不用觀落陰，DNA帶你重回人類大歷史現場 - 泛科學

生命逝去，但DNA 還在DNA 是生物代代相傳的遺傳物質，藉由定序、比較DNA 序列，遺傳學家能夠獲取 ... 古代DNA 的研究歷史，本身就是一部科技發展史。

000文字分享友善列印000人體解析生命奧祕遠古生物不用觀落陰，DNA帶你重回人類大歷史現場——古代DNA追追追（上）寒波・2017/12/04・3158字・閱讀時間約6分鐘・SR值563・九年級＋追蹤生命逝去，但DNA還在DNA是生物代代相傳的遺傳物質，藉由定序、比較DNA序列，遺傳學家能夠獲取大筆訊息。

絕大多數DNA研究的樣本來自活跳跳的生物，可是古代DNA（ancientDNA），卻是由死去多時的遺骸，甚至是幾萬、幾十萬年前的化石或沉積物中，取得研究材料。

古代DNA是近來發展最迅速，取得成果最豐富的學術領域之一。

如帕波（SvantePääbo）所言：「除了非常聰明的人之外，重大突破幾乎都伴隨重大的科技進展。

」古代DNA的研究歷史，本身就是一部科技發展史。

延伸閱讀：《尼安德塔人：尋找失落的基因組》-科學界30年第一手內幕揭秘帕波在1980年代初期，是瑞典一位鑽研免疫學的博士學生，在學習當年最先進的分子生物學之餘，仍保有對神秘古埃及的熱愛，於是異想天開的試圖結合兩者——取得埃及木乃伊的DNA，沒想到還真的讓他成功了。

他把成果正式發表後，成為史上最早研究人類古代DNA的論文，隨後帕波正式轉行，開創了古代DNA此一全新學門。

[1]從1985年到現在，30多年來，生物學研究的方法不斷進步。

帕波1985年發表論文時，PCR仍尚未發明，要靠培養細菌大量複製DNA；接下來有了PCR，讓實驗方便、加速許多，帕波也靠著PCR，率先取得尼安德塔人的粒線體DNA。

[2]非常聰明的帕波。

圖／取自wiki從PCR到次世代定序PCR的全名是聚合酶連鎖反應（polymerasechainreaction），無疑是劃時代的偉大發明，只要針對特定目標設計引子，就能抓到DNA片段，大量複製，接著加以定序，造福無數生物研究者。

然而，即使證實可以用PCR取得古代DNA，它一次只能定序幾百個核苷酸，要重現多達30億個核苷酸，如尼安德塔人基因組這般的龐然大物，PCR實在力有未逮。

假如每次幾百、幾百的定序，30億數量雖大，精衛填海也不是不可能。

問題是，古代DNA的樣本來源有限，假如想定序古埃及法老圖坦卡門的基因組，只能從他的木乃伊取樣，可是DNA定序會摧毀樣本，難道為了得知圖坦卡門的基因組，要將如此珍貴的古文物毀滅嗎？圖坦卡門黃金面具。

圖／取自wiki至於尼安德塔人的遺骸，儘管不能說少，卻也是幾萬年前的寶貴化石，限量是很殘酷的。

何況生物去世後，DNA就會開始分解、破壞，所以很多古代樣本中，其實早已沒有DNA留存。

另一方面，古代樣本被現代DNA汙染的問題，PCR也不太容易處理。

要是沒有次世代定序（nextgenerationsequencing，簡稱NGS），不可能發展基因體學，也不會有如此豐收的古代DNA研究成果。

次世代定序大致上，會將樣本內的DNA斷成小段，然後將符合標準的一網打盡，通通定序，再拼湊回完整的基因組。

對於古代DNA而言，由於其年久失修，本來就會斷成小片段，因此十分適合次世代定序。

修改自：RyanSomma@Flickr帕波為了取得尼安德塔基因組，引進當時最先進的次世代定序技術，順利克服古代DNA樣本稀缺，以及容易汙染兩大問題，終於在2010年，發表了第一個尼安德塔人的基因組。

[3]沒有古代DNA，你不可能會知道的人類大歷史尼安德塔人於約4萬年前消失之前，大部份住在歐洲，至少延續40萬年之久。

他們與智人的祖先有過混血嗎？尼安德塔基因組告訴我們，不但歐洲人有，而且非洲以外的人通通都有！不只如此，2010年除了尼安德塔人以外，帕波戰隊還發表另一個古代基因組：來自西伯利亞南方的丹尼索瓦洞穴，樣本是一位小蘿莉的一塊小指骨頭，根本看不出型態，可是其中卻蘊藏著她極為完整的基因組。

令人大驚的是，她不是智人，也不是尼安德塔人，是一種沒見過的全新古人類，因此以其發現地點，被稱為丹尼索瓦人。

尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人，與胡瑟裂谷人四者，細胞核DNA間的親緣關係，與估計的分化年代。

圖／改編自〈NuclearDNAsequencesfromtheMiddlePleistoceneSimadelosHuesoshominins〉過往所有古人類，像是直立人、北京人、澎湖原人，都是先找到化石，再描述型態，最後定義是什麼人；丹尼索瓦人卻是史上第一個，以DNA得知、定義的全新型號（不過沒有正式命名新種）。

這反映古代DNA這門領域已經成熟，果然之後幾年，新發現源源不絕。

延伸閱讀：丹尼索瓦人（上）：尼安德塔人的神秘近親後來又有一位住在丹尼索瓦洞穴的尼安德塔人，其基因組被完整定序[4]；而克羅埃西亞的文迪亞洞穴，此一提供過第一版尼安德塔基因組的遺址，也再度貢獻另一個高品質尼安德塔基因組[5]。

比較古人類的DNA序列，讓我們建構出大家的遺傳史：尼安德塔人與丹尼索瓦人比較親近，兩者於40多萬年前分家；而智人與他們的共同祖先，生活在55到77萬年前。

文迪亞與丹尼索瓦洞穴的位置。

圖／改編自TheGeopoliticalRealitiesofEurasia智人，重新定義除了分家的年代以外，多次上演的遺傳交流也讓人感到有趣。

如今非洲族群以外，每個人的基因組都有約2%源自尼安德塔人（以及丹尼索瓦人），表示我們的祖先曾經與尼安德塔人發生關係，融入過他們的遺傳物質。

然而這樣的狀況顯然不只發生過一兩次，目前看來不同的人類族群間，曾經多次發生類似的情慾流動；而我們已知的，仍然十分有限。

已知的古人類間情慾流動事件。

圖／取自〈Evidencemountsforinterbreedingbonanzainancienthumanspecies〉假如我們與尼安德塔人、丹尼索瓦人是不同物種，那麼彼此之間能夠混血，似乎動搖了傳統「生物種（biologicalspecies）」的定義：「同一種生物，能夠一起生育具備繼續生殖能力的後代，不同種之間不行」。

值得重視的是，近年來基因體學普及後，發現所謂的「跨物種遺傳交流」並非特例，這些新的資訊有什麼意義，我們對生命世界的認知該如何改變，都需要新的想法，有關議題仍在發展。

延伸閱讀：克羅馬儂人是什麼人？尼安德塔人跟智人是不是同種？另一方面，幾萬年前發生的遠古混血，對於智人各族群歷年來的演化，甚至時至幾萬年後的今日，仍在許多方面影響著現代人。

最有名的例子，莫過於青藏高原的族群，配備源自丹尼索瓦人的基因EPAS1，有助其適應高海拔。

另外像是膚色、髮色、心理狀態、免疫反應等等特徵，已經滅亡幾萬年的古人類，遺留的遺傳訊息仍持續發揮實質影響力[6]。

相關研究方興未艾，而這些事情，假如沒有古代DNA、古代基因組，都不可能得知。

古代DNA，就像凍結在時空中的切片一般，讓我們能夠重回特定的歷史現場。

除了滅絕多時的尼安德塔人、丹尼索瓦人，更多古代DNA的研究對象，其實是我們智人自己。

ToBeContinued……下集這裡走：啊~追著你的人、追著你從哪來、追著你的發展歷史——古代DNA追追追（下）延伸閱讀：古埃及與古代DNA（上）一場美麗的錯誤想重現侏儸紀公園？先征服古代DNA的種種難題！我們都有尼安德塔人的血統，但你知道你有多尼安德塔嗎？滅亡萬年的尼安德塔人，他們的DNA對現代人有哪些影響？參考文獻：Pääbo,S.(1985).MolecularcloningofancientEgyptianmummyDNA.nature,314(6012),644-645.Krings,M.,Stone,A.,Schmitz,R.W.,Krainitzki,H.,Stoneking,M.,&Pääbo,S.(1997).NeandertalDNAsequencesandtheoriginofmodernhumans.Cell,90(1),19-30.Green,R.E.,Krause,J.,Briggs,A.W.,Maricic,T.,Stenzel,U.,Kircher,M.,…&Hansen,N.F.(2010).AdraftsequenceoftheNeandertalgenome.Science,328(5979),710-722.Prüfer,K.,Racimo,F.,Patterson,N.,Jay,F.,Sankararaman,S.,Sawyer,S.,…&Li,H.(2014).ThecompletegenomesequenceofaNeanderthalfromtheAltaiMountains.Nature,505(7481),43-49.Prüfer,K.,deFilippo,C.,Grote,S.,Mafessoni,F.,Korlević,P.,Hajdinjak,M.,…&Reher,D.(2017).Ahigh-coverageNeandertalgenomefromVindijaCaveinCroatia.Science,eaao1887.Dannemann,M.,&Kelso,J.(2017).TheContributionofNeanderthalstoPhenotypicVariationinModernHumans.TheAmericanJournalofHumanGenetics,101(4),578-589.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。

 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？德國紅點大獎—兩顆球對準，讓磁鐵相互吸引，觸發開關點亮燈！帶你看見看不見的世界，科學實驗室EP.4—史上最小顯微鏡！25的16%是多少？帶你一起更靈活思考！FinTech持續發燒，玩出Baas金融生態圈！夢想覺醒！探索自我潛能、打造夢想藍圖！相關標籤：丹尼索瓦人人類演化古代DNA古埃及圖坦卡門基因體學尼安德塔人智人木乃伊次世代定序熱門標籤：量子電腦BNT疫苗珊瑚諾貝爾獎前列腺文章難易度剛好太難所有討論 0登入與大家一起討論寒波152篇文章・ 373位粉絲＋追蹤生命科學碩士、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》。

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揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

圖／科技魅癮提供基因定序對人類生命健康的意義在歷史上，DNA解碼從1953年的華生（JamesWatson）與克里克（FrancisCrick）兩位科學家確立DNA的雙螺旋結構，闡述DNA是以4個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了2003年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。

原本這項計畫預計在2005年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量DNA跟RNA的結構單位，但無法排序；直到1977年，科學家桑格（FrederickSanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓DNA形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。

為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將DNA打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。

不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前NGS並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。

又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。

再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。

圖／科技魅癮提供建立屬於臺灣華人的基因庫每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自2012年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwanbiobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。

而2018年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了20萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過99％是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。

這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有21.2％的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％的人有藥物過敏的基因標誌。

這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。

對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。

科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

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