學家們一起工作的極好機會。這兩個機構擁有獨一無二的材料和專長，并一直利用這些材料和專長詳盡地解答中國甚至整個世界的人類進化問題。我深信，聯(lián)合實驗室將會發(fā)展成為一個卓越的人類進化科學研究中心。中國科學院與馬普學會建立的聯(lián)合實驗室，將使雙方的科學家彼此緊密聯(lián)系，共同研究重大課題。與此同時，聯(lián)合實驗室還將注重培養(yǎng)DNA技術、食譜分析和石器微痕分析方面的年輕科學家。不難理解，化石樣品可有效地開展古代食譜和DNA分析，并可從不同的側面了解樣品的保存情況。當然，最為重要的是：聯(lián)合實驗室可望在中國境內古人類的進化方面不斷取得令世人矚目的重大成果。

您如何認識中國境內人類化石DNA測序的可能性，例如北京人？

斯文特·帕波：我相信，中國境內的一些人類化石中，應含有足以提取并用于分析的DNA。和歐洲及亞洲其他地區(qū)一樣，只有DNA保存得足夠好的遺址才有可能提取到DNA。因此，我們首先要著手尋找這些遺址。一般而言，低于20萬年或10萬年的人類化石很可能存在DNA。北京人雖不在其中，但其后的人類化石中，其DNA仍可讓我們了解到中國境內人類的進化歷程。

最后，對于有興趣研究古DNA的年輕一代學者，您可否給些建議？

斯文特·帕波：古DNA研究不僅需要學習大量的技術，還需要在洞察學術前沿問題的基礎上，畢生致力于相關技術的改進。因此，我對有志于從事古DNA研究的年輕學者的建議是：不僅要研究化石，而且還要具備堅實的分子生物學知識和技能。我還認為，學生和青年科學家應該認真思考他們工作中所遇到的問題，并能對他們的教授和其他學者的觀點提出質疑。從我個人的經驗而言，一個團隊最好的發(fā)展，即取得最大進步的最好方式是：每個人都可以對相關項目進行討論、提出問題和發(fā)表意見。

【本文初發(fā)表于《南方文物》2010年2期；后收入《穿越古今：海外考古大家訪談》，上海古籍出版社，2020年。澎湃新聞經李水城教授授權刊發(fā)?！?/em>