當地時間6月19日下午，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員在法國巴黎聯合國教科文組織總部被授予聯合國教科文組織—阿勒福贊科學、技術、工程、數學領域傑出青年科學家國際獎（簡稱“阿勒福贊獎”），以表彰其通過古基因組構建歐亞大陸早期人群遺傳歷史的重要原創性工作，從進化角度為人類的健康與適應問題帶來新的見解。付巧妹作為國際古遺傳學領域的領軍科學家之一，在本次獎項的評選中得以從全球2,500名候選者中脫穎而出，成為首位獲得此獎的中國科學家，為中國在科技創新領域贏得讚譽和重要國際影響。
文｜本刊記者 莊蕾
付巧妹為自動化工作站準備樣品古DNA研究為破解文明密碼打開新窗口
付巧妹長期從事古遺傳學研究，主要圍繞古DNA探索人類起源與演化的重要科學問題。古DNA是指在古代生物遺骸中殘存的DNA片段，通過古DNA，我們能夠直接觀察到古代個體的遺傳成分和基因的混雜模式，並用於比較過去人群與現在人群之間在譜系關係上的獨特信息，從而揭示人類演化過程中的細節。
從古至今，人們對早期文明和人類演化的探索未曾停止過，古DNA研究則為破解文明密碼打開了新窗口。“幾乎沒有什麼問題能像人類的起源一樣，讓我們充滿好奇，並為之探索不止。弄清‘我們是誰，我們從哪裡來’是畢生追求的目標，也是古DNA研究的價值所在。”付巧妹說。
通過古老的基因片段，付巧妹和她的團隊得以揭開有關人類起源與演化的一個又一個謎團。十餘年來，在歐亞早期人類遺傳特點、人群之間的基因交流和遷徙擴散歷史等方面取得許多國際重大研究發現，如破譯世界、東亞最古老現代人基因組，解鎖冰河時期歐亞人群圖譜，系統繪製東亞四萬年來人群的動態遺傳歷史，揭秘東亞現代人適應性演化特點等，為推動我國古遺傳學領域的創新與發展作出重要貢獻。
面對距今數萬年的人骨樣本，最難的便是古DNA的破譯，包括提取、捕獲、測序、重建古DNA片段等複雜的工作。付巧妹首先面臨的難題就是如何去掉這些古老人類DNA中的環境污染。“其實我們大多數的時候預期都是沒有DNA，如果在出土以後被人直接接觸過，可能就會帶來很嚴重的後果。”付巧妹說。
2012年，正在德國讀博士的付巧妹得到了一個極為珍貴的研究樣本。在羅馬尼亞發現了一塊距今4萬多年的現代人的下顎骨。當時很多歐洲的古DNA學者都認為，這個樣本中的人類DNA被高度降解、污染嚴重，要提取出有效DNA十分棘手。但付巧妹卻沒有輕易放棄。她提出一種類似釣魚的方案，和同事共同巧妙設計出一種特殊的實驗方式，用現代人的DNA做了一個磁鐵一樣的引子，可以將相似度極高的古人類的DNA吸附出來，終於在大量實驗嘗試和反復驗證中獲得了這個個體極其微量的古DNA信息。經過一步步挖掘，一點點發現，帶來了有關人類演化的新認識。
最終，付巧妹的這一研究取得了令行業矚目的成果，她推算出現代人同古人類尼安德特人在距今5萬到6萬年前發生了基因交流，大大縮小了前人研究提出的時間範圍，她的這一發現被《自然》雜誌認為是相當驚人的。
多年來，付巧妹在勇攀科學高峰的過程中，獲得眾多榮譽。付巧妹的相關研究入選了Nature十大科學事件、世界十大人類起源研究新認知、中國科學十大進展等，產生重大國際影響。因其研究重要性，被Nature評為“中國十大科學之星”之一，獲中國青年科技獎－特別獎、中國青年女科學獎、陳嘉庚青年科學獎－生命科學獎等重要獎項。
新石器時代以來的北方和南方東亞人研究紀念郵票用古DNA技術書寫東亞史前史
早在2010年，付巧妹就開始籌備中科院古脊椎所的古DNA實驗室和平台的搭建。2016年回國後，付巧妹正式擔任古DNA實驗室（現為分子古生物學實驗室）主任，她將研究的全部重心放在東亞人群多樣性及遺傳歷史的研究。她組建的這支“中國製造”的古DNA研究團隊，在《自然》《科學》《細胞》等雜誌發表重要論文40餘篇，雖然整個團隊平均年齡僅33歲，但其共同開發古DNA捕獲技術及短片段提取技術等，極大擴展了可用於古DNA研究的樣本範圍，有力推動了全球人類學、演化遺傳學等相關領域的發展。
2017年，付巧妹帶領團隊成功獲取了中國第一例人類古基因組——4萬年前北京田園洞人的古基因組，這也是目前為止東亞最古老的早期現代人基因組。付巧妹團隊通過研究分析北京房山田園洞的一男性個體基因組，發現東亞早期人群組成十分複雜。經過比較田園洞人和未混入古老遺傳成分的歐洲人的基因組數據，確定了4萬年前的田園洞人確已呈現亞洲人遺傳特徵，而且與某個古歐洲人群有著特殊的遺傳聯繫。這項研究成果被《科學》雜誌評價“填補了東亞在地理和時間尺度上的巨大空白，正式為東亞人群遺傳演化研究打開局面。”
田園洞古人類生活場景復原圖為解鎖冰河時代東亞人群遺傳圖譜和適應性基因演化，付巧妹團隊對東亞北部長時間尺度下的人群古基因組進行研究，系統繪製出4萬年來東亞北部人群的群體動態演化圖譜。“這個研究非常重要的一點是，讓我們可以在時間跨度上了解4萬年前到3千年前，甚至到現在，在這個區域人群的一個變化。我們可以研究在這種長時間跨度下，東亞人群是不是可能有一些適應性基因。”付巧妹說。
要想進一步研究現代人和古人類之間的關係，最重要的就是找到新的古人類DNA。第一次找到丹尼索瓦人，是在阿爾泰山脈的丹尼索瓦洞穴中，通過一個小手指骨DNA發現的，這也是第一次通過遺傳找到未知的古人類。然而，想進一步了解丹尼索瓦人對現今大洋洲及東亞人群的影響，對於他們在亞洲、尤其是東亞的分布非常不清楚。這種情況下，付巧妹團隊希望在東亞找到丹尼索瓦DNA，或者是其他類型古人的DNA。於是她們另闢蹊徑，嘗試從沉積物中獲取DNA。團隊利用雜交原理，通過242種動物的DNA和樣品中的DNA融合、雜交，然後把剩下的DNA洗滌掉，最後對這些生物DNA進行分析，探究它們屬於哪種DNA，其中是否可能存在人類DNA。
田園洞古人類生活場景復原圖付巧妹團隊在將近20個遺址進行了尋找，2020年底，在位於中國甘肅白石崖溶洞的沉積物中，成功獲取丹尼索瓦人線粒體DNA，這是在中國考古遺址沉積物中提取古人類DNA的第一個成功案例。研究發現，丹尼索瓦人DNA不僅在東亞、大洋洲人群裡有殘留，其實對現代人中的不少人群都有貢獻和影響。“它告訴我們白石崖溶洞的人和丹尼索瓦洞穴的人存在著聯繫，雖然這兩個地方距離非常遠。”付巧妹說，“在這種情況下，我們不由得提出一個疑問，為什麼會這樣呢？是不是也反映丹尼索瓦人的遷徙和擴散？這其實給了我們一個更多要去解決的問題。”
冰河時期北方東亞人的概念圖還原邊疆地區古人群演化交流史
隨著研究的推進，付巧妹將目光投到我國新疆、青藏高原等邊疆地區，針對當地古代人群開展大規模、系統性古基因組研究，揭示當地人群的演化歷史。
2022年4月，《科學》雜誌在線發表付巧妹團隊研究成果。付巧妹團隊從新疆不同區域的遺址中，成功獲得201例新疆古代人類的基因組，通過遺傳學手段系統還原了新疆五千年以來古人群的遺傳演化與交流互動歷史，同時也證明了新疆自古以來就是亞歐大陸多元文化交流融合的並存之地。這是迄今為止中國境內最大規模的古基因組研究。
2023年3月，付巧妹團隊從青藏高原不同區域30個遺址中成功獲取97例青藏高原古代人類個體的核基因組，通過研究後，付巧妹團隊發現青藏高原人群特有的遺傳成分早在5,100年前就已經形成，並揭示了近五千年來青藏高原內部及與外部地區存在的複雜的人群互動交流歷史。這是青藏高原迄今採樣規模最大、地理覆蓋最廣的古基因組研究。
遠古人群究竟在我們基因圖譜裡留下多少遺傳印記，付巧妹說，我們還需要更多的研究和證據。而隨著付巧妹團隊研究的古DNA提取技術的日益成熟，讓此前大量無法進行古DNA研究的樣本材料重回研究視野，大規模開展古代人類全基因組研究正在成為可能。除此之外，這項技術也成功推廣到珍稀動物演化，疾病演化等研究當中，為更多領域的科學探索作出貢獻。
（文中圖片均由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所提供，本文發布於《紫荊》雜誌2023年8月號）
