付巧妹：用古DNA技术解码人类演化历史

“遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？”战国时期楚国诗人屈原在《天问》中发问。

千百年后，古DNA研究打开了研究人类起源的关键之门：从青藏高原的“土”里，探寻到灭绝的丹尼索瓦人的踪迹；开发古核DNA捕获方法，使田园洞人成为第一个能够获得核DNA的早期现代人；发现冰河时期的欧洲人，在很长一段时间内都是暗色皮肤和棕色眼睛；证实东亚人特有的与更粗毛发、更多汗腺相关的EDAR基因，至少在末次盛冰期末出现；发现一个万年前的东亚不为人知的古老人群，相关影响在广西延续了数千年。

或许很难想象，取得上述突破性成果，可以与几万甚至数十万前早期人类“对话”，破解古代人类遗传基因密码的，竟是一位“80后”女性。她就是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所分子古生物学实验室主任付巧妹，她的研究为华夏族群的形成演化提供了重要线索和佐证。

“从充满干扰的‘大海’中找出微量的人类DNA”

在古DNA技术出现之前，人类演化研究主要用两种方法：一种是体质人类学方法，另一种是利用当今现代人的DNA进行溯源反推。这两种方法都有一定的局限性。

20世纪80年代，古DNA技术应运而生，并从21世纪初开始大放异彩。然而，即使在古DNA技术加持下，破解古人类的DNA也绝非易事。“在很多时候，我们发现的人骨样本已经被‘污染’，要从年代久远的人类残骸或化石上提取DNA难度极大。”付巧妹介绍，有时候看起来保存很好的骨骸，其实里面的有机质和DNA全部都没有了。

付巧妹说，这里的“污染”主要由两个因素导致：一个因素是随着时间的流逝，人骨样本中的有机质也在流逝，DNA片段在“不可逆”地逐渐缩短，直至无法获得有效信息。另一个因素则是外界环境的影响，包括微生物DNA和现代人DNA的“入侵”，尤其对于我国南方炎热潮湿地区的样本材料，其中人类DNA被高度降解、污染严重，有效提取十分棘手。

经过多方努力和不懈探索，付巧妹团队与同行共同开发古DNA捕获技术及短片段提取技术等，极大扩展了可用于古DNA研究的样本范围，有力推动人类学、进化遗传学与群体遗传学等相关学科的发展。 如主导的古DNA捕获技术，实现从大量土壤微生物DNA里“钓取”极其微量的内源DNA；参与的古DNA短片段提取技术，将非冰冻层人类古DNA破译的时间推进到40万年前。

在对北京出土的距今约4万年的田园洞人化石进行研究的时候，付巧妹团队运用古DNA捕获技术，把现代人DNA做了一个像吸铁石一样的引子，将其中仅占0.03%的人类DNA从大量来自土壤细菌的DNA中吸附、富集并“钓取”出来，使田园洞人成为第一个能够获得核DNA的早期现代人。

得益于古DNA捕获技术，付巧妹团队成功获取南方福建及台湾海峡岛屿5个遗址18个距今8400-4200年的人类基因组数据，填补了东亚南方大陆核基因组空白区域；成功从广西采集的170例人类骨骸中获得30例距今11000-300年的人类古基因组。其中距今8400年的福建奇和洞个体基因组尤其具有极高研究价值，不仅揭示出南方大陆人群的遗传特点，而且证实了南岛语系人群的中国南方起源。

“每一次古DNA研究，都刷新着人类演化的历史进程”

从认为现代人与已灭绝的古人类没有交集，到发现尼安德特人、丹尼索瓦人与现代人混血的直接证据，从认为人类呈树的枝系状演化成如今的各个族群，到发现人类形成的历史是一个个人群不断迁徙与融合的大循环……古DNA研究不断刷新着我们对人类演化历程的认识。

早在2010年，付巧妹就开始筹备中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室和平台的搭建。2016年，付巧妹正式担任古DNA实验室（现为分子古生物学实验室）主任，开始致力攻关中国古人群样本的古基因组实验和研究，钻研东亚人群的遗传演化问题。

干练的付巧妹从不浪费时间，总是饱含“一万年太久，只争朝夕”的冲劲，带领团队在实验室里探索。

付巧妹带领团队研究分析了北京房山田园洞的一男性个体基因组，发现东亚早期人群组成十分复杂。“通过比较田园洞人和未混入古老遗传成分的欧洲人的基因组数据，确定了4万年前的田园洞人确已呈现亚洲人遗传特征，而且与某个古欧洲人群有着特殊的遗传联系。”2017年，这一重要研究成果发表在《当代生物学》杂志，这是中国第一例发表的人类古基因组，也是迄今东亚最古老的现代人基因组，被《科学》杂志评价“填补了东亚在地理和时间尺度上的巨大空白”。

为解锁冰河时代东亚人群遗传图谱和适应性基因演化，付巧妹团队对东亚北部长时间尺度下的人群古基因组进行研究，系统绘制出4万年来东亚北部人群的群体动态演化图谱。研究表明，田园洞人相关人群在末次盛冰期（2.65-1.9万年前）前曾广泛分布在东亚，而在末次盛冰期末（1.9万年）可能消失。此时最早的东亚古北方人群已经出现，而且东亚特有的与更粗的毛发、更多的汗腺等典型体征相关的EDAR基因突变也已经出现，反映出受到低紫外线环境的选择影响。1.4万年前开始，东亚北部人群基本连续，成为美洲原住民最直接、证据最充分的东亚成分来源。这些结果提供了探究东亚北部人群的适应性遗传变异情况及相关基因的选择机制新的思路和证据，将此前团队发现的东亚南北方人群遗传分化的时间（9500年前）前推了近万年。

随着研究的推进，付巧妹将目光投到我国新疆、青藏高原等边疆地区，针对当地古代人群开展大规模、系统性古基因组研究，揭示当地人群的演化历史。

2022年4月，《科学》杂志在线发表付巧妹团队研究成果。团队从新疆不同区域的遗址中，成功获得201例新疆古代人类的基因组，通过遗传学手段系统还原了新疆五千年以来古人群的遗传演化与交流互动历史，同时也证明了新疆自古以来就是亚欧大陆多元文化交流融合的并存之地。

2023年3月，关于青藏高原人群的研究再一次轰动学界。在对获取的97例青藏高原古代人类个体的核基因组进行研究后，付巧妹团队发现青藏高原人群特有的遗传成分早在5100年前就已经形成，并揭示了近五千年来青藏高原内部及与外部地区存在的复杂的人群互动交流历史。

“做科研最吸引我的，就是探索未知”

北宋文学家苏轼说：“古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。”

在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所读完研究生后，付巧妹获得前往德国马克斯·普朗克演化人类学研究所学习考察的机会。尽管是跨专业，但是付巧妹不放弃，在“不断自学成摞成摞的文献，汲取像天书一样的新知识、新方法，一个月瘦了20斤”后，她得到了“吸收能力强，不仅是被动接收，还能自主互动”的认可，被批准可以正式开始在研究所里攻读博士。付巧妹的导师斯凡特·帕波后来在接受媒体采访时，称她为“最优秀的学生之一”。

付巧妹勇攀科学高峰的过程中，获得众多荣誉：《自然》中国十大科学之星、“HHMI国际青年科学家奖”；关于世界最古老现代人基因组的研究入选《自然》杂志评选的“2014年度十大科学事件”；关于东亚南北方人群的系统性古基因研究入选“2020年度中国科学十大进展”，登上《科技创新》纪念邮票并发行，且作为重大科技创新成果参展国家“十三五”科技创新成就展；关于青藏高原沉积物的古DNA研究入选“2020年度人类起源研究十大新认知”；在《自然》《科学》《细胞》等权威期刊发表论文20余篇。还获得“中国青年五四奖章”“全国三八红旗手”“第十五届中国青年科技奖特别奖”“第十七届中国青年女科学家奖”“陈嘉庚青年科学奖”等荣誉。

谈到古DNA研究，付巧妹经常会用“兴奋”“好奇”等词语来表达自己的情感。当别人问及看到远古人类头骨的感受时，她说“很亲切”随之而来的是莞尔一笑，“沉浸在科研中，虽然很辛苦，但是会很幸福，也会很兴奋。我们要活在当下，把自己的想法变成行动力，把事情做到极致。”

对科研的热爱正如付巧妹所喜欢的攀岩：大目标是登顶，小目标则是眼前。在力所能及的范围里，能够摸索到一颗颗小石头，虽然一次只能踩一处，但是连续延伸就可以走很远。

“几乎没有什么问题能像人类的起源一样，让我们充满好奇，并为之探索不止。”付巧妹说，弄清“我们是谁，我们从哪里来”是毕生追求的目标，也是古DNA研究的价值所在。