文科生独享诺贝尔生理学或医学奖！是什么让我们成为独一无二的人类？

诺贝尔生理学或医学奖于北京时间10月3日17时30分正式揭晓。

2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·派博（Svante Pääbo），以表彰他在“发现灭绝人类基因组和人类进化"方面做出的巨大贡献。派博将获得1000万瑞典克朗奖金（约合760万人民币）。

获奖者，图源：诺贝尔加组委会推特

起源和进化：是什么让我们成为独一无二的人类？

人类对自身起源极为好奇——我们从哪里来？我们与史前人类有何关系？我们与智人或其他人类有何不同？

通过开创性的研究，斯万特·派博做出了貌似无法完成的贡献：对尼安特人（已灭绝的一个人类分支）进行基因测序。尤为令人激动的是，他还发现了一个前所未知的人种——丹尼索瓦。派博还发现，当7万年前迁出非洲后，这些灭绝人种的基因曾通过智人流向现代人类。这种古老基因的转移在今天具有重要生理学意义，例如影响我们免疫系统对感染的反应。

派博开创性的研究催生一门全新的科学学科：古基因组学。通过揭示区分所有当今人类和已灭绝人种的基因差异，他的发现为探索我们如何成为独一无二人类奠定了基础。

我们从哪里来?

人类的起源，以及人类因何独一无二等问题，自古以来就困扰着我们。古生物学和考古学对人类进化研究的作用非常重要。研究提供的证据表明，约30万年前，解剖学意义的现代人智人（Homo sapiens）首次出现在非洲，而人类近亲尼安德特人则在非洲以外发展，在约40万年至3万年前居住在欧洲和西亚地区，他们随后遭遇灭绝。大约7万年前，智人群体从非洲迁移到中东，并从那里传播到世界各地。因此，智人和尼安德特人在多数欧亚大陆地区共存了数万年。

但我们对自身和（已灭绝的）尼安德特人的关系有何了解呢？基因组信息可以提供相关线索。到1990年代末，我们几乎完成所有人类基因组的测序工作。这是一个相当大的成就，为后续研究不同人类群体之间的遗传关系提供了条件。然而，研究现代人和已灭绝的尼安德特人间的关系需要对恢复自古代标本的基因组DNA进行测序。

貌似无法完成的任务

在职业生涯早期，派博沉迷于利用现代基因方法研究尼安德特人DNA的可能性。然而，他很快意识到技术上的极端挑战，因为随着时间的推移，DNA发生化学变异并降解为短片段。数千年后，只留下了微量的DNA，剩余部分被细菌和当代人类的DNA大量污染（图1）。师从进化生物学领域先驱艾伦·威尔逊（Allan Wilson）攻读博士后，派博开始研究了解尼安德特人DNA的方法，这一努力持续了几十年。

图1 DNA定位于细胞中两个不同的区域。核DNA保存了大部分遗传信息，而更小的线粒体基因组存在数千个副本。人死后，DNA会随着时间退化，最终只剩下极少量。它也会被细菌和现代人的DNA污染。

1990年，派博获得德国慕尼黑大学的教职，作为一名新教授，他继续从事古DNA的研究工作。他决定分析尼安德特人线粒体的DNA，线粒体是细胞中含有自身DNA的细胞器。线粒体基因组很小，只包含细胞遗传信息的一小部分，但它存在于数千个副本中，增加了成功的机会。通过精密手法，派博成功完成了对一块来自4万年前遗骨中的一个线粒体DNA区域的测序。由此我们首次获得了这个已灭绝人类分支的基因序列。通过比对现代人类和黑猩猩，尼安德特人的基因被证明是不一样的。

对尼安德特人的基因组进行测序

由于对小线粒体基因组的分析只能提供有限的信息，派博面临着对尼安德特人真核基因组测序的巨大挑战。此时，他获得一个工作机会，前往德国莱比锡创建马克斯·普朗克研究所。在新的研究所，派博和团队稳步改进了从古遗骨中分离和分析DNA的方法。研究团队利用了新的技术发展，使DNA测序非常高效。派博还聘请了数名具备种群遗传学和高级序列分析方面专业知识的关键合作者。他的努力获得了回报。派博完成了貌似不可能的任务，并于2010年发表了首个尼安德特人基因组序列。对比分析表明，尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前。

图2 A. 派博从灭绝的古人类骨骼标本中提取DNA。他首先从德国的尼安德特人那里获得了一块骨头碎片，尼安德特人就是在这个地方命名的。后来，他使用了西伯利亚南部丹尼索瓦洞穴的一根指骨，丹尼索瓦人就是在这里命名的。B.显示智人和已灭绝的古人类之间的进化和关系的系统发育树。系统发育树还说明了Pääbo发现的基因流。

派博和同事现在可以调查尼安德特人和来自世界不同地区的现代人之间的关系。对比分析表明，相比来自非洲的同时代人类，尼安德特人的DNA序列与来自欧洲或亚洲的同时代人类的DNA序列更相似。这意味着尼安德特人和智人在数万年的共存中进行了杂交。在具有欧洲或亚洲血统的现代人类中，约1-4%的基因组来自尼安德特人（图2）。

一个激动人心的发现：丹尼索瓦人

2008年，在西伯利亚南部的丹尼索瓦洞穴中发现了一块4万年前的指骨碎片。这块骨头含有保存非常完好的DNA,，派博的团队对其进行了测序。结果引起了轰动：相比所有已知尼安德特人和现代人类的DNA序列，这个DNA序列是独一无二的。派博发现了一种前所未知的古人类，后者被命名为丹尼索瓦人。与来自世界其他地区的同时代人类的序列对比表明，丹尼索瓦人和智人之间也存在基因流动。这种关系首先在美拉尼西亚和东南亚其他地区的人群中被发现，那些地方的个体携带高达6%的丹尼索瓦人DNA。

派博的发现让大家对人类进化史产生全新的认识。当智人离开非洲时，至少有两个目前已灭绝的古人类种群居住在欧亚大陆。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部，而丹尼索瓦人居住在东部。智人在非洲以外的扩张及东移过程中，他们分别与尼安德特人和丹尼索瓦人相遇并杂交（图3）。

图3：派博得发现提供了当智人从非洲迁移到世界其他地区时世界人口分布的重要信息。尼安德特人生活在欧亚大陆的西部，丹尼索瓦人生活在东部。当智人遍布非洲大陆时，“混血儿”就出现了，并在我们的DNA中留下痕迹。

古基因组学及其相关性

通过其开创性的研究，派博创建了一门全新的科学学科——古基因组学。在最初发现后，他的团队已经完成了对灭绝古人类几个额外基因组序列的分析。派博的发现建立了一个独特的资源，得到科学界广泛运用来更好地理解人类的进化和迁移。全新的强大序列分析方法表明，非洲时智人就可能与当地古人类产生交集。然而，由于这些古老的DNA在热带气候加速降解，非洲当地已灭绝的古人类基因组还没有被测序出来。

多亏有了派博的发现，如今，我们了解到，来自人类已灭绝分支的古老基因序列影响着现代人类的生理机能。其中一个例子就是丹尼索瓦人的EPAS1基因，令人获得高海拔地区生存的优势，这在目前藏族人中很常见。另一个例子是尼安德特人的基因影响我们对不同类型感染的免疫反应。

是什么让我们成为独一无二的人类?

智人具备创造复杂文化、先进创新和具象艺术的独特能力，以及穿越开阔水域并传播到地球各地的能力（图4）。尼安德特人也群居生活，拥有巨大的大脑（图4）。他们同样使用工具，但在数十万年的时间里，这些工具的发展缓慢。智人和我们已经灭绝近亲之间的基因差异一直无从知晓，直到派博开创性的工作将其识别出来。正在进行的大量研究集中在分析这些差异的功能含义，最终目标是解释究竟是什么让我们成为独一无二的人类。

图4 Pääbo的开创性工作为解释究竟是什么使我们成为独一无二的人类奠定了基础。

获奖人简介：

斯万特·派博（Svante Pääbo）

202年诺贝尔生理学或医学奖得主派博

派博是一位瑞典基因学家，1955年4月20日出生在瑞典斯德哥尔摩。他早期是一名文科生，主修历史学、埃及学以及俄语，22岁开始在乌普萨拉大学攻读医学，31岁获得博士学位。1997年，他被任命为马克斯普朗克进化人类学研究所主任，目前，他还出任日本冲绳科学技术研究院的教授。

百年回眸：诺贝尔生理学或医学奖

自从1901年第一次诺贝尔生理学或医学奖颁布以来，医学已经取得了巨大的进步。而当时科研人员的很多发明发现，直到今天依然让患者受益无穷。

基本事实：

以下是有关诺贝尔生理或医学奖的一些基本数据：

• 1901至2020年之间，共授出111个诺贝尔生理学或医学奖。期间，由于世界大战等原因，在1915、1916、1917、1918、1921、1925、1940、1941和1942年，本奖项未曾颁布。

• 39个本奖项由1位获奖者独享。34个由2位获奖者分享，39个医学奖由3位获奖者分享。

• 共有224位科学家成为诺贝尔生理学或医学奖。

• 最年轻的诺贝尔生理学或医学奖得主为弗雷德里克·班廷（Frederick G. Banting），他在年仅32岁时即因发现胰岛素而荣获1923年诺贝尔生理学或医学奖。

• 最年长的诺贝尔生理学或医学奖得主是佩顿·劳斯（Peyton Rous），他因发现肿瘤诱导病毒而荣获1966年诺贝尔医学奖时已达87岁高龄。

• 在224位本奖项得主中，仅有12位系女性科学家。其中，因发现“基因转座”而于1983年荣获本奖项的的美国著名细胞遗传学家芭芭拉·麦克林托克（Barabara McClintock）是唯一独享诺贝尔生理学或医学奖的女性科学家。

那些看上去高高在上、不食人间烟火的诺贝尔奖，其背后的科学研究正默默拯救着我们的生命。

1901：血清疗法

19 世纪，白喉是一种非常可怕的急性呼吸道传染病，在德国每年夺取超过 5 万儿童的生命。1891 年，埃米尔·阿道夫·冯·贝林和合作者开发了第一种有效的白喉治疗血浆，挽救了一个白喉患儿的生命。在抗生素、疫苗等更有效的方法出现之后，血清疗法除了对狂犬病等特例的专项治疗外，基本退出了临床。不过，阿尔伯特·卡迈特发明的抗蛇毒血清，在 120 年后的今天仍然是最主要的蛇毒治疗手段，并将蛇咬伤的死亡率降低到 1% 以下。而且，每当暂时缺乏疫苗和特效药的新型传染病出现时，已有百年历史的血清疗法可能又会成为一根救命稻草。

1902：都是蚊子惹的祸

英国人罗纳德·罗斯（Ronald Ross）发现，疟蚊是热带疾病疟疾的传播媒介。他指出，疟蚊是疟原虫属生物的寄主，会传播疟疾。直到如今，每年还有约3亿人口染有疟疾。感谢罗斯的重要贡献，可以让研究人员针对这种疾病开发出药物。

1905：结核菌

德国科学家科赫(Robert Koch)发现了结核病的病原体——结核菌。而今，结核病是一种全球各地都可见到的感染性疾病，尽管使用对症的抗生素，其治疗过程也往往非常漫长。随着医学的发展，医研人员已经发明出一种可以预防婴幼儿得结核病的疫苗，但是这种疫苗对成年人并没有效用。

1912：器官的移植

法国外科医生亚历克西·卡雷尔（Alexis Carrel）成功地进行了人体的血管缝合和器官移植，因此获得诺贝尔医学奖。他发明了“血管吻合术”，把切断的血管重新缝合拼接起来。另外他也找出了一种储存人体器官的稳妥方式。时至今日，医生每年大概要移植10万个左右的器官。

1924：一探心脏的秘密

荷兰人威廉·埃因托芬（Willem Einthoven）被称为“心电图之父”。他发展的心电图描记器成了医院和诊所诊断病情的技术手段之一。心电图描记机记录了心脏肌肉纤维的活动。医生可以凭借心电图可以检测出心律失常等心脏疾病。直到今天这都是一个十分广泛的使用方法。

1930：四个血型

奥地利人卡尔·兰德斯坦纳（Karl Landsteiner）发现，如果把两个人的血液混合在一起，经常出现凝结，但这种情况并不具有绝对性。很快他就找出了原因：人类有不同的血型A、B、O(他称这个血型为C型)。稍晚，他的同事发现了第四种血型AB。这个发现大大提高了输血的安全性。

1932：开启化学合成药物的大门

19 世纪，科学家发现，许多疾病是由细菌感染造成的。然而，面对大多数致病细菌，我们都束手无策。化学学科的发展带来转机：人们尝试合成一些物质，对抗这些病原微生物。

1932 年，格哈德·多马克意外发现，一种叫“百浪多息”的红色染料可以保护小鼠和兔子免受葡萄球菌和链球菌的侵害，而非常高的剂量却仅仅引起动物的呕吐。他并不认为百浪多息在人身上会同样奏效；但当时，他的女儿因为链球菌感染而患上败血症，这在那个时代几乎等同死刑，绝望的多马克孤注一掷！惊喜的是，使用百浪多息后，女儿居然快速好转，最终恢复健康。

3 年后，严谨的多马克将动物实验和人体实验的结果公之于众，百浪多息成为了人类历史上第一种人工合成的抗菌药。后来，这种药物由于拯救了美国总统罗斯福罹患败血症的小儿子而备受瞩目，吸引了诸多科学家投入到合成药物的研发中。

1939, 1945 和 1952：细菌的克星

有三个诺贝尔医学奖颁发给了抗生素的发现者和开发者。其中包括发现青霉素的亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）。直到今天，抗生素是最常被使用的药物之一，也经常成为病人的大救星。不过研究人员必须不断开发出新的抗生素品种，因为细菌经过一段时间就会对抗生素进化出抗药性。

1928 年，弗莱明在实验室阴差阳错地发现青霉素。在第二次世界大战中，青霉素拯救了无数生命。曾经几乎只能截肢或者等待死亡的严重外伤感染，曾被视为不治之症的白喉、猩红热、梅毒、淋病等，都因青霉素而得到有效治疗。这几乎是 20 世纪最伟大的发现之一！据统计，几十年来，它使人类平均寿命从40岁提高到了65岁，整整25周岁。

1948：杀死害虫

化学家米勒(Paul Hermann Müller)发现，杀虫剂DDT可以杀死害虫，却几乎不伤及哺乳动物。这个消息公布于世后的几十年里，DDT是被最广泛应用的杀虫剂之一。直到人们发现，DDT在环境中的积累会对鸟类造成伤害后情况才有所改变。虽然现在DDT已遭受冷落。不过人们还是会使用它来对付疟蚊。

1956：以身试验

德国人沃纳·福斯曼和两位同事共同获得了诺贝尔奖。他发明了心脏导管技术。福斯曼曾经自己身上做了实验，完成了心脏导管插入术。这种手术是将一根塑料导管插入肘前静脉或者手部静脉，并向内推进直到心脏。如今，医生们仍利用这种技术做心脏检查或是进行心脏手术。

1972、1984和1987：抗体

血清疗法奏效的关键，在于血浆中含有抗体——这是人类免疫系统中的核心武器。在对抗体的漫长研究进程中，杰拉尔德·埃德尔曼和罗德尼·罗伯特·波特发现了抗体的蛋白结构，利根川进发现了抗体多样性的遗传学原理，这些都为现代免疫学的抗体理论奠定基础。乔治斯·克勒和色萨·米尔斯坦发明单克隆抗体的生产方法。这项技术能够生产高度均一的、特异性好的抗体，从而使抗体类药物的出现成为可能。在这之后，许多单克隆抗体药物被研发出来，应用范围还从治疗外源病原体所导致的疾病，拓展到了肿瘤治疗领域。

1988年：器官移植免疫抑制

器官移植面临最大的问题是排异反应。格特鲁德·埃利恩和乔治·希青斯发现了一种叫做“硫唑嘌呤”的药物，它可以让兔子不对外源蛋白质产生抗体。目前，这依然是常见的器官移植免疫抑制剂。器官移植是20世纪医学技术发展的最高成就之一，也是目前治疗各种器官功能衰竭的最有效手段。

1979 和 2003：体内乾坤

最开始，如果人们想了解人体内部的情况，唯一的办法就是照X光照片。不过随着时间的推移，医生们已经找到了更好的办法。其中之一就是“电脑断层扫描”技术（CT），这种技术虽然也利用具有放射性的X-射线，但是能够照出更详细的人体断层图像。之后出现了“核磁共振成像”(MRT)，这种方法利用了对人体完全无害的强磁场。

2008：女性的福音

通过德国癌症研究中心哈拉尔德·楚尔·豪森（Harald zur Hausen）的发现，人们才知道，人类乳头状瘤病毒可能会让人患上子宫颈癌。研究人员基于这个发现，研制出了针对这种病毒的疫苗。女性们现在能针对这种类型的宫颈癌接种疫苗。

2010：试管婴儿

罗伯特·爱德华兹获得了2010年度诺贝尔医学奖。他发明了俗称试管婴儿技术的体外受精技术。首名试管婴儿于1978年诞生。之后这个技术经过不断的发展完善，也增大了成功率。现今，全球已有超过500万名试管婴儿降生人世。

2013：细胞内的秘密

2013年诺贝尔医学奖项已经揭晓。德国科学家托马斯•聚德霍夫（Thomas Südhof）和两位美国研究学者詹姆斯•罗斯曼（James Rothman）、兰迪•谢克曼（Randy Schekman）共同获得了这个奖项。得奖原因为他们成功破译了细胞内重要的运输机制。这个系统的失稳会导致如阿尔茨海默氏症、帕金森综合症或糖尿病的发生。

2015年：战胜热带传染病

屠呦呦因提纯青蒿素，成为目前治疗疟疾最有效的药物；坎贝尔和大村智发现伊维菌素，可以对抗多种热带地区的寄生虫感染。他们因各自工作分享诺奖。

2017：告诉你生物钟的秘密

三位美国遗传学家因其在昼夜节律控制机制（即生物钟）方面的发现，获得2017年度诺贝尔医学奖。他们利用果蝇作为模型，成功分离出一种控制生物正常昼夜节律的基因。研究显示这一基因会让一种蛋白质在夜晚时分在细胞内积累，并在白天分解。诺贝尔大会宣布这一决定时表示，三人的研究“帮助我们窥测了我们的生物钟，并阐明它们内在的运作机理”。

2018：启动针对癌症的免疫系统“刹车机制”

我们的身体对肿瘤有天然抵御能力，需要的只是解决免疫系统的“刹车机制”。艾利森(James P. Allison )和本庶佑研究的抗癌疗法，能激活人类免疫细胞中的一些通常不被使用的特殊功能，从而让这些细胞更有效地去对抗癌细胞。基于这两位学者科研成果而开发出的一些新型抗癌疗法，已经被证明具有显著的临床疗效。

对于一些往日很难治疗的肿瘤，抗体药物联合其他药物共同使用的疗法，可以将其控制为近乎不影响正常生活的慢性病。相关的抗体药物甚至可以治愈某些已经发生转移的癌症患者——在以前，这几乎是完全不可能的。

2019：发现了细胞如何感知以及对氧气供应的适应性

动物需要氧气才能把食物转化为有用的能量。几个世纪以来，人们已经对氧的重要性有所了解，但细胞如何适应氧水平的变化一直是未知的。三位英美科学家发现了细胞如何感知和适应氧供应的变化。他们发现了细胞在应对不同水平的氧气时，调节基因活动的分子机制。这一重大发现揭示了生命中最重要的适应性机制之一，为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。他们的发现也有望为对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新策略铺平道路。

2020：发现并鉴定全新的丙型肝炎病毒

三位美国科学家开创性的发现使得一种新病毒——丙型肝炎病毒被鉴定。在他们的工作之前，甲型肝炎和乙型肝炎病毒的发现是重要的进展，但大多数血源性肝炎病例仍然无法解释。丙型肝炎病毒的发现揭示了其余慢性肝炎病例的原因，并使验血和新药物成为可能，从而挽救了数百万人的生命。

2021：我们如何感知和适应外部世界？

感知温度和触觉的能力对人类生存至关重要，并且构成我们与周围世界互动的基础。在日常生活中，我们将这些感觉视为理所当然，但如何启动神经脉动以便感知温度和触觉？两位获奖者的研究成果促使我们理解人类感官和外在环境之间复杂互动的关键缺失环节。这一突破性发现连同后续研究工作，使我们迅速了解人类神经系统感知温度和机械刺激的内在机制。

其他奖项颁布时间

据诺贝尔奖委员会官网发布，2022年诺贝尔奖评选结果宣布时间如下：

诺贝尔生理学或医学奖，10月3日，中欧夏令时（CEST）11时30分，北京时间17时30分；

诺贝尔物理学奖，10月4日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分；

诺贝尔化学奖，10月5日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分；

诺贝尔文学奖，10月6日，中欧夏令时（CEST）13时，北京时间19时；

诺贝尔和平奖，10月7日，中欧夏令时（CEST）11时，北京时间17时；

瑞典央行纪念阿尔弗雷德·诺贝尔经济学奖，10月10日，中欧夏令时（CEST）11时45分，北京时间17时45分。

参考资料：

https://www.nobelprize.org/

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/press-release/

https://www.eva.mpg.de/genetics/staff/paabo/

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作者：海哥，本文经收取发表，版权归属作者/原载媒体所有。

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