0

0
0

文字

分享

0
0
0

世界上最早的抽象畫家是誰

火星軍情局
・2014/12/08 ・1478字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

您看到下面這一幅藝術作品會有什麼感想?

f_11389079_1
一般人把一個紙箱拆掉貼在牆壁上,叫做有礙觀瞻;但是知名畫家做這件事,美術館就會把它貢在一間專有的房間,叫它藝術品。(20世紀普普藝術大師Robert Rauschenberg的作品”Cardbird VII”, Phillips Collection, Washington DC。)

如果你欣賞它,恭喜你——證明你是「現代人」(智人,Homo sapiens)無誤。如果你覺得這不過就是一堆亂七八糟的厚紙板,那麼…那麼你是…你就是正常人。(糟糕,轉得有點硬)

這麼說不是沒有原因的,因為過去學者們都認為只有現代人才能理解抽象事物,甚至有創造力把抽象的幾何線條當成裝飾品。新石器時代後現代人的陶器才開始出現大量的幾何條紋,甚至到19世紀後的抽象藝術才得登上大雅之堂,不過最近的幾項新發現可能顛覆這個看法。

首先,考古學家歷年來在歐洲直布羅陀海邊的戈勒姆(Gorham)洞穴裡面發現不少「尼安德塔人」製作的物品,最近當他們挖到最底部的石頭,發現石頭上雕刻著同下圖的井字圖形。這是誰做的? 只有我會聯想到是被X-Men裡面金鋼狼的狼爪刮的嗎?

Engravings found in the Gorham's Cave in Gibraltar
考古學家在直布羅陀的洞穴裡面發現的雕刻。(Rodríguez-Vidal et al, PNAS)

考古學家測定後,發現那是四萬一千年前雕刻的,石頭以被覆蓋的沉積土壤原封了好幾萬年。那時候的歐洲只有尼安德塔人,顯示這圖案是尼安德塔人刻的。也許…這塊石頭是尼安德塔人的砧板,那些條紋是他們切肉時留下的痕跡。這一群考古學家也有這個疑問,就嘗試用不同的石器在類似的石頭上切割,又在顯微鏡下比較刀功,確定了這個圖形是故意重複切割而來,不是無心插柳的產物。這個抽象圖形能算是藝術嗎?很難說,但是它看起來真的沒什麼實際用途,很可能有特殊的文化涵義。這一份研究結果今年九月份被發表在PNAS。[1]

四萬多年前的的尼安德塔人都可能有抽象的藝術眼光,已經很了不起了吧,最近卻有更驚人的發現:荷蘭的考古學家在整理博物館倉庫時,在一堆1890年代和爪哇人同時出土的古物中,在一個貝殼上發現鋸齒形的刻痕,用顯微鏡檢查後,估計是用類似鯊魚牙齒的利器蓄意雕刻而成,而且每個轉折點都連接完整,顯見當時的作者注意微小細節,不是意外刮出來的。這爪哇人是「直立人」(Homo erectus),比尼安德塔人還原始得多。經由同位素年代測定,確定貝殼的年紀在43萬年至54萬年間,比直布羅陀洞穴裡的刻痕早了十倍 。這一份研究在2014年12月發表於Nature。[2,3]

nature13962-f2
(a-b)約五十萬年前貝殼上雕刻的幾何圖案;(c-d)圖案雕刻的放大圖。(Joordens, J. C. A. et al. Nature)

這算是藝術嗎?和尼安德塔人的井字圖形一樣,直立人的鋸齒狀刻痕看不出有什麼實際用途,很難用考古的辦法了解原作者的意圖,但如果不是藝術裝飾,那會是什麼?

現代人常說自己是萬物之靈,認為只有自己有能力創造文明,但如果連遠古的原始人類都有創意,能創造抽象藝術,那麼現代人到底有何特別之處?直立人在地球上生存了將近180萬年(是現代人的九倍)但沒有建立文明;如果給尼安德塔人更多一點時間,讓他們在現代人崛起之前享受更溫暖的氣候,現在的地球是什麼樣子?可不可能在美術館裡撞見尼安德塔人呢?

參考資料:

  1. Rodríguez-Vidal, Joaquín, Francesco d’ Errico, Francisco Giles Pacheco, Ruth Blasco, Jordi Rosell, Richard P. Jennings, Alain Queffelec, et al. 2014. “A Rock Engraving Made by Neanderthals in Gibraltar.” Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (37): 13301–6.
  2. Callaway, Ewen. 2014. “Homo Erectus Made World’s Oldest Doodle 500,000 Years Ago.” Nature, December.
  3. Joordens, Josephine C. A., Francesco d’ Errico, Frank P. Wesselingh, Stephen Munro, John de Vos, Jakob Wallinga, Christina Ankjærgaard, et al. 2014. “Homo Erectus at Trinil on Java Used Shells for Tool Production and Engraving.” Nature, December.
文章難易度
火星軍情局
19 篇文章 ・ 8 位粉絲
本局以適合火星人智商的方式,將地球上的最新科學新聞向火星同胞播出,歡迎來我的Facebook做朋友:https://www.facebook.com/Dr.Martian.Vader

0

1
0

文字

分享

0
1
0
用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

文章難易度

0

2
0

文字

分享

0
2
0
缺乏火燒痕跡,也能判斷遠古人類已知用火?
寒波_96
・2023/01/11 ・3336字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

人類最早在什麼時候用火?這個問題非常難以回答。經過很久很久以後,火燒的痕跡不見得還會留下,分辨天然起火或人為生火也不容易。2022 年發表的兩篇論文採用不同分析辦法,判斷約 80 萬年前的以色列人已知用火。

🔥沒有痕跡,也能得知曾經炙熱

常理想來,物品被火燒過的痕跡應該很明顯。但是考古學、古人類學研究的對象距今幾千年起跳,甚至超過一百萬年,那麼久以前的火燒如今還能被分辨嗎?最近問世的兩項研究,順利突破此一難題。

一項研究採用的方法是「拉曼光譜」(Raman spectroscopy)。最最最基礎的原理是,材料被火高溫加熱過後,內部分子層級的排列會發生改變,即使外觀完全沒有變化,也有機會透過拉曼光譜分辨。

拉曼光譜考察的材料來自以色列的 Evron 採石場遺址,這兒出土一批石器與動物骨頭,估計年代為距今 80 到 100 萬年前。光看外觀,毫無被火燒過的跡象,但是分析後得知,有些燧石製作的石器曾經被加熱到超過 400 度,遺址中其他石頭卻沒有。動物骨頭方面,有一件象牙被加熱過。

遺址內沒有或有被火燒過的樣本,顏色、大小、形狀都沒有任何差異。按照以前的分析方法,我們會誤以為該群古早人不曾與火打過交道,這兒拉曼光譜的價值顯而易見。

光看石頭外觀,當年是否被火燒過,完全沒有差異。圖/參考資料 1

這篇論文的作者認為,以色列距今 80 到 100 萬年前的古早人已經懂得用火,他們有能力控制火源,長期小規模燃燒。更重要的是,這項研究證實,即使遺址乍看缺乏用火的痕跡,也可能只是舊的分析辦法看不出來,實際上用火未必那麼罕見。

🔥已知用火,不過做什麼用?

然而,當時的人類真的已經有意識控火,也就是已知用火嗎?光看這項研究的證據,其實有些疑慮。用火有目的,遺址環境是開放的空地,生火可能有煮食、取暖、威嚇掠食者等意圖,最容易判斷的應該是煮食。

被人類放在火上燒的動物性食物,骨頭應該也被加熱過,可是這項研究分析的動物骨頭卻只有一件象牙被火燒過,而象牙並非食物。除非是被加熱的動物骨頭沒有保留至今,否則實在難以想像,已知用火的古人類不會順便烹飪。

也許有讀者好奇,石頭不能吃,石器為什麼會被火燒呢?火是能改變物質狀態的能量,數萬年前的人類,有一種用火加熱修飾石器的技術;但是這種製作石器的手法相當先進,超過 80 萬年的古早人應該還沒這麼機智。更有可能是用過丟掉的石器(和象牙),在火堆旁順便被燒到,而非有意為之。

光是 Evron 採石場遺址的紀錄,天然起火也有機會產生一樣的結果。那個年代的古早人真的已知用火嗎?所幸幾個月後發表的另一篇論文打消我的疑慮,因為這項研究找到煮食的證據!

Evron 採石場遺址。圖/參考資料 3

🔥水深火熱的鯉魚

另一篇論文的分析方法是「X光繞射」(X-ray powder diffraction,簡稱 XRD),一如拉曼光譜,它能探索加熱過後物體內部的晶格變化,估計曾經升溫到幾度。

考察材料來自以色列的 Gesher Benot Ya’aqov(簡稱 GBY)遺址,這兒古時候是 Hula 湖的湖畔,有不少古代生態的記錄,出土阿舍利石器等人造物,也證實古人類曾在此生活。

GBY 遺址距今 78 萬年的地層中,出土許多魚的骨頭,超過 4.3 萬件,約有 4 萬件可以歸類,大部分屬於鯉科(carp,學名 Cyprinidae)、塘虱(catfish,學名 Clariidae)、慈鯛科(Tilapiini,學名 Cichlidae),都是淡水魚。

死魚骨頭不見得是人為造成,也可能是自然死亡沉積所致。另一處 Kinneret 古湖遺址也出土很多魚骨,兩處的化石組成卻截然不同。Kinneret 超過 99% 是魚骨,GBY 遺址則有超過 95% 是咽頭齒(pharyngeal teeth)

GBY 遺址出土的魚類遺骸,不只部位和天然遺存不一樣,也大量出現 2 種鯉魚:Luciobarbus longiceps 以及 Carasobarbus canis,都是口味適合人類食用的款式。由此推論,至少一些魚牙化石來自人類吃剩的大餐。

研究者先用現代魚牙測試,紀錄不同溫度燒過後,珐瑯質的晶格改變。接著再分析化石牙齒,對照估計化石當年經歷過多高的溫度。

結果判斷有些魚牙曾經被火燒過,多數未滿 500 度;這差不多就是露天生火的正常溫度,也足以將魚煮熟。由此推論,78 萬年前的以色列人或許已經配備火塘,會捕魚再煮熟來吃。

火烤就是美味?距今 78 萬年前的 Hula 湖畔,想像圖。圖/參考資料 5

🔥認識人類用火歷史的新方向

和稍早問世的論文一同考慮,僅管 78 萬年前的火烤魚稍遲一些,卻強烈佐證早於 80 萬年前的以色列人已知用火,因為用火煮魚顯然是有意識的控火行為,假設同一地區更早幾萬年的人群也具備類似技能,十分合理。最早生火煮食的年代,想來不只 78 萬年。

如今智人獨存,過往「人類」則有許多成員,距今 78 到 100 萬年前,已知用火的以色列古早人是什麼人呢?這題缺乏直接證據。可能是直立人,也可能是很初期的海德堡人(或波多人)。直立人起源於 200 萬年前的非洲,後來分佈廣泛又十分多變,海德堡人算是直立人的衍生型號;如果真是直立人已知用火,那麼可謂是機智的直立人。

何時已知用火依然是不容易回答的問題,根據現有資訊,距今 40 萬年前過後用火變得普及,距離遙遠的許多遺址,相對短期內出現用火的紀錄,有學者懷疑涉及文化與知識的傳播。

然而,新研究告訴我們,生火不見得會留下痕跡,也許早於 40 萬年前已有不少地方的人懂得用火,可是缺乏紀錄。還有可能 40 萬年內使用火源的人類,比已知還要更多。不論如何,2022 年發表的兩篇論文,預示了新的探討方向。

延伸閱讀

參考資料

  1. Stepka, Z., Azuri, I., Horwitz, L. K., Chazan, M., & Natalio, F. (2022). Hidden signatures of early fire at Evron Quarry (1.0 to 0.8 Mya). Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(25), e2123439119.
  2. Evidence of fire use at ancient campsite in Israel
  3. Artificial intelligence may have unearthed one of the world’s oldest campfires
  4. Zohar, I., Alperson-Afil, N., Goren-Inbar, N., Prévost, M., Tütken, T., Sisma-Ventura, G., … & Najorka, J. (2022). Evidence for the cooking of fish 780,000 years ago at Gesher Benot Ya’aqov, Israel. Nature Ecology & Evolution, 1-13.
  5. Oldest evidence of the controlled use of fire to cook food
  6. MacDonald, K., Scherjon, F., van Veen, E., Vaesen, K., & Roebroeks, W. (2021). Middle Pleistocene fire use: The first signal of widespread cultural diffusion in human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(31), e2101108118.
  7. Widespread cultural diffusion of knowledge started 400 thousand years ago

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
178 篇文章 ・ 704 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

1

27
3

文字

分享

1
27
3
【2022 年諾貝爾生理或醫學奬】復現尼安德塔人消逝的 DNA,也映襯我們何以為人
寒波_96
・2022/10/06 ・8169字 ・閱讀時間約 17 分鐘

人對自身歷史的好奇歷久彌新。最近十年古代 DNA 研究大行其道,光是發表於 Cell、Nature、Science 的論文就多到要辛苦讀完,加上其他期刊更是眼花撩亂。「古代遺傳學」的衝擊毋庸置疑,開創者帕波(Svante Pääbo)足以名列歷史偉人;然而,得知 2022 年諾貝爾生理或醫學獎由他一人獨得 ,還是令人吃驚——諾貝爾獎竟然會頒給人類演化學家?

諾貝爾獎有物理獎、有化學獎,但是沒有生物學獎,而是「生理或醫學獎」。帕波獲獎的理由是:「發現滅絕人類的基因組以及研究人類演化」。乍看和生理或醫學沒有關係,深入思考……好像還真的沒有什麼關係。

偷用強者我朋友的感想:「應該就是選厲害的。第一個和生理或醫學無關的生理或醫學獎得主,聽起來滿屌的」。

帕波直接的貢獻非常明確,在他的努力下,重現消失數萬年的尼安德塔人(Neanderthal)基因組。他為什麼想要這樣做,過程中經歷什麼困難,發現又有什麼意義呢?

喜愛古埃及的演化遺傳學家

帕波公元 1955 年在瑞典出生,獲獎時 67 歲。他從小對古埃及有興趣,大學時選擇醫學仍不忘古埃及,但是一生都在追求新奇的帕波,嫌埃及研究的步調太慢,後來走上科學研究之路。1980 年代初博士班時期,他使用當時最高端的分子生物學手段探討免疫學,成果發表於 Cell 等頂尖期刊,可謂免疫學界的頂級新秀。

然而,他始終無法忘情逝去的世界。1984 年美國的科學家獲得斑驢的 DNA 片段,轟動一時。斑驢已經滅絕一百年,能夠由其遺骸取得古代 DNA,令博士生帕波大為震撼。他很快決定結合自己的專業與興趣,嘗試由古埃及木乃伊取得 DNA,並且獨立將結果發表於 Nature 期刊。

古代 DNA。圖/取自 參考資料 1

博士畢業後,帕波義無反顧地轉換領域,遠渡美國追隨加州柏克萊大學的威爾森(Allan Wilson)。威爾森在 1970 年代便開始探討分子演化,後來又根據不同人類族群間粒線體 DNA 的差異,估計非洲以外的人群,分家只有幾萬年,支持智人出非洲說。

帕波正式投入相關研究後意識到,從古代樣本取樣 DNA 的汙染問題相當嚴重。這邊「汙染」的意思是,並非抓到樣本內真正的古代 DNA 目標,而是周圍環境、實驗操作者等來源的 DNA;包括他自己之前的木乃伊 DNA,很可能也不是真正的古代 DNA。另一大問題是,生物去世後 DNA 便會開始崩潰,經歷成千上萬年後,樣本中即使仍有少量遺傳物質殘存,含量也相當有限。

帕波投入不少心血改善問題。例如那時新發明的 PCR 能精確並大量複製 DNA,他馬上用於自己的題目(更早前是利用細菌,細菌繁殖時順便生產 DNA)。多年嘗試後,他決定放棄埃及木乃伊(埃及木乃伊的基因組在 2017 年成功),改以遺傳與智人差異較大的尼安德塔人為研究對象。

取得數萬年前尼安德塔人的 DNA

根據現有的證據,尼安德塔人是距今約 4 萬到 40 多萬年前的古人類。確認為尼安德塔人的第一件化石,於 1856 年在德國的尼安德谷發現,並以此得名(之前 2 次更早出土化石卻都沒有意識到)。這是我們所知第一種,不是智人的古代人類(hominin)。

對於古人類化石,一百多年來都是由考古與型態分析。帕波帶著遺傳學工具投入,不但增進考古和古人類學的知識,也拓展了遺傳學的領域。他後來前往德國的慕尼黑大學,幾年後又被挖角到馬克斯普朗克研究所,領導萊比錫新成立的人類演化部門,多年來培養出整個世代的科學家,也改變我們對人類演化的認知。

不同個體的粒線體 DNA 之間差異,智人與黑猩猩最多,智人與智人最少,智人與尼安德塔人介於期間。圖/取自 參考資料 2

帕波在 1996 年首度取得尼安德塔人的 DNA 片段,來自粒線體。他為了確認結果,邀請一位美國小女生重複實驗,驗證無誤,她就是後來也成為一方之霸的史東(Anne Stone)。比較這段長度 105 個核苷酸的片段,尼安德塔人與智人間的差異,明顯超過智人與智人。

然而,粒線體只有 16500 個核苷酸,絕大部分遺傳訊息其實藏在細胞核的染色體中。想認識尼安德塔人的遺傳全貌,非得重現細胞核的基因組。

可是一個細胞內有數百套粒線體,只有 2 套基因組,因此粒線體 DNA 的含量為細胞核數百倍;而且染色體合計超過 30 億個核苷酸,數量無比龐大。可以說,細胞核基因組可供取材的 DNA 量少,需要復原的訊息又多,比粒線體更難好幾個次元。

方法學與時俱進:從 PCR 到次世代定序

一開始,帕波與合作者使用 PCR,但是帕波知道這是死路一條。取樣 DNA 會破壞材料,尼安德塔人的化石有限;PCR 一次又只能復原幾百核苷酸,要完成 30 億的目標遙遙無期。

帕波持續努力克服難關。2000 年人類基因組首度問世,採取「霰彈槍」定序法,大幅提升效率;也就是將 DNA 序列都打碎,一次定序一大堆片段,再由電腦程式拼湊。帕波因此和 454 生命科學公司合作,改用新的次世代定序法,偵測化石中的古代 DNA。2006 年發表的論文可謂里程碑,報告次世代定序得知的 100 萬個尼安德塔人核苷酸,足以進行一些基因體學的分析。

帕波當時在美國的合作者魯賓(Edward Rubin)持續使用 PCR,雙方分歧愈來愈大,終於分道揚鑣。所以很可惜地,2010 年尼安德塔人基因組論文發表時,魯賓沒有參與到最後。這是人類史上第一次,取得滅絕生物大致完整的基因組,也是帕波獲頒諾貝爾獎的直接理由。

帕波戰隊。圖/取自 The Neandertal Genome Project

鐵證:尼安德塔人與智人有過遺傳交流

這份拼湊多位尼安德塔人的基因組,儘管品質不佳,卻足以解答一個問題:尼安德塔人與智人有過混血嗎?答案是有,卻和本來想的不一樣。尼安德塔人沒有長居非洲,主要住在歐洲、西南亞、中亞,也就是歐亞大陸的西部。假如與智人有過混血,歐洲人應該最明顯。結果並非如此。

帕波的組隊能力無與倫比,他廣邀各領域的菁英參與計畫,不只取得 DNA 資料,也陸續研發許多分析資料的手法,其中以哈佛大學的瑞克(David Reich)最出名。

分析得知,非洲以外,歐洲、東亞、大洋洲的人,基因組都有 1% 到 4% 能追溯到尼安德塔人(後來修正為 2% 左右)。所以雙方傳承至今的混血,發生在智人離開非洲以後,又向各地分家以前;並非尼安德塔人主要活動的歐洲。

首度由 DNA 定義古代新人類:丹尼索瓦人

復原古代基因組的工作相當困難,不過引進次世代定序後,從不可能的任務降級為難題,尼安德塔人重出江湖變成時間問題。出乎意料,同樣在 2010 年,帕波戰隊又發表另外 2 篇論文,描述一種前所未知的古人類:丹尼索瓦人(Denisovan)。不是藉由化石,而是首度由 DNA 得知新的古代人種。

根據細胞核基因組,尼安德塔人、丹尼索瓦人的親戚關係最近,智人比較遠,三群人類間有過多次遺傳交流。圖/取自 參考資料 1

丹尼索瓦人得名於出土化石的遺址(地名來自古時候當地隱士的名字),位於西伯利亞南部的阿爾泰地區,算是中亞。帕波對這兒並不陌生,之前俄羅斯科學家在這裡發現過尼安德塔人化石,而且由於乾燥與寒冷,預計化石中的古代 DNA 保存狀況應該不錯。

帕波戰隊對丹尼索瓦洞穴中的一件小指碎骨定序,首先拼裝出粒線體,驚訝地察覺到這不是智人,卻也不是尼安德塔人,接下來的細胞核基因組重複證實此事。它們變成前後 2 篇論文,帕波出名的不喜歡物種爭論,不使用學名,所以直稱其為「丹尼索瓦人」。

還有幾顆丹尼索瓦洞穴出土的牙齒也尋獲粒線體,而且這些臼齒特別大,型態前所未見。奇妙的是,丹尼索瓦人粒線體、基因組的遺傳史不一樣;和智人、尼安德塔人相比,尼安德塔人的粒線體比較接近智人,細胞核基因組卻比較接近丹尼索瓦人。

這反映古代人類群體間的遺傳交流相當複雜,不只是智人、尼安德塔人,也不只有過一次。後來又在丹尼索瓦洞穴發現一位爸爸是丹尼索瓦人、媽媽是尼安德塔人的混血少女,更是支持不同人群遺傳交流的直接證據。

遠觀丹尼索瓦洞穴。圖/取自論文〈Age estimates for hominin fossils and the onset of the Upper Palaeolithic at Denisova Cave〉的 Supplementary information

回溯分歧又交織的人類演化史

重現第一個尼安德塔人基因組後,帕波戰隊持續改進定序與分析的技術,也獲得更多樣本,深入不同族群的分家年代、彼此間的混血比例等問題,新知識不斷推陳出新。

丹尼索瓦人方面,如今仍無法確認他們的活動範圍,不過很可能是歐亞大陸偏東部的廣大地區。一如尼安德塔人,丹尼索瓦人也與智人有過遺傳交流。

最初估計某些大洋洲人配備 4% 到 6% 的丹尼索瓦人血緣,後來修正為 2% 左右(不同方法估計的結果不一樣,總之和尼安德塔血緣差不多)。不同智人具備丹尼索瓦 DNA 的比例差異頗大,某些大洋洲人之外,東亞族群也具備些許,歐亞大陸西部的人卻幾乎沒有。

到帕波獲得諾貝爾獎為止,古代 DNA 最早的紀錄是超過一百萬年的西伯利亞古代象。圖/最早古代 DNA,超過一百萬年的西伯利亞象

至今年代最古早的人類 DNA,來自西班牙的胡瑟裂谷(Sima de los Huesos),距今 43 萬年左右(最早的是超過一百萬年的古代象,由受到帕波啟發的其餘團隊發表)。根據 DNA 特徵,胡瑟裂谷人的細胞核基因組更接近尼安德塔人,可以視作初期的尼安德塔人族群。然而,他們的粒線體卻更像丹尼索瓦人。

帕波開發的研究方法,不只針對消逝的智人近親,也能用於古代智人與其他生物,累積一批數萬年前智人的基因組。釐清近期的混血事件外,還能探討不同人群當初分家的時期。估計尼安德塔人、丹尼索瓦人約在 40 多萬年前分家,他們和智人的共同祖先,又能追溯到距今 50 到 80 萬年的範圍。

智人何以為智人?遠古血脈的傳承,磨合,新適應

消逝幾萬年的尼安德塔人、丹尼索瓦人,皆為智人的極近親。由於數萬年前的遺傳交流,仍有一部分近親血脈流傳於智人的體內。這些血脈經過數萬年,早已融入成為我們的一部分。

人,人,人,人呀。圖/取自 參考資料 2

智人的某些基因與基因調控,受到遠古混血影響。最出名的案例,莫過於青藏高原族群(圖博人或藏人)的 EPAS1 基因繼承自丹尼索瓦人,比智人版本的基因更有利於適應缺氧。另外也觀察到許多案例,與免疫、代謝等功能有關。

近年 COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)席捲世界,觀察到感染者的症狀輕重受到遺傳差異影響;其中至少兩處 DNA 片段,一處會增加、另一處降低住院的機率,都可以追溯到尼安德塔人的遠古混血。

非洲外每個人都有 1% 到 2% 血緣來自尼安德塔人,不同人遺傳到的片段不一樣。將不同智人個體的片段拼起來,大概能湊出 40% 尼安德塔人基因組(不同算法有不同結果),也就是說,當初進入智人族群的尼安德塔 DNA 變異,不少已經失傳。

失傳可能是機率問題,某一段 DNA 剛好沒有智人繼承。但是也可能是由於尼安德塔 DNA 變異,對智人有害或是遺傳不相容,而被天擇淘汰。遺傳重組之故,智人基因組上每個位置,繼承到尼安德塔變異的機率應該差不多;可是相比於體染色體,X 染色體的比例卻明顯偏低;這意謂智人的 X 染色體,不適合換上尼安德塔版本。

例如 2022 年發表的論文,比較 TKTL1 基因上的差異對智人、尼安德塔人神經發育的影響。圖/取自〈Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals

智人之所以異於非人者幾希?藉由比較智人的極近親尼安德塔人,能深入思考這個大哉問。是哪些遺傳改變讓智人誕生,後來又衍生出什麼不可取代的遺傳特色?另一方面也能反思,某些我們以為專屬智人的特色,其實並非智人的專利。

分析遺傳序列,畢竟只是鍵盤辦案,一向雄心壯志的帕波,當然想要更進一步解答疑惑。比方說,尼安德塔人、智人間某處 DNA 差異對神經發育有什麼影響?體外培養細胞、模擬器官發育的新穎技術,如今也被帕波引進人類演化學的領域。

瑞典與愛沙尼亞之子,德國製造,替人類做出卓越貢獻的人

回顧完帕波到得獎時的精彩成就,他的工作與生理或醫學有哪些關係,各位讀者可以自行判斷。我還是覺得沒什麼直接關係,如遠古混血影響病毒感染的重症機率這種事,那些 DNA 變異最初是否源自尼安德塔人,其實無關緊要。不過多少還是有些影響,像是為了研究古代基因組而研發出的基因體學分析方法,應該也能用於生醫領域。

《尋找失落的基因組》台灣翻譯本。

帕波 2014 年時發表回憶錄《尋找失落的基因組》,自爆許多內幕。台灣的翻譯出過兩版,可惜目前絕版了。我在 2015 年、2019 年各寫過一篇介紹。書中有許多值得玩味之處,不同讀者會看到不同重點,有興趣可以找來閱讀,看看有什麼啟發。

主題是諾貝爾獎就不能不提,帕波得獎也讓諾貝爾新添一組父子檔,他的爸爸伯格斯特龍(Sune Karl Bergström)是 1982 年生理或醫學獎得主。為什麼父子不同姓?因為他是隨母姓的私生子,父子間非常不熟。

他的媽媽卡琳.帕波(Karin Pääbo)是愛沙尼亞移民瑞典的化學家,2007 年去世前曾在訪問提及,她兒子在 13、14 歲時從埃及旅遊回來,對科學產生興趣。帕波獲頒諾貝爾獎後受訪提到,可惜媽媽已經去世,無法與她分享榮耀。移民異國討生活的單親媽媽,能夠養育出得到諾貝爾獎的兒子,也可謂偉大成就。

人類演化的議題弘大淵博,但是究其根本,依然要回歸到一代一代的傳承。每個人都無比渺小,卻也是全人類中的一份子,親身參與其中。諾貝爾生理或醫學獎 2022 年的頒獎選擇,乍看突兀,仔細思索卻頗有深意。帕波的研究也許很不生理或醫學,卻再度強化諾貝爾奬設立的精神:「獎勵替人類做出卓越貢獻的人」。

  • 帕波得獎後接受電話訪問:

延伸閱讀

參考資料

  1. Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
  2. Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
  3. Geneticist who unmasked lives of ancient humans wins medicine Nobel
  4. Ancient DNA pioneer Svante Pääbo wins Nobel Prize in Physiology or Medicine
  5. Nature 論文蒐集「Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022
  6. Estonian descendant Svante Pääbo awarded Nobel prize

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

所有討論 1
寒波_96
178 篇文章 ・ 704 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。