史前漫记
首发于史前漫记
大新闻!丹尼索瓦人长啥样知道了!

大新闻!丹尼索瓦人长啥样知道了!

丹尼索瓦人,一类神秘的古人类,可以和我们进行基因交流的近亲,2008年人类首次发现了丹尼索瓦人的化石,是一块小拇指的指骨,也许当时科学家们会觉得以后也会发现先丹尼索瓦人完整的骨骼吧,但在此之后的11年内,出土的丹尼索瓦人化石寥寥无几,已报道的化石只有三颗单独出土的牙齿、一块残缺的下颌骨以及一些不知道是属于腿还是胳膊的骨骼碎片,想要像其他古生物一样依靠骨骼来重建他们的样貌简直是天方夜谭。

但是幸运地是,从第一块丹尼索瓦人化石发现开始,我们就在另一个方向上产生了巨大的突破——古DNA领域,其实丹尼索瓦人本身也是通过古DNA研究确定的。几乎每块丹尼索瓦人化石中都提取出了古DNA,除了我国甘肃夏河发现的下颌骨化石,但研究人员依然在其中找到了古蛋白质,并通过古蛋白质确定了这块化石属于丹尼索瓦人。

好,现在我们知道,我们只有很少的丹尼索瓦人化石,但是我们有几乎完整的丹尼索瓦人基因序列,想要恢复丹尼索瓦人的样貌可不可以依靠他们的遗传物质呢?

我的想法:

以前我也想过这个问题,但感觉很难办,也有过一些邪恶的想法,比如按照丹尼索瓦人的基因序列对一个人类细胞核中的遗传物质进行基因编辑,然后放入一个取出核的细胞中,激活它让它拥有胚胎一样发育成个体的能力,然后再移植到一个代孕妈妈的体内,最后生出一个丹尼索瓦人宝宝,把他养大我们就知道丹尼索瓦人长什么样子了。先不说这个想法的可行性和难度,单从道德伦理上讲就是不可取的。

要不然我们开发出强大的软件,把一个人的DNA信息输入进去就可以计算出这个人的样貌,毕竟我们的样貌是取决于我们的骨骼、肌肉以及其他软组织的特征,而这些组织的生长很大一部分都是基因决定的,当然后天环境也有影响,但是遗传信息决定的这一部分能不能算出来呢?好像人类目前还没有相关的技术,如果这种技术很廉价的话,只要提取到犯罪分子的DNA我们是不是就可以算出犯罪分子的样貌了。如果有这种技术,警察肯定会很高兴。

复原方法:

但是总有科学家可以另辟蹊径,想到大部分人想不到的方法。人类的DNA上存在着很普遍的DNA甲基化现象,大家可能多少都听说过DNA的甲基化。甲基化可以在不改变DNA序列的情况下做到对DNA表达的调控,控制基因表达从而控制形状,并且甲基化是可以遗传的,表观遗传学最典型的例子就是甲基化,环境会影响DNA的甲基化,包括生殖细胞的DNA,通过生殖细胞父母可以把环境对于它们的影响遗传给下一代。

那DNA甲基化和丹尼索瓦人的样貌又有什么关系呢?在2014年,以色列耶路撒冷希伯来大学的David Gokhman博士与他的同事构建了尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA甲基化图谱,并与现代人进行了比较,发现这两类古人类大约有2000个甲基化区域与现代人存在差异。有些区域可能会和人体的某些疾病有关,但同时也会影响人类骨骼的形态。其实我们骨骼的形态可能并不仅仅取决于基因序列,基因的甲基化调控也会对骨骼形态产生影响。如果研究出一些甲基化区域究竟能对骨骼产生怎样的影响,并将这种模型应用于丹尼索瓦人的甲基化图谱上,我们就可以大致了解丹尼索瓦人的骨骼特征,从而知道他们的样貌。

于是在多年的研究中,Gokhman和他的同事对这些甲基化差异区域所蕴含的遗传信息进行了研究,但是他们考察的是另一类数据库。首先,甲基化区域的基因发生突变也导致某些遗传疾病,或者遗传异常,当然这种异常是和基因突变本身相关的,他们考察了基因突变导致人类身体变化的数据库,这种身体变化包括骨骼的变化,而这种方法最核心的观点是:由DNA甲基化引起的基因表达减少的影响大致类似于基因突变引起的疾病的影响

这次研究的思路,图片来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419309547?via%3Dihub#undfig1

这把大家明白了吧,其实你想要知道基因甲基化到底产生什么影响,还是要看甲基化的基因本身的突变造成的影响,尤其是对骨骼结构造成的影响。现在我们知道丹尼索瓦人、尼安德特人以及现代人DNA甲基化区域的差异,也知道了这些区域的基因可能会对解剖结构有什么样的影响,看来重建丹尼索瓦人样貌的重任很快就要大功告成了!

验证:

且慢!我们怎么知道我们重建的结果是不是正确的?肯定要先检测啊,但问题是我们本来就没有丹尼索瓦人的骨骼,我们拿什么检测。于是Gokhman等人先将这种方法用于重建尼安德特人以及黑猩猩的骨骼解剖结构,对于这两种生物的解剖结构我们有大量的数据,结果发现,在预测这两种生物的骨骼形态上,85%的甲基化特征重建准确预测了解剖学特征,但是要注意,这种预测是定性的,不是定量的,比如你可以预测股骨相对于现代健康人是偏长还是偏短,但是你无法预测是长了2mm还是短了1mm,对于这种解剖学差异趋势上的研究,准确率达到85%,其中对尼安德特人进行了33个特征的预测,29个都是准确的。

之后,Gokhman等人开始将这种方法用于重建丹尼索瓦人的解剖学特征,并最终总结出了56处丹尼索瓦人和现代人与尼安德特人在解剖学上的不同之处,其中34处在头骨上,也是最关键的样貌复原上。

就在文章处于审稿的阶段,今年5月我国科学家在Nature上发表了在甘肃省夏河县发现的丹尼索瓦人下颌骨的化石碎片,于是Gokhman等人将他们的预测成果与这块化石进行对比,发现其中与这块化石解剖结构相关的4个特征预测有3个都是准确的。但本月另一篇关于丹尼索瓦人解剖学的文章描述了丹尼索瓦人一节完整的指骨化石,发现它的形态和现代人的指骨形态更像,比较细长,而不像尼安德特人那样粗大,但这次预测丹尼索瓦人的手指应该和尼安德特人类似,偏粗一些。

对于其他已知的解剖学特征,比如丹尼索瓦人特有的巨大的臼齿,这次预测无法直接给出相对应的结论,但是这次预测认为丹尼索瓦人会拥有相对比较长的牙弓,而这个特征可能与大臼齿是相对应的,不过这次预测丹尼索瓦人相比于现代人有更厚的牙釉质,但实际上化石并没有体现出这一点。还有一块未发表的丹尼索瓦人的部分头骨化石,显示出了丹尼索瓦人具有扁平而宽阔的头盖骨,这次预测结果在这项预测上也是准确的。

具体解剖特征:

总而言之,基于现有的化石材料来看,这篇研究对于丹尼索瓦人骨骼解剖结构的预测基本是准确的,那么丹尼索瓦人和现代人以及尼安德特人究竟有什么不同呢?下面这张图便对丹尼索瓦人与人类和尼安德特人的解剖学不同之处加以说明:

丹尼索瓦人与现代人和尼安德特人的不同之处,图片翻译自:https://www.nationalgeographic.com/science/2019/09/dna-reveals-first-look-enigmatic-human-relative/
文章中的英文原版,MH代表和现代人之间的区别,N代表和尼安德特人之间的区别,头骨特征区别,图片来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419309547?via%3Dihub#undfig1
文章中的英文原版,MH代表和现代人之间的区别,N代表和尼安德特人之间的区别,颅后骨骼特征区别,图片来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419309547?via%3Dihub#undfig1

总体上看,丹尼索瓦人和尼安德特人的样貌更接近一些,其实过去的DNA研究也确实证明了这一点,丹尼索瓦人和尼安德特人的关系更近。他们和尼安德特人有许多相似的且不同于智人的特征,包括粗壮的颌部、更平的头盖骨、更低的前额、更宽的骨盆、更粗的手指以及更大的胸腔,但丹尼索瓦人也有其独特的不同于尼安德特人和智人的特征,比如牙弓很大(这与它们具有巨大的臼齿这一特征相符)、顶骨间距更大。

关于许昌人:

其实这篇研究还有一个隐藏的大新闻,关于我们国家的古人类化石—许昌人。在许昌人的文章与2017年发表之后,国外有专家认为,许昌人可能是丹尼索瓦人,但是这篇文章没有进行古DNA研究,而且也没有其他的丹尼索瓦人头骨予以比较。这次对丹尼索瓦人头骨形态的预测中,有8个可以在许昌人头骨化石中体现的特征7个与此次预测的特征相吻合,最主要的一个就是顶骨的宽度较大,这是丹尼索瓦人独有的特征,也在许昌人化石中发现,这说明该许昌人很有可能就是丹尼索瓦人,这也让人们进一步猜想,其他的中国的古人类化石,会不会也存在是丹尼索人化石的可能性。

许昌人头骨顶面观及其与直立人、早期现代人对比,图片来源:http://www.ivpp.ac.cn/xwdt/kyjz/201811/t20181103_5155493.html

存在问题:

当然,这项研究也不是没有问题,关于甲基化和解剖表型之间的相关关系,还需要更进一步的研究。人类也需要发现更多的丹尼索人化石,来验证这项研究的正确性。最后还是要强调,这项研究给出的解剖特征都是趋向性的,就是偏大还是偏小,偏长还是偏短,而不是量化的,所以我们只能大概知道解剖特征的情况,这和从化石获得的直接的解剖学数据还是没法比的。

使用化石:

此次研究所采用的遗传数据来自人们发现的第一块丹尼索瓦人化石,是一块属于丹尼索瓦人青少年女性的小拇指指骨化石,距3-5万年。

本次研究使用的遗传数据化石来源,图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Denisovan#/media/File:Denisova_Phalanx_distalis.jpg

艺术创作:

最后让我们来欣赏一下艺术家对丹尼索瓦人进行的艺术创作吧:

丹尼索瓦人少女肖像图,图片来源:https://www.nature.com/articles/d41586-019-02820-0
正面肖像图,图片来源:https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/211253.php?from=441121
雕塑,图片来源:https://tribune.com.pk/story/2060444/3-scientists-reconstruct-skeleton-elusive-prehistoric-human/
雕塑侧面,图片来源:https://tribune.com.pk/story/2060444/3-scientists-reconstruct-skeleton-elusive-prehistoric-human/

相关新闻:

科学网-科学家用DNA数据为丹尼索瓦人画像news.sciencenet.cn图标https://www.nature.com/articles/d41586-019-02820-0www.nature.com
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/thuo-llh091919.phpwww.eurekalert.org
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/cp-fga091219.phpwww.eurekalert.org
Scientists Recreate the Face of a Denisovan Using DNAwww.smithsonianmag.com图标https://gizmodo.com/facial-reconstruction-shows-what-the-enigmatic-denisova-1838248831gizmodo.com
https://www.nationalgeographic.com/science/2019/09/dna-reveals-first-look-enigmatic-human-relative/www.nationalgeographic.com
Meet the Denisovans: High-tech gene analysis finally gives ancient humans a facewww.timesofisrael.com图标

文章标题:Reconstructing Denisovan Anatomy Using DNA Methylation Maps(使用DNA甲基化图谱重建丹尼索瓦人的解剖特征)

文章链接:sciencedirect.com/scien

编辑于 2019-09-21

文章被以下专栏收录