古遗传学青年专家付巧妹：寻找人类演变拼图

2023年6月19日，中国的古遗传学女科学家付巧妹因构建欧亚，特别是东亚十万年来人群的遗传演化图谱，揭开过去人群的多样性，并为他们在遗传上如何影响当今人类的基因组成和适应性特征带来新的见解，在法国巴黎被授予联合国教科文组织—阿勒福赞科学、技术、工程、数学领域杰出青年科学家国际奖（以下简称“阿勒福赞奖”）。作为国际古遗传学领域的领军科学家之一，付巧妹在本次评选中从全球2500名候选者中脱颖而出，成为首位获得此奖的中国科学家。

付巧妹目前在中国科学院古脊椎动物与古人类研究所，专门围绕古基因组开展早期人类及其伴生物种的起源与演化研究。作为一名80后科研人员，付巧妹曾入选《Nature》中国十大科学之星，获得中国青年科技奖特别奖、陈嘉庚青年科学奖等。她关于世界最古老现代人基因组的研究入选《Nature》杂志评选的“2014年度十大科学事件”；关于青藏高原沉积物古DNA研究入选“2020年度人类起源研究十大新认知”；关于东亚南北方人群古基因组研究入选“2020年度中国科学十大进展”等。这些成绩都来自她对古DNA研究的热爱、坚守和不懈的努力。

我们从哪儿来

古DNA研究是一个新兴而前沿的领域，它是通过从数十万年前以至数百万年前的人类遗骸或遗址沉积物里提取的相关遗传信息来了解人类的演变过程，以及这些演变对现在的人类造成什么样的影响。

“我的工作旨在提供人类遗传历史的见解，包括探知过去有哪些人类群体，他们的时空分布，以及在不同时间阶段的演化特点与迁徙互动的历程。”付巧妹解释道。

“通过古DNA研究，我们对欧亚大陆人类遗传历史的认识发生了巨大变化。在过去的十多年里，我们发现了过去存在过的丰富而多样的早期现代人群体。”付巧妹介绍，这些研究揭示了欧亚早期现代人的遗传特点和动态演变历史。

聚焦东亚，她的研究为人们了解东亚早期人群的演化历程提供了指引，并发现了新的早期现代人支系以及他们的动态变化，包括对当今现代人有非常少甚至没有遗传贡献的古老群体，及与古南岛语族相关的祖源群体。这些研究填补了人类历史上的重要空白，以全新的视角绘制出东亚南北方史前人群的演化图景。

“钓鱼”技术捕获古DNA

对古遗传学专家来说，寻找古DNA材料难，而从历经长时间降解的古DNA材料中提取出极其微量的基因片段更加不容易。因为随着时间的流逝，古DNA片段在“不可逆”地逐渐缩短，而且它们还受到了来自外界大量环境微生物和现代人DNA的“入侵”和污染，要识别出来非常困难。

2013年，付巧妹和古遗传学专家马修·迈耶(Matthias Meyer)开发出一种新的古核基因组捕获技术，为解决这一长期制约人类古基因组研究的问题带来突破。付巧妹把这个技术形象地描述成“钓鱼”：“也就是像钓鱼一样，将非常微量的DNA从海量的微生物中吸附富集出来。”而后在2015年，付巧妹主导设计出可以精准追踪人类古DNA的1240K探针组，跟这项技术结合起来，使得此前大量无法进行古DNA研究的样本材料重回研究视野，使古代人类全基因组研究成为可能。目前，世界上超过70%的人类古基因组都是由其捕获而来，也正是这些技术创新为从中国南方温暖潮湿、酸性土壤环境下保存的极其糟糕的人类样本材料获得相关古基因组数据带来可能。

比如，早在2014年，付巧妹带领团队在中国南方台湾海峡（亮岛）获得了距今8000多年的人类古基因组数据，结合在北方山东地区获得的人类古基因组，已经得到一些很重要的结论。虽然亮岛距离福州仅24公里，但是亮岛作为岛屿的特殊地理位置让她始终存疑：亮岛个体能否代表整个南方人群？他们与南方大陆的古人群是否存在差异？基于系统的研究设想与严谨的科研追求，她带领团队花了近5年的时间攻关中国南方大陆地区人类样本，最终成功获得中国福建地区包括8000多年前奇和洞人在内的十多例人类古基因组，为追溯中国重要的南方祖源群体及南岛语族起源作出重要贡献。

书写东亚人类演化篇章

在2017年以前，人类古基因组数据及相关研究主要集中在欧洲和北亚，而东亚地区，尤其是中国的人类古基因组数据则相对空白，相关研究极度匮乏，东亚人群遗传演化和迁徙融合的历史，成为整个人类演化进程里的“缺环”。

2017年，付巧妹带领团队捕获测序中国第一例人类古基因组—北京4万年前的田园洞人基因组，这也是东亚迄今最早的现代人基因组的研究成果。研究明确了田园洞人已经呈现亚洲人的遗传特征，而且与某个古欧洲人有着特殊的遗传联系，这揭示出东亚早期人群的遗传多样性及演化历史的复杂性，为东亚人群古DNA研究正式打开了局面。《Science》期刊评价它“填补了东亚在地理和时间尺度上的巨大空白”，在国际上引起广泛关注。

2020年，付巧妹针对中国南北方人群古基因组开展大规模、系统性研究，发现中国近万年来人群的南北分化格局、主体遗传连续性和迁徙混合历史，首次从遗传学角度证实以台湾岛阿美族和泰雅族、太平洋西南部岛民为代表的南岛语族与万年前福建等南方沿海大陆人群直接相关。

2021年，付巧妹再次获得中国南方广西地区30例1.1万年来人类古基因组，发现了此前未知的广西本地古老现代人群，为中国南方与东南亚人群之间的基因交流带来新的见解。这些南方地区人类古基因组也被评价填补了相关区域空白。

同年，付巧妹带领团队通过分析中国北京、黑龙江地区距今4万年来人类古基因组，首次解锁中国冰河时代人群动态遗传图谱，为探寻东亚人特有适应性基因的选择特点提供了新的证据。他们发现田园洞人在末次盛冰期前曾广泛存在，而在末次盛冰期结束时却大规模减少，揭示黑龙江1.4万年前出现古北方人群是美洲原住民所含东亚成分最直接的来源。亚洲人群迁徙分化的历史被一点点解开，该研究被认为是“古基因组学领域一个标志性突破”。

针对中国多元文化交流的重要区域，付巧妹带领团队展开了许多研究探索。2022-2023年，他们针对中国新疆和青藏高原地区5000年来人群相继展开规模性研究，细节性揭示出这些地区人群的来源、形成过程及与外部地区存在的复杂的人群互动交流历史。

为了追踪旧石器时代可能存在的古人类群体，付巧妹团队还另辟蹊径，从“土”中捕获更古老人群的基因片段。2020年，付巧妹通过实验分析从青藏高原白石崖洞的沉积物中成功获取东亚首例丹尼索瓦人DNA。这是中国沉积物古DNA研究的第一个成功案例，也是世界首次在丹尼索瓦洞之外找到丹尼索瓦人的DNA，为明确这一体质特征尚不清楚的灭绝古人类的时空分布提供了关键证据。付巧妹介绍说：“白石崖溶洞海拔比较高，大约3200米，10万年前古人类在这么高海拔的地方生活是很有挑战性的。这为我们进一步探究人类的适应性基因（通过调节集体的某些生理功能，以适应特定环境条件的基因），比如在高海拔的低氧环境生活的西藏人所带有相关基因片段，提供了重要线索。”

坚持源自热爱

“我的座右铭一直是‘不设限，不放弃，永葆好奇心’，这句话一直激励着我走到今天。”付巧妹说，“小时候我是一个充满好奇的小孩儿，着迷于历史的奥秘，想了解过去如何塑造我们的现在和未来。正是这种好奇心促使我进入遗传学领域，以古DNA研究为所从事的事业。”

付巧妹大学时读的是文物保护技术专业，在数理化和计算机方面打下坚实基础。本科毕业，着迷于生物领域的她放弃保研的机会，到中国科学院从事骨骼方面的研究，而这两段经历都为她今后古DNA研究打下了基础。

读博期间，她在德国马克斯·普朗克演化人类学研究所学习演化遗传学专业，师从古DNA领域泰斗斯万特·帕博。“德国当时是先考核半年，看你适不适合去读博士。过了最初的考核后，每年还要接受一次考核，如果研究所不续签了，你就不能再读下去了。”付巧妹说，她是跨专业学习，不管是文献、方法还是课题，都是全新的领域。困难面前，她没有畏缩，而是想办法尽可能做得更好，“我当时的想法很简单，尽力就好，如果真做不好，我也不怪自己，但如果我没有努力的话，那就是另外一回事了。”通过成摞成摞地读文献、做实验、自学编程、做生物信息分析，她通过考核并获得大家的认可。她的导师帕博在接受媒体采访时，称她为“最棒的学生之一”。

2010年，付巧妹开始负责中德联合古DNA平台的筹建，她一直在积蓄力量，希望用古DNA书写亚洲人群的历史。2015年底，她正式回国，2016年1月担任起中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室（现为分子古生物学实验室）主任，开始致力钻研在国际上处于相对空白的东亚古人群的遗传演化问题。在这份热情的支持下，她一步步靠近自己的梦想，取得了一项又一项科研进展。

继续探索未知世界

如今，付巧妹的研究团队仍在致力探索更高效的分子古生物学实验技术和分析方法，展开更大时空跨度的采样与研究，以更好了解东亚地区人类演化历程。这些努力将帮助我们进一步了解人类过去的奥秘，并为人类未来发展提供重要启示。

对于未来研究的方向，付巧妹坦言关于东亚人演化还有许多未解之谜，仍有着很多历史缺环和细节要进一步探索。在付巧妹身上，对于未知的好奇心、进一步探索的热情仍是那么浓烈，“有没有可能哪一天（基于研究）构建还原出东亚特有的古人类呢？两万多年前末次冰盛期的人群是怎么样的呢？不同人群和文化有什么关系？我们现在不同的民族具体是怎么形成的？还有很多要继续努力做的事情。”