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付巧妹:破译远古DNA密码,给世界以惊奇

2017/05/03 来源:生物探索
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导读
5月2日,《朝闻天下》节目最新推出的“领跑者”系列报道迎来了一名年纪轻轻却成绩显赫的女科学家——付巧妹,一名年纪轻轻却成绩显赫的古人类DNA研究专家。2016年付巧妹曾因“重写欧洲最早的现代人类历史,并希望用古人类遗骸DNA改写亚洲的史前史”而入选Nature杂志推出的“10位中国科学之星”报道。


5月2日,《朝闻天下》节目最新推出的“领跑者”系列报道迎来了一名年纪轻轻却成绩显赫的女科学家——付巧妹,一名古人类DNA研究专家,曾先后在《Nature》发表13篇学术论文,重新书写了欧洲最早的现代人类历史。她提出的开创性古DNA提取与研究方法,在全球古人类研究领域不断引发惊叹和赞誉。


2016年,《Nature》推出“10位中国科学之星”特写报道,付巧妹位列其中。2014年,她所领衔的“古DNA解密现代人起源”研究被《Nature》杂志评选为“十大科学事件”之一。

现在,作为中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任,付巧妹正在打造一支全球领先、中国制造的古DNA研究团队,她的研究重心转向最早定居亚洲的智人,她希望能对亚洲先民的历史探索创造同样甚至更大的惊奇。

回答:我们从哪里来,我们是谁

付巧妹所研究的古DNA技术,类似于面对远古人类的法医。这是一门看起来容易让人陷入困惑的学科,刚接触的人常有盲人摸象的无助感。“我们的工作主要是做人类衍化,利用当时人群的古DNA来了解当时人群的一个遗传关系,从而了解当时人类发生过什么,也就是说,我们从哪里来,我们是谁。”她解释道。

“领跑者”节目拍摄了付巧妹到西安一处有先秦时期墓葬群挖掘现场,以及在实验室提取牙齿骨粉进行DNA分析的工作过程。她需要通过破译这些来自数千年前人骨之谜,找到更多关于早期历史,以及远古人类存在的痕迹。

相比于现代法医,这份工作要复杂得多。除了要收集到合适的人骨样本,最难的便是对古DNA的信息破译。包括提取、排序、重建古DNA的片段、序列比对组装等等。与做现代人的DNA研究不同,她首先面临的难题就是如何去掉这些古老DNA中的污染。

改写:欧洲早期人类的历史

古人类的研究面临着上万年的时间跨度,这种未知让很多科学家却步。2009年,古人类学者对一块发现于罗马尼亚洞穴、距今已4万多年的早期现代人下颌骨展开研究,他们相信它与已经消失的古人类尼安德特人之间关系极为密切。但是,由于埋藏环境过于潮湿恶劣,无法有效提取DNA,很多欧洲的科学家们被迫放弃了对它的进一步研究。

参与这一项目的付巧妹回忆说:“当时获得的数据非常糟糕,一个是量很少,二就是污染率高达70%,另外一个,就是现在的这些人对当时的样品的污染,使得我们非常困难的就是说,能够获得有效的数据。”

通过反复尝试,不轻言放弃的付巧妹采用一种类似钓鱼的方法:用现代人的DNA做了一个吸铁磁一样的引子,由于相似度高,这个引子会把人骨上所有属于人类的DNA吸附并提取出来。随后,通过对提取出来的人类DNA成分的分离,在极为细微的古DNA信息中,付巧妹最终发现了这个样本的曾曾曾祖父母中,有一个是尼安德特人。

尼安德特人被认为是十二万年前出现,早在3万年前灭绝的古人类。过去的研究认为,尼安德特人只在5万年前和现代人有基因交流。现在,付巧妹的发现将现代人与尼安德特人发生基因交流的年代缩短了近一万年,她的这一发现被《自然》杂志认为是相当惊人的。

未知:研究的动力

“很多情况下。古DNA分析甚至比精准医学的数据量还要大,你要发挥你整个的研究能力还有你的科研的严谨性,还有你的数据挖掘能力,因为你相当于是探索一个未知的东西。”付巧妹表示。

2009年,付巧妹前往德国马克斯•普朗克进化人类研究所,攻读古人类基因组学博士学位。虽然没有古DNA、基因组学研究经验,但是付巧妹却一头扎进了自己的研究领域,并被评价为“近些年来最有天赋的古DNA研究人员之一”。她迅速学会如何从古代标本中提取微量DNA,并掌握了很强的分析DNA序列的计算能力,从而能够不断有新的发现。

善于在迷宫般的复杂历史中探索的付巧妹,不停地寻找着一个又一个出口,刷新未知的世界。她破译了最古老的现代人基因组,发现了欧洲人的蓝色眼睛出现的时间在大概4万年前;她开发捕获DNA技术,从中国4万年化石中获得世界首例早期现代人核DNA,相关学术论文发表在《Nature》《Science》等国际期刊。

现在,付巧妹正着力打造一支能够领跑世界的中国古DNA研究团队。她认为,古DNA研究领域,世界正在看中国。如何保持领跑优势?这应该是她的责任与担当,不能有半丝懈怠。她强调,这个领域里有太多未知,这些未知是他们做研究的动力。

关于“领跑者”

当前,我国科技整体水平大幅提升,正在由跟跑者向并行者、领跑者转变。我国科学家队伍主动担当、积极作为,成为建设科技强国的重要支撑力量。而“领跑者”正是在这种大背景下,由朝闻天下最新推出的一个系列报道,旨在记录一批不断引领创新潮流,对中国乃至世界产生重要影响的优秀科学家,见证他们的创新与奉献、责任与担当。

备注:文章整理自《朝闻天下

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