北京时间10月3日，“2022年诺贝尔生理学或医学奖”颁给了瑞典遗传学家斯万特·帕博（Svante Pääbo），以表彰他对尼安德特人等已灭绝人种的基因组所做的研究，以及在人类进化研究领域做出的突出贡献。本文作者袁越曾经在2016年10月初拜访过德国马克思普朗克学会下属的进化人类学研究所，对当时担任该所所长的帕博博士进行过两次专访，相关文章收录于《人类的终极问题》一书中，下面是这篇文章的节选。文 | 袁越
莱比锡位于德国东部盆地的正中央，这个前东德第二大城市似乎尚未完全适应新的时代，和其他德国城市相比显得不太景气。在距离市中心几公里远的郊区有一幢全玻璃外墙的7层建筑，周围全都是各类公司和机构的办公楼，连个小餐馆都找不到。这就是著名的德国马克思普朗克学会下属的进化人类学研究所（Max Planck
Institute for Evolutionary Anthropology)，我要找的人就是这个所的现任所长、瑞典科学家斯万特·帕博（Svante Pääbo）博士。“欢迎，请坐，要不要先喝杯咖啡？”帕博用纯正但略带口音的英语招呼我，“我们可以先聊半个小时，然后我要去开一整天的会，但我已经安排我的同事带你参观并接受你的采访，咱们明天再细聊。”帕博身高足有一米九，人极瘦，走起路来弓腰驼背，两条长胳膊甩来甩去，看上去很不协调，再加上鼻梁上架着的那副金丝边眼镜，活脱脱一副学究模样。但他说起话来嗓音轻细，语速也不快，而且总是面带笑容，让人很容易产生亲近感。我坐在沙发上一边喝咖啡一边打量这间办公室，首先映入眼帘的是一个尼安德特人的骨架模型，这是人类学实验室的标配，一点也不稀奇。但这间办公室的墙壁上却挂着好几幅绘画作品，显示出主人的口味有点特别。其中一幅水彩画画的是一个戴眼镜的中年男子头像，看上去很像是帕博本人，不过这幅画的画技显然不怎么高明，而且风格很不统一，很像是几个小孩的涂鸦作品。
斯万特·帕博在位于德国莱比锡的进化人类学研究所办公室里（袁越 摄）“这是我的学生们送给我的生日礼物，他们事先约定每个人只负责画其中的一部分，结果就变成现在这个样子了。”帕博笑着解释道，“我的实验室是名副其实的国际团队，学生们来自全世界好多个国家，其中就包括来自中国的付巧妹。”付巧妹已经学成回国，现在在中科院古脊椎动物与古人类研究所下属的分子古生物学实验室工作。该所曾经在2016年举办过一次遗传学、人类学和考古学交叉研讨会，帕博受邀来北京参会，我就是在那次会议上第一次见到了这位古DNA研究界公认的大神。
中国科学院古脊椎动物和古人类研究所研究员付巧妹（袁越 摄）
那次研讨会也是我第一次在现场见识了“走出非洲派”和“多地起源派”的正面交锋，虽然大家表面上和和气气的，但其实火药味非常浓，双方谁也不让步。那次会议间隙我曾经偷偷询问过帕博对这场争论的看法，他没有过多评论，只是委婉地说，化石证据不太可靠，定性的成分居多，缺乏定量指标。这次在帕博的办公室我再一次当面提出了这个问题，帕博斟酌了几秒钟，回答道：“我对化石证据最大的疑惑就是，如果没有古DNA证据的帮助，我们无法知道某个人类化石是否留下了后代。”复旦大学的金力教授也表达过类似的看法，看来这是全世界DNA学派压箱底的绝招。不过这个质问非常有道理，化石派确实难以招架。半个小时太短，还没聊几句就过去了。帕博临走前从角落里翻出一本蓝色封皮的书递给我：“你先读读这本书，关于尼安德特人基因测序的所有故事都在里面了。”我接过来一看，原来是他刚刚出版不久的一本畅销书，题目就叫《尼安德特人》（Neanderthal Man）。《尼安德特人》书封
其实这是一本半自传性质的书，首先讲述了他自己之所以走上这条路的经过。帕博于1955年出生于瑞典首都斯德哥尔摩，父亲是一位获得过诺贝尔奖的瑞典生化学家，母亲则是一位来自爱沙尼亚的化学家。不过他父母很早就离婚了，他几乎没怎么见过生父，一直跟母亲生活，就连姓也是随的母姓。受到家庭熏陶，帕博从小就立志要当科学家，但他最迷的既不是生物学也不是化学，而是古埃及学。喜欢古埃及的欧美人特别多，毕竟埃及是人类文明的诞生之地。前文提到过的那位美国物理学家吉姆·阿诺德就是因为喜欢埃及才决定钻研放射性同位素测年法的，帕博也是一样，不过他感兴趣的是当初建造金字塔的那些人后来去了哪里，现在住在埃及的人是不是古埃及法老们的后代。
想来想去，帕博认为要想知道这个问题的答案，最好的办法就是分析法老们的DNA，看看和现代人有何区别。这个想法相当超前，因为当时还没有人尝试过从古代动物的身上提取DNA，即使有人尝试过也肯定失败了，因为帕博仔细翻阅了图书馆里的相关期刊，没有找到一篇关于此事的论文。当时他已经是瑞典乌普萨拉大学生物系的学生了，研究方向是人类免疫学。但他对古埃及的兴趣实在是太过强烈了，便利用假期登上了一列开往东德的火车，因为他听说东德博物馆里收藏了不少古埃及木乃伊。这是他第一次和德国发生亲密接触，为此他还自学了德语，没想到后来这里真的成了他的第二故乡。为了达到目的，帕博必须首先证明木乃伊里有DNA，而且质量还不能太差。最终他用化学的方法证明从木乃伊中能够提取到几千个核苷酸长的DNA分子，足以用来测序了。他把这个结果写成论文发表在一本东德科学院出版的德语期刊上，可惜当年西方科学界没人关心这种杂志，这篇论文如石沉大海，再也没了音讯。
瑞典科学家斯万特·帕博（右）亲临西班牙洞穴考古现场和工作人员一起挖掘人类化石。
帕博不知道的是，其实当时国际上有不少人都在关心这个问题，美国加州大学伯克利分校的艾伦·威尔逊就是其中之一。1984年，威尔逊实验室的一名研究生从一种已经灭绝了100多年的南非斑驴（Quagga）的皮肤中提取到了DNA，并成功将其克隆到了大肠杆菌中。通过对线粒体DNA的分析，得出结论说南非斑驴是非洲斑马的近亲，和非洲野驴的关系反而较远。这篇论文发表在1984年11月出版的《自然》（Nature）杂志上，帕博读后心潮澎湃，立刻决定把自己的研究成果写成英文投给《自然》杂志，居然被后者接受了。有趣的是，当时帕博尚未从乌普萨拉大学毕业，他的博士论文的主题是人体免疫系统研究，如果做好了很有可能在某个著名研究机构或者大制药厂找到一份体面的工作。但他的兴趣不在这里，一心想改行。他的导师对古DNA一窍不通，但他非常理解帕博的想法，不但没有指责帕博不务正业，还鼓励他去实现自己的理想，这样的事情只有在一个自由开放的社会才有可能发生。论文发表后，帕博很快收到了威尔逊的来信，后者误以为帕博是乌普萨拉大学的教授，希望自己能来他的实验室学习！受宠若惊的帕博赶忙写了封回信，澄清了事实，威尔逊也立刻改了主意，邀请帕博来伯克利自己的实验室做博士后。就这样，拿到博士学位后的帕博立刻登上了去美国的班机，他的人生轨迹从此被改写了。帕博的第一站不是旧金山，而是纽约。1986年，全世界分子遗传学领域的顶尖人物齐聚纽约长岛冷泉港，参加一个重要的学术研讨会。不但威尔逊去了，刚刚发明PCR技术的穆里斯也到了。会议的重点就是如何解读遗传密码，DNA测序问题成为大家关心的重点。就是在这次大会上，科学家们第一次公开讨论了人类基因组全测序的可能性，并为这一宏伟计划绘出了路线图。15年后这项计划提前完成，其意义再怎么强调都不过分。帕博的兴趣点虽然是古DNA，但其核心同样是DNA测序，在这一波DNA测序技术的大飞跃中获益良多。在伯克利期间，帕博和同事们完善了从骨头中提取DNA的技术，并在实践中意识到用克隆法来对付古DNA是不现实的，最好用PCR扩增，然后直接测。古DNA研究的巨大潜力很快就被非科学圈的人知道了。1990年，美国著名小说家迈克尔·克莱顿（Michael Crichton）出版了长篇科幻小说《侏罗纪公园》，把公众对古DNA的期望值抬高到了不可思议的程度。不少科学家也趁机火上浇油，纷纷发表文章称他们提取到了各式各样的古DNA，有人甚至在《科学》杂志上发表论文说他从琥珀中提取到了3000万年前的DNA！不过这些论文后来全都被证明是假阳性，那些依靠PCR技术扩增出来的DNA片段无一例外都是污染。这股风潮在当年曾经极为流行，就连中国著名学者陈章良也曾掺和过这件事，号称从恐龙蛋化石里提取出了恐龙DNA。后来有位研究生把陈章良测出的DNA序列放到国际基因库里一搜，发现他提取出来的是细菌的DNA序列。在这股风潮中，帕博自始至终一直保持着冷静的心态，一方面因为他在读大学期间就研究过古DNA的保存问题，发现碱性环境才是最好的，琥珀是酸性物质，恰好最不利于保存古DNA，所以《侏罗纪公园》描写的事情在现实世界中是不可能发生的。《侏罗纪公园》剧照
另一方面，他很早就知道PCR是一项非常敏感的技术，痕量的环境DNA污染都会被无限放大，导致假阳性结果。帕博自己曾经被污染问题折磨得痛不欲生，不得不为实验员们制定出史上最严厉的规章制度。所有PCR实验都必须有对照组，即不加古DNA提取物，其他一切照旧。如果对照组也扩增出了DNA，那么整批试剂必须全部扔掉，一滴也不留。如果污染的是细菌DNA还好办，只要分析一下DNA序列就能辨别出来，就像陈章良的恐龙蛋DNA闹剧一样。如果是现代人带来的污染，那就会给古人类DNA研究带来致命打击，因为两者的差别非常小，极难分辨。这里所说的现代人污染还不光是来自实验操作员的误操作，更多的是来自挖化石的工人，以及所有曾经触摸过这块骨头的人。以前的人类学家缺乏保护意识，经常不戴手套摸化石样品。有经验的人甚至养成了用舌头舔骨骼化石的习惯，因为这么做可以帮助他们辨别化石是否曾经被清漆处理过！不用说，这样的化石里含有大量的现代人DNA污染，极易混淆。帕博非常清楚这样的污染会给古DNA研究带来致命伤害，于是他花了很多时间研究如何消除污染，最终他找到了减少污染的方法，这使得他做出来的结果比别的实验室更可信。随着经验的积累。帕博却越来越意识到古DNA研究是有边界的。即使所有条件都绝对完美，DNA分子仍然是有寿命的，总有一天会断裂成细小的碎片，再也无法复原了。据他估算，起码从理论上讲，古DNA中保留的信息最多只能保存几十万年，超过100万年的古DNA是不可能含有任何有用信息的，因此也就毫无价值。这件事非常值得我们认真思考。一提到科学研究，很多人都会觉得想象力才是最重要的，只要想得到，没有做不到。但帕博用最科学的方式证明，想象力固然重要，但对细节的关注才是一个科学家获得成功的关键因素。另外，科学是有限度的，有些想象力无论怎样努力都是无法实现的，如果认不清这一点，就会钻进死胡同里，永远也出不来。正是在看清了这一点之后，帕博决定把工作重点放到尼安德特人上来。一来这是欧洲最重要的古老型人类，对于揭开欧洲人起源之谜有着极为关键的作用；二来尼安德特人直到3万年前才灭绝，有可能找到年代不太久远的古DNA。像露西这样的非洲南猿虽然更重要，但年代太过久远，不大可能提取出有效的古DNA。于是，帕博在做完博士后研究之后立即回到欧洲，在德国的慕尼黑大学找到一份工作，专心投入到提取尼安德特人线粒体的工作中来。在克服了诸多常人想象不到的困难之后，他和同事们终于在1996年成功地提取到了一小段尼安德特人线粒体DNA，并测出了其中一段含有379个核苷酸的DNA序列，发现尼安德特人的线粒体和所有现代人线粒体之间的遗传距离都是一样的，都是28个核苷酸的差别，尼安德特人和欧洲人之间的距离并不比和非洲人之间的距离更近。这个结果证明尼安德特人既不是欧洲人的直系祖先，也没有对现代人线粒体做出过任何贡献，他们就是人类进化过程中的死胡同，虽然一直活到距今3万年左右，最终还是不幸灭绝了。克罗地亚克拉皮纳尼安德特人博物馆里再现的尼安德特家庭场景经过一番考虑，帕博决定把这篇论文投给了在科学家圈子里口碑更好的《细胞》（Cell）杂志。1997年7月11日，这篇被他认为是自己写得最好的论文终于发表了，这是人类测出的第一个已灭绝古人类的DNA序列，对于人类起源的研究具有划时代的意义。此前关于DNA的研究用的都是现代人DNA，需要事先做出很多理论上的假设才能得出结论。帕博直接测到了几万年前的古人DNA，用它来和现代人加以对比，不需要太多假设就可以得出令人信服的结论了。那年帕博只有42岁，却已经成为全世界家喻户晓的科学明星了。但他并没有停下脚步，而是抓住了一个千载难逢的机遇，实现了自己毕生的梦想。就在这篇尼安德特人线粒体基因测序论文发表后没多久，一个陌生人拜访了帕博的实验室，原来他是代表马克思普朗克学会前来游说的，想把帕博从慕尼黑大学挖走，帮助该学会创办一所全新的人类学研究机构。
马克思普朗克学会的前身是创办于1911年的威廉皇帝学会（Kaiser Wilhelm Society），这家非政府机构一直致力于资助国际一流的科学家进行高水平的科学研究，爱因斯坦就是受益者之一。希特勒上台后该学会摇身一变，成为纳粹的帮凶，不但帮法西斯军队研制出很多先进武器，还投入大量人力物力研究所谓的“优生学”，试图为纳粹德国的种族歧视政策找到科学根据。“二战”结束后该学会决定东山再起，恢复资助科学研究。为了纪念前任会长、优秀的德国理论物理学家马克思·普朗克，大家一致决定更名为马克思普朗克科学促进会，中国人习惯简称其为“马普”。
德国物理学家马克思·普朗克
马普的主要资金来源是德国政府，很多德国大企业和财团也很愿意捐钱给他们，但因为有纳粹前科，德国人一直不太敢碰人类学领域。这次找到帕博，一方面因为他是人类学领域的明星级科学家，很有号召力，另一方面也是因为帕博是个瑞典人，可以少些顾忌。帕博接受了马普的邀请，并建议把研究所建在莱比锡，这样可以帮助这个前东德城市振兴经济，我眼前的这座崭新的建筑物就是这么来的。这座建筑外表并不起眼，但内部设施相当豪华。进门后首先看到的是一个直通房顶的大厅，大厅一角安装了一个高达15米的攀岩墙，谁都可以来玩一把。大厅内的一块空地被布置成科普园地，展出了一些关于人类进化的物品和科普文章。大厅后面是一个露天池塘，岸边放着一排桌椅，方便科学家们在这里一边喝咖啡一边聊天，希望他们能在聊天的过程中碰出灵感的火花。帕博被任命为所长，在他的建议下，该所设立了遗传学、进化学、行为学、心理学和文化学等五个学科，所有人全都在这幢大楼里办公，方便不同学科的人相互讨论，取长补短。帕博还亲自出马，从全世界招来了各个学科最优秀的学者，比如最早提出线粒体夏娃理论的斯通金博士目前就在这里工作。这事说来很有意思，帕博和斯通金曾经一同在威尔逊的实验室做博士后，当时帕博喜欢上了实验室的另一位女博士后，但他本人是个双性恋者，当时还不敢肯定自己的性取向，结果这位女博士后和斯通金结了婚，两人还生下了两个孩子。后来这三人再次聚首，帕博发现自己仍然很喜欢她，最终她和斯通金离婚，嫁给了帕博。那天早上帕博安排一位名叫薇薇安·斯隆（Vivian Slon）的博士研究生领着我参观实验室，我最感兴趣的当然是专门用于古DNA操作的超净实验室，该所居然有两个，全部建在地下一层。每间实验室都分内外两间屋子，我作为参观者只能进入外间屋，透过厚重的玻璃门看一看内屋的构造。内外屋之间安装了一套超强的空气过滤装置，99.995%的直径超过0.2微米的颗粒物都被过滤掉了，其干净程度堪称世界之最。这两间超净室当初是专门为提取古DNA而建的，尽一切可能杜绝外源污染。如今这两间超净室主要用于为提取出来的古DNA建文库，也就是在古DNA分子的两端各安装一个引物，这个做法相当于为图书馆里的每一本藏书都贴上一个标签，然后就可以把所有古DNA纳入同一个体系，对其进行各种常规操作了。这么做的一大好处就是可以把提取物中的古DNA分子一股脑全部扩增出来，不像老式的PCR那样只能扩增出特定的DNA片段。另一个好处就是可以测出很短的DNA分子的序列，这一点对于尼安德特人基因组测序工作是极为关键的，因为从骨头中提取出来的尼安德特人的DNA分子都很短，平均只有40-60个核苷酸长度，PCR是没办法扩增这么短的DNA片段的。从骨头中提取古DNA首先需要钻孔，通常这一步是在超净室里完成的。斯隆特意拿来一块动物骨头，在外屋为我演示了一遍如何钻骨取粉末。只见她先穿好厚厚的实验服，戴上PM2.5口罩，再戴上一个玻璃头盔，前面的挡风玻璃一直伸展到下巴处，尽一切可能不让自己呼出的气污染样本。然后她坐在生物实验专用的无菌操作台前，用戴了两层乳胶手套的双手打开一个锡纸包，从里面取出一小块动物骨头。我注意到她的手指始终都不去碰骨头，而是通过锡纸捏住骨头的一端，然后用一把牙医专用的钻头在骨头上打眼。每钻几秒钟后她就停一会儿，避免钻头温度过高损坏DNA。钻下来的粉末被收集到一个小试管里，再倒入特殊的溶液，粉末里面含有的DNA就可以被萃取出来了。那天是星期四，可那间超净实验室里却没有人在工作，就连外屋也看不到一个人。“如今大部分工作都是在计算机上完成的，就连测序工作也都交给机器了。”斯隆指着桌上放着的几台机器对我说，“它们才是真正的明星，大部分DNA数据都是由它们生产出来的。”原来，这就是大名鼎鼎的DNA测序仪，一共有两种型号，一种是Miseq，一种是Hiseq，都是由一家名为Illumina的公司生产的。“Miseq一次可以测出2000万个核苷酸顺序，Hiseq一次可以测出2亿个核苷酸顺序，这就大大降低了测序成本。”斯隆解释说，“不过，后者虽然通量大，但错误率通常也比较高。”我在上世纪90年代中期曾经在一家生物实验室工作过，主要任务就是DNA测序。那个时候测序用的是电泳技术，俗称跑胶，每跑一次要花一整天时间，一次最多只能测几十个样本，每个样本最多只能读出几百个核苷酸序列。在这20年的时间里，DNA测序技术有了长足的进步，大概只有电脑芯片的进步速度可以和DNA测序技术相媲美。科研人员在钻取骨粉，以萃取DNA（袁越 摄）
事实上，如果没有技术的进步，帕博的“野心”是不可能实现的。在测出尼安德特人线粒体序列之后，帕博立即着手研究如何才能测出古人的核染色体的DNA序列。尼安德特人的基因组和人类一样，都有大约30亿个核苷酸，如果46条染色体全算上，那就是60亿个字母，对于跑胶时代的DNA测序技术来说这是个天文数字，这就是为什么当年冷泉港会议提出要测人类全基因组序列时很多人都觉得那是个笑话。
事实上，这就是当初科学家们提出人类基因组计划的原因之一，他们相信这项计划会促成DNA测序技术的革新。最终结果证明科学家们的预言是正确的，两位瑞典科学家于1996年发明了焦磷酸测序技术（Pyrosequencing），不用再跑胶了，也不必使用放射性元素标记DNA了，而是利用光化学原理把单个核苷酸信号变成光信号，然后通过一台高灵敏度的仪器检测这个光信号，就能测出DNA顺序了。这项技术有两大好处，一个就是它完全不需要通过PCR来扩增特定的DNA片段，只要事先建好DNA文库，其中所有的DNA片段都可以一次性地测出来。另一个好处就是成本低，这一点对于古DNA来说非常重要，甚至可以说是最关键的优点。但这项技术也有两个缺点，一个是每次只能测几十个核苷酸序列，长的片段测不了，另一个就是错误率较高，比跑胶差一些。但对于古DNA来说这两个缺点根本不算问题，因为古DNA片段本来就很短，测长的没用，第二个问题则可以通过大量测序来解决。经过近20年的发展，焦磷酸测序技术已经相当成熟了，人类全基因组测序的价格甚至有望在不远的将来降到几百美元的水平。但活人的DNA非常完整，测起来要容易得多。尼安德特人的基因组不但极为破碎，而且纯度很低，帕博当年能把尼安德特人线粒体的一个小片段测出来就已经是一件轰动全世界的壮举了，要想测出全部基因组顺序其难度好比登天。我们可以用前文举过的一个例子说明这件事难在哪里。如果把人类基因组序列印成一本书的话，按照每页3000个字母来计算，这将是一本200万页的巨著。现在想象一下，如果我们手头有1000本书，把它们全部撕个粉碎，任何一片碎纸都只含有50个字母，然后让你依靠这些碎纸片把全书拼出来，你能做到吗？帕博所要面对的就是类似这样的难题。随着岁月的流逝，尼安德特人的基因全都碎成了小片段，平均长度只有50个核苷酸左右。不但如此，从尼安德特人遗骨里提取出来的DNA含有大量外源污染，真正属于尼安德特人的DNA片段最多只有3%，大部分样本甚至连1%都不到。换句话说，我们手中的碎纸片除了来自那1000本正版书外，还混有1万本错误连篇的盗版书！怎么样？你觉得这件事有可能成功吗？事实上，即使是目前最强大的电脑也很难完成这个任务。但帕博手里有一件秘密武器，这就是人类基因组序列。2001年，人类基因组计划宣告完成。帕博相信尼安德特人的基因组和现代人差不太多，他可以用现代人基因组作为参照系，把测出来的尼安德特人基因片段一一对应地贴上去。换句话说，这就相当于一个人找到了一本完整的书，然后他只要把每一个碎纸片的内容从书里找出来就能知道这个碎纸片所处的大概位置了，难度大大降低。为了避免可能出现的偏向性误差，帕博后来又决定采用黑猩猩的基因组作为参照系，不过原理是一样的。当然了，这么做的前体是必须首先剔除基因污染。细菌DNA污染还好办，只要和人类基因组一比较就能看出来了。最难办的就是现代人的基因污染，很难分辨。经过多次试验，帕博找到了辨别古DNA和现代人DNA的方法，只不过这个方法并不完全可靠，需要分析大量数据才能得出较为肯定的结论，这就对DNA测序的速度提出了很高的要求。如果还是只能靠跑胶来测序的话，帕博的理想是不可能实现的。这个例子再次说明，世界观的进步有赖于科学技术的进步，如果没有后者的支持，那么前者就很难实现。有了新技术的支持，帕博决定来一次世纪豪赌。2006年7月他在莱比锡召开记者会，宣布将用两年的时间测出尼安德特人全基因组序列。这件事当年曾经遭到了很多人的白眼，因为科学圈从来不喜欢这种还没做出成绩就先吹牛的作风。不过这就是马普的风格，像这样的独立研究机构都希望培养出自己的科学明星，以此来扩大知名度，帕博就是马普的明星，只能配合宣传。在此后的两年多时间里，帕博和他的团队所经历的艰辛可想而知，这里只说一件小事：因为测序仪产出了海量的数据，即使马普调用了所有能找到的计算机供帕博使用，但运算能力还是不够，于是帕博只能请求位于波士顿的博德研究所（Broad Institute）提供支援。因为数据量大到无法通过网络传输，双方只能通过快递大容量硬盘的方式交换数据。就在截止日期到来的前6天，来自波士顿的18个大容量硬盘终于寄到了，发布会这才终于按期举行。好在整个过程有惊无险，帕博在2009年初对外宣布测序成功。之后他花了很长时间将结果写成论文，发表在2010年5月7日出版的《科学》杂志上，文章本身并不长，但附件却有174页之多，完全就是一本书的容量。因为尼安德特人的全基因组序列非常难测，迄今为止也只有他一家实验室成功地测了出来，因此他在附件中详细描述了整个过程，并把所有的原始数据都公开了，任何人都可以随时查验。这个实验之所以至今一直没人能够重复出来，一个原因是技术复杂，门槛太高，全世界大概只有4-5家实验室具备这样的能力。不过另一个更加重要的原因就是尼安德特人的遗骨太难找了，高质量的骨头更是稀缺。帕博试验了超过70个样本，最终只有一个样本质量合格，其余的都含有太多的细菌污染，这就大大增加了DNA测序的工作量。那块高质量的骸骨来自克罗地亚的温迪佳山洞（Vindija Cave），那是个石灰岩山洞，因此洞内环境呈弱碱性，比较适合DNA的保存。1980年有人在洞内发现了距今3.8万年前的尼安德特人骸骨，大部分骨头都被仔细地切成了小碎块，说明这些尼安德特人都是被另一群人吃掉的。帕博认为，这个不幸的事件很有可能是这些骨头之所以污染极少的重要原因，因为吃他们的人很可能把骨头上的肉全都仔细地剃光了，连骨髓都没有放过。如此“干净”的骨头不容易滋生细菌，所以这批骨头内的尼安德特人DNA含量超过了3%，从古DNA的角度来说属于极为罕见的优质样品。换句话说，最终是这个被同伴吃掉的可怜的尼安德特人为后人留下了宝贵的遗书，帮助我们解开了尼安德特人的身世之谜，同时也揭开了隐藏在人类基因组里的一个大秘密。读到这里也许有人会问，从如此古老的遗骨里测出的尼安德特人基因组顺序可靠吗？答案是肯定的。目前已经测过的尼安德特人全基因组序列的最高精度级别为50层，即平均每个片段都至少测了50次。前文说过，新的DNA测序技术虽然速度快，但错误率较高，必须多测几次才能肯定哪个是对的。50层是相当高的倍数，其准确性已经和现代人基因组测序没什么差别了。
初步分析显示，尼安德特人和现代人的基因组差别是千分之一点二，也就是说每1000个核苷酸有1.2个不同之处。已知任意两个现代人之间的DNA序列差别是千分之一，所以说尼安德特人和现代人之间的差别非常小，两者是近亲。相比之下，现代人和黑猩猩之间的差别是百分之一，平均每100个核苷酸就有一处差异，说明我们和猩猩之间的差距有点大，最多只能算远亲。接下来一个很自然的问题是，尼安德特人和现代人有过基因交流吗？化石界曾经有不少人研究过这个问题，但得出了相互矛盾的结论。人类基因组计划完成之后，又有人试图根据现代人的DNA序列倒推回去，看看有没有杂交过的迹象，结果同样相互矛盾。两派学者争来争去，双方谁也说服不了谁，最终还得依靠古DNA证据，这就是帕博之所以要测尼安德特人基因组全序列的原因之一。当尼安德特人线粒体DNA测序结果出来后，帕博立刻做了分析，结果没有发现基因交流的证据，后来他的实验室又测出了尼安德特人的Y染色体基因序列，分析后得出了同样的结论。不过线粒体和Y染色体都属于单线遗传，并不能说明全部问题，直到尼安德特人全基因组顺序出来后，真相终于大白。分析结果显示，所有生活在非洲之外的现代人体内都有1%-4%的尼安德特人基因，非洲人则几乎没有。针对这一结果，最好的解释就是现代人的祖先走出非洲之后曾经和遇到的尼安德特人有过基因交流，而且其中的一部分尼安德特基因一直保留到了现在。也许有人会问，既然双方杂交过，为什么现代人的线粒体和Y染色体都没有尼安德特人的贡献呢？个中原因很简单：携带有尼安德特人线粒体和Y染色体的人都死光了，没有留下后代。常染色体因为可以发生基因重组，所以比较容易混入现代人的基因组中，如果混入的部分对现代人的生存能力没有影响，或者甚至是有利的话，这部分外来基因便会保留下来，并一直遗传下去。根据这一结果，帕博提出了“取代人群”（Replacement Crowd）这个新概念。他认为人类祖先走出非洲后并没有立即扩散开来，而是先在某个地方（很可能是中东地区）生活了一段时间，他们和尼安德特人的基因交流就是在这段时间里发生的。这次杂交产下的后代不但活了下来，而且成功地繁殖出了下一代，逐渐把尼安德特人的基因扩散到了整个人群之中。后来时机成熟了，这群身上携带有尼安德特人基因的现代智人终于离开了中东，扩散至整个欧亚和美洲大陆，他们就是除了非洲之外的所有现代人的共同祖先。因为这群人在扩散过程中取代了原先居住在各地的古老型人类，因此称他们为“取代人群”。可以想象，这篇论文发表后在全世界引起了轰动。就在大家对人类祖先的所谓“滥交”行为议论纷纷的时候，帕博实验室又扔出了一枚重磅炸弹。2010年12月出版的《自然》杂志刊登了帕博小组提交的一篇新论文，他们通过对古人类DNA的测序，发现了一个全新的人类亚种，取名为丹尼索瓦人（Denisovan）。丹尼索瓦原本是一个石灰岩山洞的名字，这个山洞位于俄罗斯境内的阿尔泰山区，距离中国新疆和蒙古西部都不远。2008年，俄罗斯人类学家在山洞里发现了一个女性的小指骨，其年代至少在4.1万年以上。阿尔泰地区气候干冷，非常适合古DNA的保存，所以帕博对这一地区的考古发现很感兴趣。来自帕博实验室的德国科学家约翰尼斯·克劳斯（Johannes Krause）博士主要负责这个项目，但真正负责提取DNA并测序的是来自中国的博士研究生付巧妹。
帕博实验室的德国科学家约翰尼斯·克劳斯
初步试验表明帕博的预感是正确的，这块小指骨里含有高质量的古DNA，非常适合用来测序。当时他们以为这是尼安德特人的遗骨，想通过测序来研究一下尼安德特人的遗传多样性。没想到当付巧妹测出线粒体DNA序列后，发现和尼安德特人的线粒体不太一样，很可能属于一个以前不知道的全新人种。当时尼安德特人全基因组刚刚测完，帕博实验室立即开足马力将这个小指骨里含有的丹尼索瓦人DNA全序列测了出来，结果发现这是一种和尼安德特人非常相似的全新的古人类，很可能和尼人分别占据了欧亚大陆的东西两侧。后来考古学家又在丹尼索瓦山洞里挖出过两颗牙齿，从中提取出来的线粒体DNA证明同属丹尼索瓦人。这是人类历史上第一个仅凭DNA证据就命名的人类新物种，迄今为止关于这个神秘人种的化石证据就只有这两颗牙和一小块指骨，我们对他们的身材和长相等等人类学特征一无所知。
5万年前丹尼索瓦人小指骨碎片，可使科学家绘出丹尼索瓦人整个基因代码
但是，DNA顺序可以告诉我们很多更有用的信息。分析显示，丹尼索瓦人也和现代智人的祖先有过基因交流。奇怪的是，同样分布在东边的东亚人体内却只含有0.2%的丹尼索瓦人DNA，居住在南亚诸岛上的美拉尼西亚人（主要包括新几内亚岛和澳大利亚）却含有4%-6%的丹尼索瓦人DNA，这是怎么回事呢？为了寻求答案，我专程前往另一座德国城市耶拿（Jena），拜访了在那里工作的克劳斯博士。耶拿比莱比锡还冷清，一到晚上就安静得像座鬼城，连吃个晚饭都要走出很远。马普学会大概是看中了耶拿的安静气质，在这里成立了一家新的人类历史研究所，克劳斯被任命为该所的第一任所长，主要负责用基因手段研究人类的进化史。“现代人不止有20万年历史，那只是线粒体的历史。”克劳斯对我说，“我觉得现代人的历史应该从和尼安德特人分家开始算起，时间在50万-70万年前。分家之后一部分尼安德特人的祖先离开非洲进入欧亚大陆，然后兵分两路，向西走的最终进化成了尼安德特人，向东走的最终进化成了丹尼索瓦人。也就是说，丹尼索瓦人其实就是尼安德特人的近亲，甚至有可能比尼人更古老，因为我们从丹尼索瓦人的基因组里发现了一个更古老的支系，很可能来自100万年前的直立人。”据克劳斯介绍，最近这200万年里有过大约20次冰河期，每次冰期结束后的间冰期气温比现在还高，那时的欧洲就像现在的非洲一样炎热，所以他认为每一次间冰期都可能有一拨人走出了非洲，进入欧亚大陆生活，这两个大陆的人员交流是非常频繁的。不过，现代人的祖先却一直留在非洲，最终在那里进化成为现代智人。大概在7万-8万年前，这群现代智人中的一部分走出非洲，和尼安德特人发生了基因交流，成为“取代人群”。与此同时，留在非洲的那部分现代智人也开始扩散，最终占领了整个非洲大陆。他们在这个过程中也很有可能和当时住在非洲的古老型人类有过基因交流，但因为非洲气候不利于古DNA的保存，我们至今没有确凿的证据证明这一点。大约5万年前，这个“取代人群”也终于开始从居住地（很可能是中东）向四面八方扩散，最终占领了整个欧亚和美洲大陆。第一批出走的“取代人群”很可能是沿着海岸线向东走的，最终占领了东南亚诸岛。这群人沿途遇到了丹尼索瓦人，和他们发生了基因交流，这就是为什么今天的美拉尼西亚人体内含有如此高比例的丹尼索瓦人基因的原因。今天的东亚人的祖先很可能来自第二波向西扩散的“取代人群”，但当时丹尼索瓦人很可能已经灭绝或者接近灭绝了，所以这群人沿途没有和丹尼索瓦人发生基因交流，这就是为什么在今天的东亚人基因组内几乎找不到丹尼索瓦人DNA的原因。克劳斯毕竟是德国人，他的兴趣点不在亚洲而在欧洲，他想知道现代欧洲人都是从哪里来的，于是他花了大量时间研究了这个问题。“现代欧洲人的来源已经大致弄清楚了，只剩下一些细节有待进一步核实。”克劳斯自信地对我说，“最早移民到欧洲的那批人几乎都死光了，没有留下后代，第二波移民后来成为欧洲大陆上的采集狩猎者，他们只留下了10%-20%的基因。现代欧洲人基因组当中贡献最大的是第三波移民，这些人主要是来自中东地区的农民，他们带着农作物种子迁徙到了欧洲。也就是说，欧洲农业的兴起不是源于文化的交流，而是人口的迁徙、取代和交融。”克劳斯越说越兴奋，又告诉了我一个从来没有听说过的惊人事实：“今天博物馆里展出的那些尼安德特人模型全都是按照欧洲人的样子重建的，但其实尼安德特人很可能都是深色皮肤黑眼睛的人。事实上，现代欧洲人的样貌只有5000多年的历史，一万年前的欧洲居民很可能都是深色皮肤蓝眼睛的人，浅色皮肤的出现只有不到一万年的时间，然后又用了5000年才扩散至整个欧洲。这些样貌特征从化石里是看不出来的，只能从DNA顺序里找到答案。”克劳斯甚至认为真正典型的现代智人长得就像现在的非洲人，今天的欧亚人因为混入了尼安德特人基因，变得不纯了，这才会出现各式各样的奇怪相貌。“现代欧洲人当中可以找到很多眉脊特别突出的人，或者身上毛特别多的人，这些特征很可能都是向尼安德特人方向发生的返祖现象。”克劳斯一边说一边用手比画自己突出的眉骨，显然他并不在乎自己是否是基因返祖的产物。他认为今天生活在地球上的所有现代人全都来自非洲的一个部落，只不过偶尔和其他部落有过基因交流而已。这个结论证据确凿，已经很难动摇了。相比之下，中国考古人类学界至今还在纠结于中国人到底是本地起源还是外来取代，这场旷世之争因为古DNA证据的出现反而愈演愈烈。有趣的是，争论的双方都认为古DNA证据对自己有利。“多地起源派”认为现代人和尼安德特人有过基因交流这件事正好说明“取代派”的观点是错误的，古老型人类确实对现代人做出了基因贡献，当时生活在欧亚大陆的古老型人类并没有被一群来自非洲的现代智人完全替代掉，所以“多地区进化附带杂交”的理论才是正确的。“取代派”则会拿尼安德特人基因组做例子，认为古DNA已经证明他们不是现代欧洲人的祖先，而是进化的死胡同，所以中国也不应该有例外。平心而论，尼安德特人基因组序列确实证明“完全取代”理论是不完全正确的，走出非洲的现代智人祖先并没有把沿途遇到的所有土著全部杀光，而是和他们发生过基因交流，并继承了当地土著的一部分基因。从这个角度讲，“多地区进化附带杂交”理论也不能说完全就是错的，双方争论的焦点变成了基因交流的程度到底有多大。话虽这么说，“多地起源派”有两个坎是绕不过去的。第一就是目前已经发现的基因交流的双方是现代智人和尼安德特人，似乎没东亚直立人什么事儿。第二就是像尼安德特人这样的古老型人类对于现代智人所做的基因贡献是非常小的，这说明双方的基因交流属于偶然现象，现代人的主流部分还是来自非洲的。因此走出非洲派将“替代模型”的名称修改了一下，称其为“不完全替代”（Leaky Replacement）模型。这么做相当于为“走出非洲”理论打了一块补丁，弥补了原理论的不足之处。“多地起源派”要想绕过这两个坎，最好的办法就是测出中国古人类的DNA，这就是为什么近年来中国再一次变成国际考古学界的热点地区的原因。比如导言中提到的湖南道县牙齿化石和许昌人头盖骨化石，虽然看似都是对“走出非洲”理论提出了挑战，但因为没有DNA证据，很难服众。帕博的学生付巧妹博士学成归国后在中科院古脊椎和古人类研究所创立了分子进化实验室，试图从中国本地出土的人类骨骼中提取出DNA。可惜的是，因为古人类化石非常珍贵，很多化石研究人员并不十分愿意把标本贡献出来测DNA，即使DNA测序只需要50毫克骨碎片就行了，比碳-14测年所需要的骨量少多了。另一方面，中国大部分地方的气候条件也不利于古DNA的保存。截止到目前，付巧妹只在周口店附近的田园洞出土的4万年古人类遗骨中提取出了足够多的DNA，并测了线粒体和部分核染色体的基因序列。分析结果显示这是现代东亚人的祖先之一，为当代中国人贡献了一部分基因。不过没有证据显示田园洞人基因组里有来自某个古老型人类DNA的成分。另外，田园洞人已经和欧洲人的祖先彻底分家了，这说明欧亚大陆的现代智人至少在4万年前就已经分成了欧亚两支，这个时间是相当长的。总之，因为尼安德特人和丹尼索瓦人基因组测序的成功，古DNA成为人类学研究最热门的新领域。最近这5年里，来自世界各地的人类学实验室发表了无数篇论文，运用古DNA技术研究人类进化史。但这些论文大都是对人类进化过程中的一些细节所做的补充，尚未出现值得一提的重大突破。那么，这段时间帕博教授在做什么呢？第二天我准时出现在他的办公室，对他进行了第二次专访。“我现在的兴趣点已经不在人类进化上了，这个问题已经基本上搞清楚了，不再吸引我了。当然未来仍然有可能发现新的证据，得出新的结论，对此我持开放态度，只要证据确凿我都可以接受。”帕博开门见山地对我说，“我打算把未来的工作重点放在研究人类独特性上面来，我想知道为什么地球上曾经有过那么多种不同的人，最终只有现代智人发展出了全新的技术和文化，使得我们这个群体能够迅速扩张到全世界，并改变了整个地球的生态。”
帕博从小就对这个问题感兴趣，当初他之所以和马普学会一拍即合，就是因为他看到了实现自己梦想的机会。于是他建议马普换个方向，不再专注于传统意义上的人类学研究，而是把重点放到“人之所以为人”这个问题上来。德国人因为历史原因一直对重启人类学研究感到底气不足，这个建议正中下怀。如果只想研究人类进化，那么只需测出基因组中的一段DNA顺序就可以了，而且最好测那些没有功能的DNA段落，否则结论会不准。但是，帕博心里想的是“寻因”而不是“寻祖”，所以他才如此坚定地要把尼安德特人全基因组序列都测出来。尼安德特人是和我们关系最近的人种，从尼安德特人到现代智人的进化是人类进化史上最后的一步，也是“人之为人”的最关键一步。研究结果显示，现代人和尼安德特人、丹尼索瓦人等这些古老型人类有大约3万个基因差异，主要是SNP不同，也有一些差异属于核苷酸插入或缺失。这些差异当中有3000多个位于基因调控片段内，但真正负责编码蛋白质的基因序列的差别很小，一共只有87个氨基酸发生了变化。也就是说，如果把现代人基因组中的这87个基因位点修改成尼安德特人的版本，理论上就能制造出一个尼安德特人。事实上，这就是帕博实验室正在做的事情。说到差异，大家肯定最关心现代人和尼安德特人在心智上的差别，这就必须研究双方的神经发育状况。帕博手下的一个研究小组找到了和神经发育有关的三个氨基酸差异，通过基因编辑的方式把人类神经细胞中的这三个位点换成尼安德特人版本，然后将其培养成神经细胞团，戏称其为“小脑袋”（Mini Brain）。接下来他们将研究这个尼安德特人的“小脑袋”和现代人到底有何不同，希望能通过这个实验揭示出双方在智力上的巨大差异究竟来自何处。这个实验说起来简单，但操作起来困难重重。目前实验室只是做了初步的尝试，尚未看出明显差异。不过这也是可以预料到的事情，因为现代人和尼安德特人之间的差异应该是非常小的，在大脑发育的初期很可能看不出来，所以科学家们试图让这个“小脑袋”在培养皿里一直长下去，看看后来会不会有变化。考虑到尼安德特人的脑量甚至比现代人的还要大，也许双方的差异是在其他一些很微妙的地方。比如，美国科学家曾经研究过尼安德特人的喉咙骨骼结构，发现不如现代智人那么精细，这说明尼安德特人无法像现代智人那样发出复杂的音调，在语言表达方面存在缺陷。我们都知道语言对于人类的智力进化来说有多么重要，大家普遍相信，正是因为人类进化出了语言，才使得现代人的智力发生了飞跃，最终统治了世界。还有一个问题无法避免，那就是尼安德特人的基因贡献是否导致了现代欧亚人和非洲人之间的不同。要知道，欧亚人身体内有1%-4%的基因来自尼安德特人，非洲人几乎没有，难免有人因此而相信非洲人就是不行，并将这件事看成是种族歧视的证据。针对这个疑问，帕博做出了自己的解释。首先，虽然平均每个现代人体内只有1%-4%的尼安德特人基因，但因为每个人继承的尼人基因都不一样，加起来已经有30%的尼安德特人基因在现代人体内被找到了，未来这个数字甚至有可能接近50%。也就是说，已经灭绝的尼安德特人至少有一半的基因被保留了下来。这些基因之所以没有被淘汰掉，很可能说明它们确实对人类有某种好处。其次，目前已经发现的所有尼安德特人基因都是和皮肤、体毛、免疫系统和消化系统等直接和环境接触的部位有关的，没有发现任何基因是和神经发育有关联的。这件事其实是很好理解的，尼安德特人毕竟已经在欧亚大陆生活了几十万年，适应了那里的环境和病菌。现代智人刚刚走出非洲，进入一个完全陌生的地方，肯定会对新环境不那么适应，从尼安德特人那里继承下来的这些基因正好派上了用场。另一个比较著名的案例就是西藏人的抗高原基因。研究显示这个基因继承自丹尼索瓦人，藏人祖先正是通过和丹尼索瓦人的基因交流获得了在高海拔地区生活的技能。不过，所有这些研究都是间接的，因为人类毕竟不是小白鼠，不能随随便便把人的基因换成尼安德特人的版本，然后相互比较。但是，既然尼安德特人基因已经进入了人类基因组，帕博认为我们可以通过大规模人口基因普查的方式发现那些天生带有某个尼安德特人基因的个体，然后通过研究这些个体，找到现代人和尼安德特人之间的不同之处，从而鉴别出到底是何原因导致了尼安德特人的灭绝，以及现代智人的兴起。无独有偶，复旦大学的金力教授也不再对传统人类学感兴趣了。“人类起源的问题虽然重要，但从目前的情况来看，要想让科学界达成共识是很难的。”金力在接受采访时对我说，“现在我更关注亚洲人对东亚环境的适应问题，我想知道东亚人为什么进化出了黄皮肤，一晒太阳就会变黑，休息几天又会恢复原样。这种皮肤是东亚人独有的，我想知道这是如何进化出来的，这样的皮肤对于我们的祖先适应东亚环境做出了什么样的贡献。”金力原本就不是学人类学的，他的专业是生物医学，因此他一直想把人类进化研究和疾病联系起来。“我认为人类进化史上有两个节点非常重要，一个是走出非洲，一个是发明农业。前者意味着人类去了不该去的地方，后者意味着人类做了不该做的事情。”金力对我说，“我认为正是这两个节点导致了现代人类的很多困境，因为这两件事对于任何一个物种来说都是不该做的。比如，农业提供了稳定的食物来源，而人是不应该有稳定的食物来源的，只有这样我们才能在生理和心理上保持健康。”紧接着，金力又把矛头对准了现代文明。“更重要的是，农业衍生出来的是文明，但是文明是害我们的，文明让人类走上了一条不归路。”金力对我说，“因为文明强调生存的权利，以及人人都有好生活的权利，其结果就是让不该活的人活下来，让不该出生的人生下来。”我想，金力教授的意思是说，文明违反了进化论的前提条件，导致了不良基因的积累和某些性状的退化。确实，现代人无论是御寒能力还是抗病能力很可能都比不过尼安德特人，我们的野外生存能力更是比不上几乎所有的野生哺乳动物。但是，为什么最终反而是尼安德特人灭绝了，而我们却活了下来呢？为什么看似手无缚鸡之力的人类最终登上了食物链的最顶端呢？原因恰恰就是文明。文明的基础是高级智慧，高级智慧的最大特征就是知识的主动传承，这两件事让人类成为自然界最善于分工合作的物种，正是这种分工合作，使得人类能够团结起来，克服诸多困难，成为地球上最成功的物种。排版：雨筠 /审核：同同
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