《Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes 尼安德塔人:尋找失落的基因組》是演化遺傳學家Svante Pääbo 史凡德・帕波2014年出版的第一本書,現年59歲的帕波最著名的科學成就是定序了現代人的近親,尼安德塔人這種已經滅亡的古代人類的基因組。

古代人種的交流     via 這裡

本文為真心話暗黑版,小清新版載於泛科學:《尼安德塔人:尋找失落的基因組》-科學界30年第一手內幕揭秘

 

出於支持演化研究的立場,希望各位可以買本書看看古代DNA研究是在幹嘛,畢竟這個領域現在能如此當紅,可能過半算是帕波的功勞,他是本領域的頭號權威,而且正逢盛年,一流研究仍不斷進行,得知一手內幕的機會總是難得......但別期待真能看懂整本書。

 

我不知道一般人看這本書會看到什麼東西,書中有太多技術性細節,不是這個領域裡的人恐怕很難理解在寫什麼(不是學這行的真的別以為你看得懂,真的,不過假如真的一看就懂,那麼這種人才還是趕快來入行吧!),何況帕波的研究能力雖是世界頂尖,寫書的文筆卻有待加強,至少離優美差得遠。反過來說,這本書很適合給這領域的從業人士看,對自己的研究想法多少有些幫助,也包括那些不是研究直接相關的部分。

 

內容簡介

 

本書第1章從1996年首度定序出尼安德塔人粒線體DNA切入,然後回到帕波小時候從頭講起,整本書都圍繞著古代DNA研究,直到2010年正式發表尼安德塔人與丹尼索瓦人(Denisovan)的全套基因組序列為止,後記則是補充了一些2010年至書出版間的新發現。

 

帕波是瑞典人,父母都是科學家,爸爸更是赫赫有名的1982年諾貝爾生理醫學獎得主Sune Bergström,不過因為媽媽Karin Pääbo 是婚外情配偶,所以帕波是被媽媽養大,從母姓,跟爸爸也不熟。他從小就對古埃及有興趣,後來在烏普沙拉大學讀醫學,博士題目是用分子生物學研究病毒。然而帕波仍無法忘情考古學,他在1981年時把兩個領域結合起來,用分子生物的DNA定序方法研究木乃伊,最後1985年還是博士生時就把論文發表在《Nature》。

Sune K Bergström Obituary - The Lancet

 

帕波博士畢業後決定放棄本業醫學與免疫學,改行專門研究古代DNA,因此前往加州柏克萊大學當博士後,他利用那時新發明的PCR定序出不少古代生物的DNA。1990年慕尼黑大學直接給了帕波教授職位(!),他就在德國展開PI生涯,在建立可靠的實驗步驟後,成為古代DNA領域的一流專家,但直到1996年才決定開始研究尼安德塔人,並成功定序出粒線體DNA。

 

帕波後來被馬克斯普朗克協會招募,創辦演化人類學研究所,並於1998年於萊比錫正式運作。隨後帕波的團隊致力於定序尼安德塔人的細胞核DNA(也就是全套基因組)。定序基因組比粒線體困難無數倍,因為比起粒線體,基因組的序列長的誇張,DNA的量又少很多,因此主要問題在於,一來保存品質夠好的樣本不足,二來定序技術效率不佳,這兩點又會互相影響(定序效率差,需求的樣本就要多)。

 

2005年起,帕波認為要定序整個基因組,本來PCR加上細菌選殖的方法幾乎沒搞頭,因此他導入新的NGS定序方法,開始是「454」,後來換成「Illumina」,效率果然大幅提高;在克羅埃西亞費盡心力取得的尼安德塔人骨頭,解決了實驗材料的問題,加上許多技術進展,就這樣於2010年成功發表了尼安德塔人的全套基因組。

 

為了分析千辛萬苦得來的資料,帕波廣邀各地精英組織了龐大的跨領域團隊,發現尼安德塔人和非洲人之外的現代人曾經混血過,而且各地的現代人基因組中,來自尼安德塔人的基因組DNA比例都差不多(5%以下),這些透過定序古代DNA 的發現,一舉解決許多考古學界爭論不休的問題,而且相當可信。另外這個結果因為跟現代人類,也就是「我們」的演化很有關係,也引發大眾廣泛的興趣。

 

本書最後2章則是介紹研究尼安德塔人時,意外發現的丹尼索瓦人。目前丹尼索瓦人的遺骸只有俄羅斯阿爾泰山區找到的一小塊小指和兩顆牙齒,因此他們長怎樣我們完全沒概念,但光憑這一點點材料,仍然能在2010年完整定序丹尼索瓦人的基因組,並判斷這是個前所未見的新人種,而且和大洋洲人有過混血,這證實了古代DNA定序強大的威力,這些都是帕波30年來鑽研古代DNA,從無到有的成果。

 

讀後感想

 

《尼安德塔人:尋找失落的基因組》算是帕波的自傳,他的研究生涯幾乎等於是從無到有建立起古代DNA研究領域的過程。看過最近那些定序與人種間序列比較的論文,很難不佩服帕波團隊的聰明才智(重點是實在很抽象不好懂,遠比幾% DNA流來流去複雜太多),那些研究都是人類當前的尖端科學,而這本書就是在介紹這些東西怎麼誕生。

 

帕波之所以研究古代DNA,是來自對古埃及的考古興趣,這算是跨領域做出巨大成果的例子。古代DNA是個有科學價值的題目,最後定序尼安德塔人基因組也讓帕波揚名立萬,這告訴我們,尋找高度科學價值的題目永遠很重要,但事情的另一半在於,要怎麼做到?以這個角度看,帕波的研究跟30年來不斷進步的定序技術密不可分,就像第13章提到,除了非常聰明的人之外,重大突破幾乎都伴隨重大的科技進展。

 

帕波使用的研究技術一直跟著最新潮流(當然30年前的最新現在早就過氣很久)。讀博士時用分子生物學研究病毒蛋白質,後來自己偷偷定序木乃伊DNA,接著博士後時大量使用那時新發明的PCR,這個世紀定序尼安德塔人時則是採用NGS,可以說帕波的研究題目與科技運用一直都走在時代前端,兩者互相配合,缺一不可(不過不是說帕波不聰明)。

 

比起一般定序,古代DNA至少有2點特殊之處,一是樣本取得困難,而且大多數樣本的DNA品質都不太好,樣本裡目標DNA的含量也很少(多半約1%);二是「汙染」嚴重,這裡汙染的意思是有微生物或現代人的遺傳物質混進樣本裡。這也驅使帕波的團隊必需研發一堆特殊的處理與分析方法,才能增進抽取DNA的效率,以及避免汙染造成的誤判。

 

帕波團隊發明來處理難搞的古代DNA很多特殊步驟,以及獨特的親緣分析方法,要是對這方面有些概念,就會認為實在是超聰明的,大概只有一群頂尖的智人腦袋聚在一起才想得出來,更關鍵的是帕波經營的團隊劍及履及的執行力,能把飄渺的想法化為現實的成果。另外這些發明可能會有別的用途,這都是尖端基礎研究能夠帶來的貢獻。

 

既然取得樣本對古代DNA研究這麼重要,這本書中也多次描述帕波得到實驗材料的過程,描寫比較多篇幅的,一個是帕波還是瑞典的博士生時,深入鐵幕去東德博物館要木乃伊;還有把尼安德塔人定序計劃昭告天下後,去克羅埃西亞尋找品質良好的骨頭,結果費了很大力氣才拿到;從俄羅斯拿到丹尼索瓦人的樣本,相比之下順利太多。這牽涉到一些倫理、政治與溝通的問題,值得思考,這些都是科學研究的一部份,溝通能力與政治手腕不可或缺。

 

帕波也談到科學界求新過頭的歪風,第1章講到粒線體定序成功,決定要投稿哪個期刊時,就把《自然》與《科學》批評一頓,雖然他在這2個期刊發表的論文相當多篇,也藉此成為大師,最後還是決定把這篇開創性的論文投稿到《細胞》。會有這種觀感,大概與第4章提到的那些「會上媒體的可口研究」脫不了關係,帕波當年定序古代DNA成功後引發一陣熱潮,但作為引領潮流的行家,才知道這個領域技術的侷限,還有實驗汙染無所不在,因此能判斷幾篇《自然》與《科學》搶著刊出吸引眼球的時髦論文根本亂做。

 

科學固然求新,但科學研究界常常為了搶快發表論文,研究不完整就直接發表,或是太趕而犯錯,甚至是單純的追求新奇而缺乏科學價值,這些都是科學界常見的問題,做研究的人該儘量避免,至少也要在新奇與穩當間取得平衡。另一方面這也告訴我們別對論文照單全收,即使發表在一流期刊也不例外,讀書做學問要扎實,不能只想趕潮流,追求最新潮的發現,還要有基本的判斷力。

 

這幾年古代DNA是個蓬勃發展,論文狂發的熱門領域,有些新觀點提出不久後就被更新的發現推翻,帕波亦寫到他的論文也犯過幾次錯誤,因此大家在閱讀相關研究時,千萬不要抓著某篇論文或報導當聖旨,也不要死背一堆數字或資料,更重要的是了解這個領域的脈絡,知道這些研究在科學上的意義,假如能從中學到東西有助自己的研究更有價值。

 

總之,《尼安德塔人:尋找失落的基因組》是文筆普通的頂尖科學家,向大眾介紹當紅的尖端科學古代DNA研究,30年來發展過程的回顧,卻帶入太多實驗細節,導致對一般人不是那麼友善,不過也因為對科學界的運作描述相當詳盡,相當值得業界人士閱讀,一般人看書時忽略那些技術細節的部分,各取所需,多少也可以得到一些收獲,畢竟看到一手內幕的機會難得。

 

帕波介紹這本書的演講影片:

Svante Paabo: Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes

 

參考資料,作者是這本書有提到的Chris Stringer:

現代人類的演化歷程

 

人類演化的相關研究:

深夜怪談 不是人類祖先的澎湖原人

最古老的尼安德塔人DNA?

 

古代DNA定序有效釐清人類起源爭議

 

這篇感想感覺太死板,文采直逼帕波,講個實例讓大家瞧瞧帕波一手發展出來的古代DNA定序技術,在科學上解決問題的威力多強大好了。

 

長久以來,人類演化學界對於現代人類的起源爭論不休。目前的主流認為現代人是單地起源於非洲(out of Africa),後來擴散到世界各地;但仍有不少學者主張多地起源(multiregional evolution),也就是各地的現代人是由當地的原始人類演化而來。雙方人馬在1980年代交鋒至今,走出非洲理論獲得分子生物學證據廣泛支持,有人可能會認為多地起源論早就被擊敗,現在世界上只剩下中國考古學家,出於奇怪的民族自信心才會盲目支持,不過事實並非如此。

 

多地起源論者面對對手鐵證如山的遺傳學證據,並沒有坐以待斃,而是去分析更多化石與遺骸,比較各自的特徵異同與可能的傳承關係來驗證己方說法,這本書中帕波數次提到的美帝科學家Erik Trinkaus 就是一位(其實還有好幾位,而且不乏國際考古界權威,像是Milford H. Wolpoff、吳新智,以及他們的徒子徒孫)。雙方最近火熱的戰場不意外就在中國,詳情有空再說,這裡只講一場慘烈的單方面屠殺。

 

例如以下2篇論文,都是用比較化石形態的方法來支持多地起源論:

Huanglong Cave: A Late Pleistocene human fossil site in Hubei Province, China

Late Middle Pleistocene hominin teeth from Panxian Dadong, South China

 

2007年,Erik Trinkaus 與一票中國科學家在PNAS發表論文《An early modern human from Tianyuan Cave, Zhoukoudian, China》,報告在北京周口店附近的田園洞找到距今約4萬年前的現代人類遺骸,他們分析了一大堆形態,認為分類上身為現代人的田園洞人,混雜了一堆其他古代人種的特徵,與現代的中國人不完全吻合,可見單純的非洲起源論不是事實,多地起源還是有它的市場。吳新智在中國國內講的就更直接了。

An early modern human from Tianyuan Cave, Zhoukoudian, China

中科院稱中國人祖先未必完全來自非洲

 

多地起源論者  

 

2010年,帕波對尼安德塔人的定序替人類起源的故事補充一筆。非洲以外的現代人基因組都具備少量,但一樣多比例源自尼安德塔人的DNA,這顯示現代人的祖先是剛走出非洲時,就得到了尼安德塔人的遺傳物質,隨後才分開散佈到歐洲、亞洲、大洋洲,與美洲。帕波特別在論文發表前先寄給Erik Trinkaus 看,結果雙方雞同鴨講,Erik Trinkaus 認為現代人與尼安德塔人的雜交發生在4萬年前,他早就從化石中看到,帕波的基因組定序對人類起源與尼安德塔人的研究幾乎沒有幫助。

 

2012年,田園洞人被帕波的團隊成功部分定序,頭號作者是帕波戰隊裡頭的中國強者Qiaomei Fu 傅巧妹,也發表在PNAS《DNA analysis of an early modern human from Tianyuan Cave, China》。這位4萬歲的老傢伙,基因組DNA中源於尼安德塔人的比例,跟現代中國人一模一樣,也就是說混血的年代至少比4萬年更早(最新看法是5萬5千年);另外跟之前的推論一致,他是現代亞洲人與美洲原住民的祖先,但和歐洲人已經分開,其餘大概沒什麼特殊。

DNA analysis of an early modern human from Tianyuan Cave, China

 

威力強大的古代DNA定序  

 

這就是古代DNA定序的威力,形態比較不是廢物,但是在判斷事件年代、比較人種間的親緣關係、遺傳交流的程度、有沒有獲得基因、分析表現形特徵上,演化遺傳學的威力都比形態比較的極限強大太多。也別覺得Erik Trinkaus 像小丑,他真的有他很厲害的地方。

 

 

歡迎光臨粉絲團一起討論:盲眼的尼安德塔石器匠

 

 
文章標籤
創作者介紹

重重雷區的網路艦長日誌

網路艦長日誌 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()