重建人类演化历史的探险之旅,《自然》《科学》联袂推荐,如侦探小说般好读的科研手记

后浪
2018-12-17 看过

什么是尼安德特人?为什么要研究尼安德特人?

遗传学家推想的尼安德特人的面貌

1856年,距离达尔文出版《物种起源》还有三年的时间,德国城市杜塞尔多夫以东的尼安德特河谷中,工人在清理采石场的一个小山洞的时候,发现了一个头盖骨和一些骨头。当时的工人们也没在意,他们以为这是熊的骨头。但这种骨头却越来越多,人们这才惊讶地发现:这些骨头来自一种已经灭绝的人类,而他们与我们是那样相似。尼安德特人会照顾病患,会举行葬礼,会演奏音乐,相较任何一种现存的猿类,尼安德特人都与我们更像。

但是全球各地的古人类有那么多,为什么尼安德特人的研究如此重要?

因为尼安德特人是解释现代人起源的一把钥匙。

走出非洲的示意草图

1987年夏娃假说被提出,很快成为现代人起源的主流观点,其与主要对立面多地区进化假说矛盾的关键点之一就是主张尼安德特人和欧、亚同事的古人类被来源于非洲的现代人完全替代,对现代人的起源没有丝毫贡献,非洲是现代人的唯一起源地。两种观点在学界争论不休,相持不下。想要解决这个问题就必须拿到尼安德特人的基因组,才能够确定尼安德特人到底对现代人有没有遗传贡献。

但是能够在化石中完成一种已经灭绝的古人类的基因组测序么?

瑞典演化遗传学家斯万特·帕博回答道:“能!”

斯万特·帕博是谁?

斯万特·帕博

1983年的柏林,一位来自乌普萨拉大学医学院的博士穿越铁幕出现在柏林的博德博物馆。他此行的目的就是在古埃及的木乃伊上提取组织样品,并带回瑞典。他想知道在这种已经过去上千年的组织中是否还有DNA存在。

经过一番实验(在哪个时代还没有PCR技术,他测定的手段则是染色以及质粒等手段),这位年轻的博士生证明在木乃伊中仍然存在人类的DNA,而这个成果随后被发表在《Nature》上面。

这位博士就是斯万特·帕博,乌普萨拉大学医学院医学院的博士,他的主要研究课题是病毒,但是这篇发表在《Nature》上面的论文改变了他的科研方向。

伯克利大学

他接受了生物遗传学家艾伦·威尔逊的邀请前往伯克利大学进行古生物的研究,随后前往慕尼黑大学和马克斯普朗克协会进行研究。他最著名的科研成果则是2010年在《Science》发布的尼安德特人基因组。证明尼安德特人与现代人确有杂交。尼安德特人并没有灭绝,他只是通过基因生活在我们中间。现代人主要源于非洲,欧亚的古老人种对现代人的诞生有所贡献。

这个结果很快让科学界拥护不同观点的科学家接受,达成初步的协调,帕博将关于现代人起源的争论推进到一个崭新的阶段。他将自己的科研历程则被自己记录下来写成一本书,这本书就是《尼安德特人》。

《尼安德特人》讲了什么?

回到《尼安德特人》本身。开篇的第一个故事就奠定了全书的氛围。

1996年一个深夜,帕博刚刚睡下,电话就响了。那是他的研究生马蒂亚斯·克林斯打来的。他就说了一句话:“那不是人类的。”

“我马上过来。”随即帕博套上衣服,驱车穿过整座城市来到实验室。这天下午,马蒂斯启动了DNA测序仪,放入了之前扩增好的DNA——这些DNA取自尼安德特人的一段肩胛骨。而帕博睡觉的原因也很简单——这些年失望过太多次,无论怎么提取,得到的总是现代人或者细菌的DNA。

接到电话的帕博其实没抱太多希望,但他还是深夜前往实验室,他们测定的是线粒体基因,之前已经测定过上千份人类DNA序列,这次的序列略有不同。帕博相信这确实是首个提取并测序自一种已灭绝人类的DNA片段。

他们打开一瓶香槟。如果这是真的尼安德特人的DNA,那么就开启了无限的可能。真有一天可以直接的比较尼安德特人和人类的所有基因。喝了太多酒的帕博穿过漆黑的慕尼黑走回家的时候,依然无法相信发生的事情,这一夜,他并没有睡着。

第二天帕博就开始进行重复实验,实验得到了完美的重复,帕博相信自己提取到的是尼安德特人的基因,他的论文被发表在《Cell》上,这个结果引发了广泛的关注,因为这个实验的结果,直接关系到现代人是如何诞生的。

帕博从1983年起便开始涉足古DNA研究,他却选择了1996年作为整本书的起始。发现尼安德特人线粒体DNA正好是后边发现尼安德特人基因组的先声,除了前后递进的关系之外,帕博通过尼安德特人线粒体DNA的发现过程非常凝练地展示了他想通过这本书告诉读者的内容:科研是复杂的,科研是不确定的,科研领域暗藏着激烈的竞争——在测定尼安德特人线粒体DNA的之后,尼安德特人基因组的发现和测序过程则被帕博描绘得如同“速度与激情”一样肾上腺素汹涌。

看似简单的PCR技术,从理论到实现也走过了艰辛的道路

除了科学家的日常生活,这本书还是现代生命科研的技术进步史,每一个接触过现代生命科学的读者对这些内容都会倍感亲切,从古DNA的提取方法、PCR的发展史、Sanger测序,454测序,焦磷酸测序,分子钟、演化树和污染纠错算法,鸟枪法和超级计算在生物信息领域的应用……过去40年分子生物学和基因组学的技术演进线历历在目。科学与技术的交织进步才是让帕博能够顺利测得尼安德特人基因组的基础。

马克斯·普朗克学会

在科研之外,帕博还讲述了科研人员和科研机构的成长历程。现代科研早已不是单打独斗就能完成的事业,需要团队需要协调。测定尼安德特人线粒体DNA后不久,帕博即收到马克斯·普朗克学会(类似于德国科学院)的邀请,主持建设演化人类研究所。在组建研究所的过程中,帕博不仅仅展示了一个合格的科研机构组织者的灵活与坚持,更记录了在智力资源变得越发重要的科研事业中,一个合格的组织者是如何延揽人才以及如何让不同知识背景的科学家和睦相处。

书中的科研经历如同一部步步惊心的侦探小说,只有亲身经历过科研的人才能体会到举重若轻的背后的酸甜苦辣,这是科研事业的迷人之处,也是我们对科学家们误解的来源。科学研究的世界被帕博撬开一道小缝,从这个缝中我们可以看到科学研究的复杂,体会新兴学科的诞生与发展。

译者与审校者又是谁?

对于科普书而言译者至关重要,现代科学的学科分野让学科之间的壁垒越发难以跨越,更重要的是科普著作的翻译不仅仅需要由专业人士来进行,而且还要求译者有优秀的文笔以及科普的意识,能够在专业知识和大众传播中实现一个完美的平衡。

本书的译者夏志先生就是这样一位译者,在专业上,他是深圳市高层次人才,国际肿瘤基因组协作组(ICGC)协调人,广东省引进创新科研团队成员,在国内外著名期刊杂志发表近二十篇学术论文,已出版著作十五部。在大众传播上,他兼任中国科普作家协会副秘书长,中国遗传学会科普专家,发表百余篇科学专栏文章。

杨焕明院士

除了译者以外,我们还请到了杨焕明院士做审校,让内容更加靠谱。杨焕明院士是华大基因理事长,香港中文大学荣誉教授。他在2003年至2008年任中国科学院北京基因组研究所所长,2007年当选为中国科学院院士。同时为印度国家科学院、德国国家科学院、美国科学院、丹麦皇家科学院等外籍院士。

有这样的译者和审校者阵容,我们期待能够让这部作品在科学的严谨和大众的普及方面得到完美的平衡。另外,古生物学家、中国科学院院士吴新智先生,马未都先生,中国地质大学副校长赖旭龙先生,还有帕博的中国学生中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验主任付巧妹女士为本书写作了四篇角度各异,妙趣横生的序言,期待读者能够更好地走进现代生命科学的科研世界,理解科学家为了探索自然的边界的付出与努力。

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