付巧妹，古遺傳學家，中科院古脊椎所古DNA實驗室主任。
2016年《自然》雜誌曾評價她“幫助重寫了歐洲最早的現代人類的曆史，並希望用古人類遺骸的DNA改寫亞洲的史前史”。
現在在南方和北方生活的人群，他們的遺傳成分是不一樣的。我就很好奇，他們的這種差異和分化，是從什麽時候開始的呢？這種差異和分化與我們文明的發展又有什麽聯係？
所以我們把時間追溯到過去的中國南北方人群，首次開展了時間跨度最大的、係統性的古基因組研究。
大家好，我叫付巧妹，很榮幸來到一席。以前我講的比較多的，是歐亞大陸上萬年以前的早期現代人，今天我會聚焦東亞，向大家介紹我們近幾年的一些研究。可能相對前麵幾位講者，我的研究會比較難懂，我會盡力講好，如果有講得不好的地方，請大家多多諒解。
人類演化中有許多未解之謎。在 Science 雜誌創刊125周年的時候，他們曾經公布了125個最具挑戰性的科學問題，其中有幾個就與人類演化有關。比如：
我們所研究的古DNA領域，就試圖去回答這樣的問題。通過古DNA，通過古代生物的遺骸或者遺跡中殘存的極其微量的DNA片段，我們可以直接研究過去人群的遺傳信息，獲取以往研究無法獲取的重要信息。
已有研究告訴我們，在過去，現代人的祖先曾經與不同的已滅絕的古人類共存過。所以古DNA研究最關注的就是兩個問題：
大家可能對我說的“滅絕古人類”和“現代人”沒有太多概念。
滅絕古人類，顧名思義，現在已經沒有後代了，他的體質特征跟我們現代人是不一樣的，比如尼安德特人平均顱容量大於現代人，眉脊明顯，額頭平扁；他們的骨骼強健，四肢粗短，手和腳也比較大。大概12萬年前開始，他們生活在歐洲、亞洲西部、非洲北部，在約三萬年前消失了。
而現代人的祖先，早期現代人，也可以稱為解剖學意義上的現代人，與我們現在生活著的現代人，在體質特征上已經沒有明顯的區別了。他們早在20萬年前就已經出現。
在他們共存的時間裏，滅絕古人類跟早期現代人是如何互動的，甚至他們之間是不是有過互動？這些問題其實一直有很多爭議，直到2010年前後我們才有了一些答案。
2010年，通過人類古基因組的證據我們了解到，非洲以外大多數現代人的基因，至少1%至4%源自尼安德特人，也就是說歐亞大陸上的現代人群都受到他們基因的影響。
2014年，我主要主導研究的從西伯利亞西部發現的、約4.5萬年前的人類化石中，獲取到了目前最古老的現代人基因組序列。確定了早在4.5萬年前，這個現代人個體的祖先就和尼安德特人存在過基因交流，而且估算交流的時間大概發生在距今5萬年到6萬年前。
隨後更多的研究顯示，滅絕古人類跟我們現代人發生了不止一次混血，而且更有意思的是，反過來我們現代人對尼安德特人也有基因上的影響。
在2018年的時候科學家還發現了一個母親是尼安德特人，父親是丹尼索瓦人的混血兒。
這些研究讓我們對現代人的演化有了更多了解。不過，不知道大家有沒有發現，過去的這些研究，主要是針對歐洲和北亞人群。事實上到2017年為止，有關東亞的、尤其是有關中國的人類古基因組研究是非常非常匱乏的。我當時的夢想，就是希望能夠了解我們東亞自己的事情。所以我這幾年的研究主要聚焦在東亞。
首先要向大家介紹的，就是我們關於田園洞人的研究。大家可能對山頂洞人會更熟悉，田園洞人其實和山頂洞人一樣，都是在北京房山地區發現的。但他們存在的時間比山頂洞人還要早，大概在4萬年前左右。
田園洞人和山頂洞人都是早期現代人，因為曆史的原因，山頂洞人相關的頭骨材料遺失了，所以更顯得田園洞人骨骼材料的珍貴。我們從田園洞人的腿骨上提取到了目前為止東亞最古老的人類基因組，而且它也是我們中國第一例人類古基因組。
其實早在2003年，田園洞洞穴地層中就已經發現了化石，但直到2017年我們才獲得了基因組，為什麽獲得古DNA會這麽難呢？
首先我想讓大家了解一下古DNA是什麽。古DNA沒有一個絕對的定義，骨骼、土壤……隻要能承載遺傳信息，都可以成為我們研究的對象。
上世紀80年代起，其實就已經有古DNA相關的研究，比如說人們在琥珀、在恐龍蛋中都發現了遺傳物質，但到後來發現這些遺傳物質實際上都來源於汙染。
為什麽會這樣？這與古DNA的特點有關。古DNA跟“新鮮”的DNA非常不一樣，它摻雜了大量微生物的DNA等等汙染，屬於這個個體本身的DNA非常少，有時候甚至是沒有。
對於古DNA研究而言，我們需要找到的是屬於這個個體的內源DNA，所以即使是觸摸樣品這樣簡單的舉動，都會對結果產生非常大的影響，甚至導致整個研究的失敗。因為你獲得的，有可能都是來自於這些摸過化石的人的DNA，而不是屬於這個樣品本身的。
所以這也就是為什麽，古DNA在過去很長時間裏，一直都很難被用來研究人類的演化。直到過去十年以來，技術才開始有了突破。我就非常有幸和同事共同開發了一種新的技術，像“釣魚”一樣，即使在一些微生物汙染非常嚴重的情況下，我們也可以提取捕獲微量的內源古DNA。
怎麽“釣魚”呢？我們用現代人的DNA，做了一個像吸鐵石一樣的引子，這個引子可以將僅占0.03%的人類DNA，從大量來自土壤微生物的DNA中吸附、富集並“釣取”出來。
通過這種方法，最終我們成功提取了4萬年前田園洞人的基因組。這個技術在全世界的影響可以說是非常大的，因為我們就能夠用這種方法，去研究一些過去很難獲得古DNA的樣品，從而擴大研究對象的範圍。
那麽田園洞人的基因組到底告訴了我們些什麽呢？田園洞在北京房山，大家可能覺得，那他肯定是一個東亞人。但事實上，要搞清楚這個問題是非常不容易的，因為他不一定留下了後代，不一定是我們遺傳意義上認為的東亞人。
這張樹狀圖可以看出田園洞人與不同地區人群的遺傳關係。通過很多研究，我們明確看到田園洞已經是遺傳意義上的東亞人了。但這個研究沒有結束，我們發現了一個特別有意思的現象：他們和古歐洲人群，甚至與美洲原住民人群之間存在不尋常的聯係。
你可以看到，就在歐洲這個區域，跳出來了一個紅色樣品，它屬於距今三萬五千年的比利時的一個個體。神奇的是，這個個體相對於別的歐洲人而言，跟田園洞人遺傳關係更近。
這說明了什麽？說明早期歐洲人和亞洲人，遺傳上並不是簡單決然地分開的，他們之間存在一種聯係。而且這種聯係，是因為更古老的人群間接地對他們共同產生了影響，他們體內都殘存著來自於古老人群的成分，把他們聯係起來。
更有意思的是，我們可以在樹狀圖中看到，田園洞人相關人群不僅是東亞人、美洲原住民共同的祖先，而且相對於別的地區的美洲原住民而言，竟然與亞馬遜地區的原住民在遺傳關係上距離更近。
這意味著什麽呢？這種不均等的特殊聯係說明，在東亞史前時期，人群的遷移交流是非常複雜的，這也讓我們更加迫切地想要研究中國不同時期和不同區域的人群的多樣性。這個研究在當時被 Science 雜誌認為“填補了東亞非常重要的地理和時間尺度上的巨大空白”。
還有個有趣的現象，那就是田園洞人雖然生活在現在的北京地區，但是相對東亞南方人群而言，他並沒有跟北方人群顯現出更近的遺傳聯係。這說明田園洞人處於東亞南北方人群分離之前，是古老的東亞人群。
我們現在知道，東亞南北方人群有很多差異，比如生活習慣上的差異。我是南方人，我還記得我剛上大學的時候，去了北方，第一次吃豆腐腦就很詫異，怎麽會沒有糖，怎麽隻吃這種鹹豆腐腦？
那麽除了外在的差異，南北方人在遺傳上有沒有差異呢？帶著這個問題，我們開始把研究聚焦在南北方人群。但這個“南北方”可能和大家想象的有所不同。
我們現在常說的南北方人，經過不斷遷徙融合，很難選出具有代表性的研究對象，所以我們選擇的是長期定居在南北方的少數民族人群，以他們的基因作為一個參照，比如北方的達斡爾族、赫哲族、錫伯族、蒙古族和南方的阿美族、泰雅族、布農族、傣族。他們流動相對少，相對而言更具有代表性。
圖中可以看到，現在在南方和北方生活的人群，他們的遺傳成分是不一樣的。我就很好奇，他們的這種差異和分化，是從什麽時候開始的呢？這種差異和分化與我們文明的發展又有什麽聯係？
所以我們把時間追溯到過去的中國南北方人群，首次開展了時間跨度最大的、係統性的古基因組研究。今天就與大家分享其中幾個有意思的發現。
其實從2012年開始，我就一直有做這個研究的設想，到2014年的時候，我們已經做出了幾個關鍵樣品的基因組，也得到了一些很重要的結論。但當時我很糾結一點，就是其中一個基因組是不是能夠真正代表南方。
這個基因組來自亮島，它是離福州很近的一個島嶼。讓我最糾結的原因就在於，島嶼是一個非常特殊的環境，島嶼上的人群和鄰近的大陸人群可能也會存在很大差異。
比如印度安達曼群島上生活著一個現代人群，叫翁奇人，他們過著狩獵采集的生活，人口隻有不到100人。由於地理的隔離，他們與印度半島大陸上的其他人群遺傳差異很大。所以亮島島嶼上的人群有可能無法代表典型的南方大陸人群。因此我很希望通過我們的努力，能夠獲得更具代表性的南方大陸人群基因組。
這個花的時間就非常長了，我們花了四到五年的時間才真正地做出了南方人群的古DNA。為什麽會這樣？第一個原因剛剛也提到過，就是樣品中常常有大量微生物DNA的汙染，讓你很難獲得這個個體的內源DNA。
另外一點就是，南方地區潮濕炎熱的氣候和酸性的土壤環境，非常不利於樣品和樣品中DNA的保存，人類DNA容易被高度甚至完全降解。在這種情況下獲得基因組的難度是非常大的。
2014到2018年的這四年裏，我們付出了非常多的努力，深入南方30多個遺址采集了257例古代人類樣本，目前為止已經獲得了18個南方個體的基因組。
這些基因組非常珍貴，最早的屬於新石器早期，時間跨度非常大。整個研究的樣品分布在北方的山東、內蒙古，南方的福建及臨近島嶼等11個遺址，包括了25個9500年到4200年前和一個300年前個體的基因組。
這些基因組到底告訴了我們哪些信息呢？通過對比古南北方人群的基因組，我們發現，早在9500年以前，南方人群和北方人群就已經出現分化。
我們馬上就會想提出第二個問題，與今天的現代人相比，南北方人群差異是更大了，還是更小了？我們發現，古南北方人群的差異，遠比現今南北方人群的差異要大。這說明什麽？說明近萬年以來，南北方人群其實是在不斷融合的。
而且這個融合發生的時間遠比大家想象的早。通過研究可以看到，大概在8000多年前，在北方山東人群的基因組中，就已經發現了古南方人群的成分；同樣地，在8000多年前的南方人群基因組中，也發現了北方人群的信號。
這說明至少在8000多年前開始，甚至在更早的時候開始，南方人和北方人就已經有互動了。而且很有意思的是，直到4000多年前，這種互動仍然存在，這種影響依然是雙向的。
緊接著我們就又提了一個問題：雖然南北方人群互相有影響，但這種互動和影響是均等的嗎？南方人群對北方人群影響更大，還是相反呢？通過研究我們發現，在9500多年到7500多年前，在這個階段可以明顯地看到，古南方人群主導著南方，古北方人群主導著北方，直到4000多年前的時候也基本如此。
但有意思的是，當我們觀察現在的現代人基因組，會發現，古南方人群成分在我們基因組中的比例下降非常多，可以說，在現在的東亞內陸人群的基因組中，古北方人群成分是占據主導的。
所以我們可以推測，南北古人群雖然一直在交融和互相影響，但在新石器時期之後，可能出現了大量黃河流域人群向南遷徙的現象。這構成了現在中國南北方人群的基本框架。
這個研究有什麽意義呢？它既是對華夏文明本身的溯源，也反映了一個非常有意思的現象，就是東亞與歐洲同一時期的人類演化曆程是截然不同的。
同樣在大概9000多年前，近東的農業進入歐洲，對當地人群的生活方式產生了很大的影響，人們逐漸從狩獵采集的生活轉向農耕生活。
在這裏可以看到三個人群，狩獵采集者、早期農耕者以及現代歐洲人。通過比較可以看到，當地人群的基因組成分發生了變化。屬於狩獵采集者的綠色特征占比變少，而屬於農耕者的紅色特征占比逐漸增大，這說明，農業帶來的不光是技術的傳播，還帶來了新的人群的進入。
在這裏就要提出一個重要的問題了：農耕人群的進入是取代了當地人，還是與當地人進行了融合？在研究人類演化的時候，取代還是融合，始終是一個非常重要的問題。
通過研究我們發現，對於狩獵采集人群來說，他們的數量並沒有出現一個急劇下降的過程，同時，在外來的農耕人群中，出現了早期人口的膨脹。這說明新的人群與本地人群之間，並不是取代關係，而是一個同化的過程。
所以我們可以說，在約9000年前農業出現以來，歐洲人群不斷受到近東農業人群，以及受到歐亞草原人群等外來群體的大換血。外來人群一直在重構歐洲人群遺傳信息，對現今的歐洲人產生了重要的影響。
而在中國，南北方人群雖然早在9500年前就已經分化了，但南、北方同期人群的演化基本是連續的，沒有明顯受到大量外來人群的影響，遷徙互動主要發生在東亞區域內的各種人群之間。
還有一個有意思的現象。最開始的時候我有提到，我們研究中現在的南北方人主要指少數民族。那中國各個地區的漢族人的遺傳成分是什麽樣的呢？我們發現，現在大部分漢族人群所攜帶的東亞古南北方人群成分的混合比例基本相似，這也是晚期人群不斷融合的結果。
所以南北古人群的基因組研究，展現了南北古人群遷移和融合的過程，也告訴了我們中國人群與歐洲人群截然不同的演化曆程。除此以外，它明確了非常重要的一個信息，就是南島語係人群的起源地。
可能有些人對南島語係不是太了解。南島語係是現在世界上唯一主要分布在島嶼上的一個語係，包括大概1300種語言。南島語係人群就是指使用這些語言的人群，他們主要生活在太平洋島嶼，在南方大陸沒有分布。
過去，現代遺傳學和考古學對南島語係人群的起源進行了很多研究，但是一直沒有定論。有人認為南島語係人群是在台灣島起源的，因為有一些語言和遺傳上的證據，但還有些人認為，他們是在南方大陸起源的。
長期以來，這些爭議一直都存在，從來沒有一個確鑿的證據能讓所有人信服。今年，我們的研究對此得到了一個突破性的進展。我們做出了幾個非常關鍵的基因組，一個是在福建發現的8000多年前的奇和洞人基因組，和4000多年前同樣在福建生活的人群的基因組。
這張圖可能大家不一定能完全看明白，但它非常明確地展示了他們基因之間的聯係：不管是早期還是晚期的南方人群，他們跟太平洋島嶼上的典型的南島語係人群的基因是“聚”在一起的，也就是說他們是直接相關的。
奇和洞人的基因信息起到了非常關鍵性的作用，因為他的基因組告訴我們，比起現在分布在內陸的南方人群（例如:傣族），福建奇和洞人與分布在台灣島的阿美族具有更強的遺傳聯係。
所以通過我們的研究，我們確認南島語係人群起源於以中國南方福建及其毗鄰地區為代表的人群，而且它的時間至少可以追溯到8400年前。
如果我們把這些研究成果放在更廣闊的視角上，可以觀察到這樣一個現象，北方對南方有影響，南方古人群受到後期北方的壓力後，繼續向更南遷徙擴散到太平洋島嶼上，例如向瓦努阿圖等更南的地方遷徙。
所以整體看上去，就是從北向南，從南向更南，這樣的一個遷徙、演變的過程。當然我們還是可以在這張圖上看到反向的趨勢，但主體大方向還是剛剛說的這種情況。
這些研究還給了我們一個很重要的信息，就是它修正了“東亞南方人群的層次”。
這是今天最後一個知識點了，還是有點難的，如果我沒有講好的話，希望各位能諒解，但是我盡量努力。
學術上針對東亞和東南亞人群的演化有一個“兩層假說”。這個假說認為，距今5000年以前，中國東南沿海生活著一群古老的亞洲人，但他們與現代的東亞人沒有明顯聯係，並不是我們的祖先。他們被稱為“第一層”。
在這個假說中，“第二層”人群隨著農業的擴張取代了“第一層”狩獵采集人群。
我剛剛提到的南方奇和洞人和亮島人，因為頭骨特征被歸入了“第一層”， 如果按照這個理論的話，他們應該在遺傳上跟現代東亞人，也就是跟“第二層”沒有聯係。但古DNA證據告訴我們，這有可能是錯誤的。
他們與現今東亞人群、南島語係人群都有著直接而且延續的遺傳關係。所以這種“兩層假說”在中國南方，尤其在福建這個區域，可能是要修正的。
還有一個有意思的現象。我們發現在東南亞的沿海地區，比如，越南4000多年前的人群跟福建同時期的古人群有遺傳上的聯係。而在日本，2700年前的繩紋文化個體，跟西伯利亞沿海地區、福建南方這些古人群也有遺傳上的聯係。
這反映出，海洋不但沒有對人群造成隔離，反而很有可能是當時的一個非常重要的通道，促進了沿海區域人群之間的互動和基因交流。
我們的研究其實包含了非常多不同學科之間的合作和努力，比如考古學、遺傳學，還有生物信息學、人類學等等不同學科的。所以非常感謝這裏列出的考古單位，是他們讓我們的這些研究成為可能，所以我在這裏想感謝一下我們的合作者，讓我們的研究能夠更加夯實地去了解我們是誰，我們從哪裏來。
今天的講座隻是一個開端，我希望我們未來對東亞人的演化能有更多的了解。謝謝大家。
