10月3日,2022年度的诺贝尔生理或医学奖揭晓了,得主是德国马普所的瑞典古人类分子遗传学家斯万特·帕博。他最出名的成就是测出了尼安德特人的遗传组全序列,通过这组数据和人类基因组的比较,科学家发现了很多尼安德特人特异性的序列和人类的免疫系统, 皮肤毛发等直接和外界环境相适应的性征有关。所以,尽管有的评论家说,这个古分子生物学和考古学的奖项也许是诺奖历史上和生理医学相关度最低的一个了,它对我们人类对自身生理学的理解的意义依然是重大的。
斯万特·帕博在古人类考古样本的基因分析的成就,建立在他从80年代开始苦心经营建立起来的一套严格的考古生物样本的分析程序和技术。也正是这样一个平台使全世界的古生物分子生物学集体收益,形成了一个全新的学科体系,这也正是斯万特·帕博一个人单枪匹马拿下诺奖的重要原因。
一、回顾北大恐龙蛋事件:样本污染是古生物分子遗传学的最大天敌
要说考古分子遗传学的难度之大,争议之大,可以从20多年前北大的一起学术公案谈起:恐龙蛋事件。
当年卷入漩涡之中的是两位北大的学术名人,著名海归北大生物系主任陈章良和古生物学家张昀教授。事情的经过是这样,张昀的学生所在的古生物博物馆不小心打破了一颗恐龙蛋化石,发现里面有像蛋黄一样的粘稠有机物质,就拿去交给北大的分子生物学实验室进行DNA测序,发现部分序列和恐龙的近亲两栖爬行类类似。非常善于向普罗大众进行科普宣传的系主任陈章良教授火速发表文章并召开记者招待会宣布克隆到恐龙基因,新闻界一热炒,又借着那几年美国大片《侏罗纪公园》走红的东风,大有一种中国人要在世界上第一个复活恐龙的态势。
但是恐龙蛋研究的高调宣传,居然引发了当年国内生物界的争议。以科学院邹承鲁院士为代表的老一代生物学权威认为这项研究过于高调,学风有失严谨,并一针见血地抓住了北大恐龙蛋研究的致命弱点:恐龙蛋化石被意外打碎,样本可能污染,陈章良他们获得的基因可能根本就不是恐龙基因。比如北大的研究声称他们采到的恐龙蛋基因和恐龙近亲现代的爬行类动物类似,但是后来别人发现那个序列其实和现代真菌其实也很像,很有可能是实验材料被霉菌污染。
斯万特·帕博研究组在1996年发表的权威性论文,仅仅在尼安德特人考古样本中测出了几百个碱基对长度的短短一段线粒体DNA。
哪怕是最近的《自然》杂志发表的一篇文章中,科学家采集了来自埃及的90具木乃伊的遗传物质样本做了序列分析,以期了解几千年前中东非洲人类的起源和迁徙的历史。为了避免污染,研究人员特意在封闭隔离的人体骨骼和牙齿内汲取样本,千万小心,才在90个标本中成功了3个,成功率3%。
拿这两个例子再对比我们当年的恐龙蛋研究,从蛋被打破到样本提取之间,暴露在外界时间不短,就算是新鲜鸡蛋也可能出绿毛,更别提是好上亿年前的陈年老蛋了。
所以说样本污染是古生物分子遗传学的最大天敌。 斯万特·帕博组花20年时间,建立了天衣无缝的针对考古生物样本的无菌绝缘操作程序。如果样本是被环境微生物污染了还好办一点,因为通过序列数据库的比较可以检测。如果是在分离过程中被来自实验员的现代人类的序列污染就更加不好办了,那要依靠复杂生物信息学的技术才能排除。
二、从恐龙蛋研究到尼安德特人研究,考古遗传学在失败中进步
除了陈章良之外,大多数读者可能对恐龙蛋事件的另一位主角张昀教授比较陌生。他当年在北大也是古生物学的学术明星,1998年在《自然》和《科学》杂志上发表过文章,《自然》的文章插图还被当成重大发现而被选作封面。当时国内的大学还没有形成依赖海归而在CNS上疯狂灌水的局面,可以想象张昀教授这两篇文章造成了什么样的震撼。可惜他不是分子生物学的专家,但是却要为恐龙蛋基因事件造成的后果而承担压力。
我记得当年听他的一个讲座,座无虚席,本来主题是介绍自己在《自然》的封面考古文章,但是老先生一上台就忙不迭地向观众解释恐龙蛋的来龙去脉:恐龙蛋不慎被打破是因,分析恐龙蛋基因是果。当年,即便是斯万特·帕博本人对从珍贵的考古样本中分离DNA也没有把握,更何况在中国这完全是一个空白。没有任何一个考古学者愿意故意捣毁一个完整珍贵的恐龙蛋,然后在无菌操作条件下开蛋取样进行序列分析。这其实完全是一个考古学家在珍宝痛失后绞尽脑汁企图变废为宝的无奈之举。
老先生态度诚恳,绝无无理狡辩的轻佻态度,加上他两丛白发之间一个发亮的脑门,深邃的双眼目光如炬,顿时让我产生三分同情。
人有旦夕祸福,张先生这代人,特别珍惜来之不易的研究时间,生命中无时不刻都仿佛在思考。1998年一个阴冷的冬日,张先生乘坐当年在北京街头特别流行的一种俗称中巴的中型面包车,据说车尚未停稳,门不知为什么开了,思考中的张先生就走了下去…另一个说法是,张先生下了车,一脚着地另一脚还在车上,中巴居然就启动了…。结果是先生意外跌倒,颅脑内伤,在医院中孤独地去世,享年61岁,距他辛辛苦苦评上正教授才不到两年。
现在在报道斯万特·帕博获奖的科普文章中,依然不乏人对当年的北大恐龙蛋文章极尽讽刺挖苦,说他们是“掺和"“闹剧”。
窃以为这样的指责是过于苛求了。在一个未知的领域中探索,没有人从一开始就知道自己是对的,进步永远是在从失败中汲取教训,伟大的成功则是站在巨人的肩膀上。
斯万特·帕博的成功就是建立在两大技术革命的助力之上。80年代,PCR技术拿到了诺贝尔奖,被他用来硬刚古生物样本中的线粒体DNA,获得了巨大成就;但是线粒体DNA被包被在一个相对隔绝的细胞器中,它的进化学意义不如时时刻刻处于遗传重组之中的染色体DNA大。无奈,染色体是位于细胞核的主要遗传物质,比起微小又皮实的线粒体来,他们体积巨大,易碎易断,要在历经千万年风雨的古生物样本中保留下来实属不易。而PCR技术对这些DNA碎片的功用有限,但是应运而成的第二代DNA测序技术解决了PCR所不能解决的问题。
恐龙蛋的研究,当然不是张昀教授做学问的代表之作,但却让我有幸接触到一位平凡而执著的学者的学术和生平。从难免谬误的恐龙蛋研究,到沾尽现代高精尖技术之光的尼安德特人基因组学研究,人类对考古遗传学的认知在不断深入,张昀教授作为先行者,在考古学上对这个领域做出了充满遗憾的努力。由于英年早逝,他的名字如今已被绝大部分人所遗忘,他的照片在网上都搜不到一桢。我在此写下一段文字,把自己的记忆定格在20年前,纪念那位目光如炬,头顶锃亮,永远带着诚恳微笑的忠厚长者。