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从小指骨得到古西伯利亚女孩整个基因序列组(腾讯科技配图)

  腾讯科技讯(萧谔)北京9月3日消息,据国外媒体报道,一个科学家国际小组取得一项惊人的技术成就,他们使用一种新的放大一个一个单股DNA的方法,测定出一个古代西伯利亚女孩的31个基因组序列。测序非常成功,研究人员获得了与活着的人一样清晰的基因组照片,例如揭示出该女孩有棕色的眼睛、头发和皮肤。

  德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学学院的博士后马提亚·梅耶(Matthias Meyer)表示:“此前还没有人获得过如此高质量的古人类基因组,每个人都对测序结果感到震惊,我也不例外。”这种精确的测序使该小组能将这个住在西伯利亚丹尼索瓦洞穴里5万年前女孩的核基因组,直接与现代人的基因组进行对比。

  测序制作出了“几乎完整”的基因变化目录,让我们了解了丹尼索瓦人与现代人不同之处,而丹尼索瓦人与尼安德特人有非常近的亲缘关系。马克斯·普朗克进化人类学学院古遗传学家、该小组负责人斯万特·巴伯(Svante Paabo)表示:“这是从古人进化成现代人的基因图谱。”具有讽刺意味的是,这种高分辨率基因组意味着,人类对目前只找到一根小小的指骨和两颗牙齿化石的丹尼索瓦人的基因了解程度,却超过对任何其他古代人--包括有成百上千化石标本的尼安德特人的了解。

  该科学家小组确认丹尼索瓦人和一些现代人的祖先杂交过,并发现丹尼索瓦人不存在基因多样性,这暗示了在现代人人口不断增长时,他们却因人口数量少而加速消失了。加州大学圣克鲁斯分校的进化生物学家贝思·夏皮罗(Beth Shapiro)(他没有参加该小组的研究)表示:“梅耶和他的小组对古代DNA研究领域产生了革命性影响。”宾夕法尼亚大学进化遗传学家莎拉·蒂什科夫(Sarah Tishkoff)对此表示赞同:“这确实将该领域向前推进了一大步。”

  巴伯的小组在2010年5月发布了一份尼安德特人复合核基因组低覆盖测序(平均1.3份副本)报告,首次在该领域引起震动。他们发现,欧洲人和亚洲人的DNA,但不包括非洲人,有1-4%与尼安德特人的DNA相同,他们得出结论,现代人与尼安德特人杂交程度很低。7个月后,同一小组从丹尼索瓦洞穴中找到的一个女孩的小拇指指骨中,分离出平均1.9份副本的核基因组。他们发现,她既不是尼安德特人,也不是现代人--尽管在该洞穴中都曾发现了这2个物种的骨头化石--但她属于被称为丹尼索瓦人的新谱系。

  研究小组曾在东南亚一些岛屿上发现了“丹尼索瓦人的DNA”,因此得出结论,东南亚人的祖先可能在亚洲曾与丹尼索瓦人的祖先有过杂交。但这些基因组质量太低,难以制作出可信的基因变化目录。部分原因是古代DNA支离破碎,而且在从骨头中提取后大部分都被分解成单股DNA。

  梅耶的突破来自开发了一种分析单股DNA而不是双股DNA的方法,而且以前常常是分析双股DNA。通过将单股DNA的末端连接到特殊分子上,将古代DNA固定在某个地方,用酶复制其基因序列。结果从女孩手指的10毫克样本中,将丹尼索瓦人DNA测序数量提高了6-22倍。该小组得以至少一次将99.9%的核苷酸位置映射在基因组,至少20次映射了超过92%的结合位点,这被认为是可靠确定结合位点的基准。

  威斯康辛大学麦迪逊分校的古人类学家约翰·霍克斯(John Hawks)(他也没有参加该小组)称,来自该女孩的31份副本约一半来自她的母亲,另一半来自她的父亲,制作出“与近现代人基因组同等质量的”基因组。现在,古代人基因组视图已经非常清晰,梅耶和他的同事们首次检测到,丹尼索瓦人与现代人一样有23对染色体,而不是如黑猩猩一样有24对。通过参照丹尼索瓦人的基因组与人类的基因组并计算基因突变的数量,研究小组计算出,丹尼索瓦人与现代人最终在17万至70万年前分道扬镳。

  通过使用估算各种基因谱系的年龄和该女孩从父母遗传的染色体变异数量的方法,研究人员还估算出古丹尼索人的种群规模。他们发现,本已很低的丹尼索瓦人基因多样性,在40万年前更低了,反映出当时种群规模很小。相比之下,我们现代人的祖先人口显然比他们离开非洲之前翻了一倍。该小组还算了丹尼索瓦人和黑猩猩之间的差异,发现相比现代人和黑猩猩的差异更小。哈佛大学人口遗传学家、报告合作编写者大卫·雷奇(David Reich)称,该女孩的家族没有时间去累计基因突变,“消失的进化”表明她死于约8万年前,但具体年代还不确定。

  如果这个估算的年代--第一次证明化石的年代可直接通过基因组测定--成立,其年代要比已发现的丹尼索瓦人、尼安德特人和现代人的化石沉积层估算年代3-5万多年要久远的多。这个小组称,新基因组证实了他们之前的发现,即生活在巴布亚新几内亚的人有约3%的基因组来自丹尼索瓦人,而中国大陆居住的汉族及傣族人只有极少的丹尼索瓦人DNA。此外该小组确定,巴布亚人常染色体(从父母遗传下来的数量常常相同)上的丹尼索瓦人DNA,比只从母亲那里遗传下来的X染色体上的丹尼索瓦人DNA要多。

  雷奇称,这种奇怪的现象暗示了几种可能,包括男性丹尼索瓦人曾与女性现代人杂交过,或这些婚姻导致基因不兼容,通过自然选择淘汰了一些X染色体。新基因组也显示了一个奇怪的结果。通过使用详细的丹尼索瓦人基因组加强了他们与尼安德特人有近亲关系的观点,研究小组得出结论:生活在东亚的人有比欧洲人更多的尼安德特人DNA。但大多数尼安德特人的化石却来自欧洲,加州帕罗奥多斯坦福大学古人类学家理查德·克莱恩(Richard Klein)称,结果“非常奇怪”。

  最令巴伯兴奋的是,2个种群“几乎完整的基因差异目录”。这包括过去10万年左右现代人有11.1812万个单核苷酸发生突变。其中有8个位于与神经系统线路有关的基因中,包括参与轴突和树突生长的基因和一个涉及自闭症的基因。巴伯尤其好奇的是,被涉及言语障碍的FOXP2基因控制的一个基因。该研究小组写到,有趣的是“能推测出突触传递的某些重要方面在现代人中可能改变了”。

  有34个基因与人类疾病有关。这个列表暗示了一些显而易见的基因表达研究候选区域。巴伯称:“最酷的是,其不是一个天文数字般的大名单。我们的小组和其他人可在未来10-20年里分析其中大部分基因表达。”

  回到莱比锡,研究人员的心情很好,因为可以将化石样本从架子上拿下来重新测试“马提亚斯方法”。巴伯名单中的第一个是:尼安德特人的骨头化石样本,他们将努力复制出与丹尼索瓦人小女孩一样详细的尼安德特人基因组。