古遺傳學青年專家付巧妹：尋找人類演變拼圖

2023年6月19日，中國的古遺傳學女科學家付巧妹因構建歐亞，特別是東亞十萬年來人群的遺傳演化圖譜，揭開過去人群的多樣性，併為他們在遺傳上如何影響當今人類的基因組成和適應性特徵帶來新的見解，在法國巴黎被授予聯合國教科文組織—阿勒福讚科學、技術、工程、數學領域傑出青年科學家國際獎（以下簡稱“阿勒福讚獎”）。作為國際古遺傳學領域的領軍科學家之一，付巧妹在本次評選中從全球2500名候選者中脫穎而出，成為首位獲得此獎的中國科學家。

付巧妹目前在中國科學院古脊椎動物與古人類研究所，專門圍繞古基因組開展早期人類及其伴生物種的起源與演化研究。作為一名80後科研人員，付巧妹曾入選《Nature》中國十大科學之星，獲得中國青年科技獎特別獎、陳嘉庚青年科學獎等。她關於世界最古老現代人基因組的研究入選《Nature》雜誌評選的“2014年度十大科學事件”；關於青藏高原沉積物古DNA研究入選“2020年度人類起源研究十大新認知”；關於東亞南北方人群古基因組研究入選“2020年度中國科學十大進展”等。這些成績都來自她對古DNA研究的熱愛、堅守和不懈的努力。

我們從哪兒來

古DNA研究是一個新興而前沿的領域，它是通過從數十萬年前以至數百萬年前的人類遺骸或遺址沉積物裏提取的相關遺傳資訊來了解人類的演變過程，以及這些演變對現在的人類造成什麼樣的影響。

“我的工作旨在提供人類遺傳歷史的見解，包括探知過去有哪些人類群體，他們的時空分佈，以及在不同時間階段的演化特點與遷徙互動的歷程。”付巧妹解釋道。

“通過古DNA研究，我們對歐亞大陸人類遺傳歷史的認識發生了巨大變化。在過去的十多年裏，我們發現了過去存在過的豐富而多樣的早期現代人群體。”付巧妹介紹，這些研究揭示了歐亞早期現代人的遺傳特點和動態演變歷史。

聚焦東亞，她的研究為人們了解東亞早期人群的演化歷程提供了指引，併發現了新的早期現代人支系以及他們的動態變化，包括對當今現代人有非常少甚至沒有遺傳貢獻的古老群體，及與古南島語族相關的祖源群體。這些研究填補了人類歷史上的重要空白，以全新的視角繪製出東亞南北方史前人群的演化圖景。

“釣魚”技術捕獲古DNA

對古遺傳學專家來説，尋找古DNA材料難，而從歷經長時間降解的古DNA材料中提取出極其微量的基因片段更加不容易。因為隨著時間的流逝，古DNA片段在“不可逆”地逐漸縮短，而且它們還受到了來自外界大量環境微生物和現代人DNA的“入侵”和污染，要識別出來非常困難。

2013年，付巧妹和古遺傳學專家馬修·邁耶(Matthias Meyer)開發出一種新的古核基因組捕獲技術，為解決這一長期制約人類古基因組研究的問題帶來突破。付巧妹把這個技術形象地描述成“釣魚”：“也就是像釣魚一樣，將非常微量的DNA從海量的微生物中吸附富集出來。”而後在2015年，付巧妹主導設計出可以精準追蹤人類古DNA的1240K探針組，跟這項技術結合起來，使得此前大量無法進行古DNA研究的樣本材料重回研究視野，使古代人類全基因組研究成為可能。目前，世界上超過70%的人類古基因組都是由其捕獲而來，也正是這些技術創新為從中國南方溫暖潮濕、酸性土壤環境下保存的極其糟糕的人類樣本材料獲得相關古基因組數據帶來可能。

比如，早在2014年，付巧妹帶領團隊在中國南方檯灣海峽（亮島）獲得了距今8000多年的人類古基因組數據，結合在北方山東地區獲得的人類古基因組，已經得到一些很重要的結論。雖然亮島距離福州僅24公里，但是亮島作為島嶼的特殊地理位置讓她始終存疑：亮島個體能否代表整個南方人群？他們與南方大陸的古人群是否存在差異？基於系統的研究設想與嚴謹的科研追求，她帶領團隊花了近5年的時間攻關中國南方大陸地區人類樣本，最終成功獲得中國福建地區包括8000多年前奇和洞人在內的十多例人類古基因組，為追溯中國重要的南方祖源群體及南島語族起源作出重要貢獻。

書寫東亞人類演化篇章

在2017年以前，人類古基因組數據及相關研究主要集中在歐洲和北亞，而東亞地區，尤其是中國的人類古基因組數據則相對空白，相關研究極度匱乏，東亞人群遺傳演化和遷徙融合的歷史，成為整個人類演化進程裏的“缺環”。

2017年，付巧妹帶領團隊捕獲測序中國第一例人類古基因組—北京4萬年前的田園洞人基因組，這也是東亞迄今最早的現代人基因組的研究成果。研究明確了田園洞人已經呈現亞洲人的遺傳特徵，而且與某個古歐洲人有著特殊的遺傳聯繫，這揭示出東亞早期人群的遺傳多樣性及演化歷史的複雜性，為東亞人群古DNA研究正式打開了局面。《Science》期刊評價它“填補了東亞在地理和時間尺度上的巨大空白”，在國際上引起廣泛關注。

2020年，付巧妹針對中國南北方人群古基因組開展大規模、系統性研究，發現中國近萬年來人群的南北分化格局、主體遺傳連續性和遷徙混合歷史，首次從遺傳學角度證實以台灣島阿美族和泰雅族、太平洋西南部島民為代表的南島語族與萬年前福建等南方沿海大陸人群直接相關。

2021年，付巧妹再次獲得中國南方廣西地區30例1.1萬年來人類古基因組，發現了此前未知的廣西本地古老現代人群，為中國南方與東南亞人群之間的基因交流帶來新的見解。這些南方地區人類古基因組也被評價填補了相關區域空白。

同年，付巧妹帶領團隊通過分析中國北京、黑龍江地區距今4萬年來人類古基因組，首次解鎖中國冰河時代人群動態遺傳圖譜，為探尋東亞人特有適應性基因的選擇特點提供了新的證據。他們發現田園洞人在末次盛冰期前曾廣泛存在，而在末次盛冰期結束時卻大規模減少，揭示黑龍江1.4萬年前出現古北方人群是美洲原住民所含東亞成分最直接的來源。亞洲人群遷徙分化的歷史被一點點解開，該研究被認為是“古基因組學領域一個標誌性突破”。

針對中國多元文化交流的重要區域，付巧妹帶領團隊展開了許多研究探索。2022-2023年，他們針對中國新疆和青藏高原地區5000年來人群相繼展開規模性研究，細節性揭示出這些地區人群的來源、形成過程及與外部地區存在的複雜的人群互動交流歷史。

為了追蹤舊石器時代可能存在的古人類群體，付巧妹團隊還另辟蹊徑，從“土”中捕獲更古老人群的基因片段。2020年，付巧妹通過實驗分析從青藏高原白石崖洞的沉積物中成功獲取東亞首例丹尼索瓦人DNA。這是中國沉積物古DNA研究的第一個成功案例，也是世界首次在丹尼索瓦洞之外找到丹尼索瓦人的DNA，為明確這一體質特徵尚不清楚的滅絕古人類的時空分佈提供了關鍵證據。付巧妹介紹説：“白石崖溶洞海拔比較高，大約3200米，10萬年前古人類在這麼高海拔的地方生活是很有挑戰性的。這為我們進一步探究人類的適應性基因（通過調節集體的某些生理功能，以適應特定環境條件的基因），比如在高海拔的低氧環境生活的西藏人所帶有相關基因片段，提供了重要線索。”

堅持源自熱愛

“我的座右銘一直是‘不設限，不放棄，永葆好奇心’，這句話一直激勵著我走到今天。”付巧妹説，“小時候我是一個充滿好奇的小孩兒，著迷于歷史的奧秘，想了解過去如何塑造我們的現在和未來。正是這種好奇心促使我進入遺傳學領域，以古DNA研究為所從事的事業。”

付巧妹大學時讀的是文物保護技術專業，在數理化和電腦方面打下堅實基礎。本科畢業，著迷于生物領域的她放棄保研的機會，到中國科學院從事骨骼方面的研究，而這兩段經歷都為她今後古DNA研究打下了基礎。

讀博期間，她在德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所學習演化遺傳學專業，師從古DNA領域泰斗斯萬特·帕博。“德國當時是先考核半年，看你適不適合去讀博士。過了最初的考核後，每年還要接受一次考核，如果研究所不續簽了，你就不能再讀下去了。”付巧妹説，她是跨專業學習，不管是文獻、方法還是課題，都是全新的領域。困難面前，她沒有畏縮，而是想辦法盡可能做得更好，“我當時的想法很簡單，盡力就好，如果真做不好，我也不怪自己，但如果我沒有努力的話，那就是另外一回事了。”通過成摞成摞地讀文獻、做實驗、自學編程、做生物資訊分析，她通過考核並獲得大家的認可。她的導師帕博在接受媒體採訪時，稱她為“最棒的學生之一”。

2010年，付巧妹開始負責中德聯合古DNA平臺的籌建，她一直在積蓄力量，希望用古DNA書寫亞洲人群的歷史。2015年底，她正式回國，2016年1月擔任起中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古DNA實驗室（現為分子古生物學實驗室）主任，開始致力鑽研在國際上處於相對空白的東亞古人群的遺傳演化問題。在這份熱情的支援下，她一步步靠近自己的夢想，取得了一項又一項科研進展。

繼續探索未知世界

如今，付巧妹的研究團隊仍在致力探索更高效的分子古生物學實驗技術和分析方法，展開更大時空跨度的採樣與研究，以更好了解東亞地區人類演化歷程。這些努力將幫助我們進一步了解人類過去的奧秘，併為人類未來發展提供重要啟示。

對於未來研究的方向，付巧妹坦言關於東亞人演化還有許多未解之謎，仍有著很多歷史缺環和細節要進一步探索。在付巧妹身上，對於未知的好奇心、進一步探索的熱情仍是那麼濃烈，“有沒有可能哪一天（基於研究）構建還原出東亞特有的古人類呢？兩萬多年前末次冰盛期的人群是怎麼樣的呢？不同人群和文化有什麼關係？我們現在不同的民族具體是怎麼形成的？還有很多要繼續努力做的事情。”