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实验室里的付巧妹  付巧妹供图

撰文 | 赵永新

付巧妹,2022年诺贝尔生理医学奖得主斯万特·帕博“最出色的学生之一”。1983年12月生于江西,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任、博士生导师。

我第一次知道付巧妹,是在2016年6月。当时,她入选国际知名学术期刊《自然》杂志评选的“中国十大科学之星”,理由是:帮助重写了欧洲最早的现代人类的历史,并希望用古人类遗骸的DNA改写亚洲的史前史。

此后几年,有关她的新闻不断进入我的视野:

2016年年底,她领衔完成的一项研究成果入选“2016年度中国古生物学十大进展”。

2017年5月,她与刘颖等7名中国青年科学家一起,入选第二届美国霍华德·休斯医学研究所(英文简称HHMI)“国际青年科学家奖”。第一届入选的7名中国科学家中,还有颜宁、邵峰、张宏、王晓晨等青年学术明星。

付巧妹是典型的江西妹子,身材纤巧,长发披肩,酒窝带笑,语调温柔,散发着南方女孩的清纯、灵秀;脚上那双又厚又硬的运动鞋和手里捧的超大号塑料水杯,透露出同龄女性少有的爽利、大气。

付巧妹做的科研工作,是用古DNA技术揭示现代人类特别是东亚人的演化谜团,古老、神秘而又现代;作为三个孩子的母亲,她在工作与家庭、研究与休闲之间的平衡术,令人佩服;而她一波三折、步步惊心的求学经历,更让人感佩。

1、一战成名

作为科学界公认的权威学术期刊,《自然》杂志每年都会评选当年的“年度十大科学事件”。在该杂志评选的“2014年度十大科学事件”中,付巧妹领衔的关于“古DNA解密现代人起源”的研究榜上有名,并被视为“有理由庆贺”的学术成果之一。

迄今为止,中国入选《自然》杂志“年度十大科学事件”的科研成果屈指可数。付巧妹获得这一殊荣时,刚到而立之年,而她牵头开展这项研究时,还不满29岁。

2013年2月,付巧妹顺利取得德国马克斯·普朗克进化人类学研究所(以下简称“马普进化人类学研究所”)的生物学博士学位。刚做博士不久,她就被导师斯万特·帕博(Svante Pbo)委任为负责人,牵头攻关一个充满挑战的重点课题——研究一根4.5万年前的西伯利亚人类股骨。通常,如此重要的项目只会让年资很深的实验室主任主持。

这根被命名为“Ust’-Ishim”的人类股骨,是科学价值难以估量的奇珍异宝。不知道它在西伯利亚河的岸边沉睡了多久,后来它被一个寻找象牙的艺术家偶然发现之后,就一直被当作艺术品收藏。后经科学家测定,这是一根生活在距今大约4.5万年前的早期现代人的股骨,这根股骨的主人是在非洲和中亚之外所发现的最早有直接测年的早期现代人。

与导师、同学在尼安特人骨架模型前留影,付巧妹供图

在平常人眼里,这不过是一根平淡无奇、毫无用处的朽骨,但在充满好奇心的付巧妹看来,这可是求之不得的宝贝,一定隐藏着许多不为人知的秘密!

“有意思!”付巧妹两眼放光,全身的细胞都为之激动。

兴奋之后是冷静。在此之前,付巧妹主要关注已经灭绝的古人类,而现在要研究第一个全基因组的早期现代人,其思路和方法都大不相同。初生牛犊不怕虎,付巧妹首先通过估算划定所需的数据,提出要研究的关键问题,制定相应的解决方法;然后,她带领大家一步步深入挖掘……经过十几个月的不懈努力,团队终于得到了这个个体的线粒体、Y染色体及核DNA,并在现代人研究领域的两大关键问题上取得了重要突破。

这项工作在国际学术界引发极大关注,付巧妹也因此一战成名。

2、年轻的掌门

2014年2月,在马普进化人类学研究所演化遗传系做完博士后研究,付巧妹又转到美国哈佛大学医学院,研究人类遗传学。

2015年年底,她从美国哈佛大学医学院回国,成为中科院古脊椎动物与古人类研究所新成立的古DNA实验室主任。当时,她刚刚32岁,是该研究所最年轻的实验室掌门之一。

其实,这个古DNA实验室的成立可谓“蓄谋已久”。付巧妹在国外留学时,就利用回国探亲的机会,帮忙筹划这个实验室。说起回国的原因,她觉得非常简单,自己就没想待在国外。

付巧妹在美国做博士后时,付巧妹供图

已在利用古DNA技术研究欧洲古人类与早期现代人演化方面颇有建树的付巧妹,开始把研究的视野转向亚洲。在这个领域,亚洲人特别是东亚人的研究几乎还是一片空白。这位年轻的掌门雄心勃勃,希望在东亚的土地上,还原亚洲人特别是东亚人的演化历史,进而填补人类演化史上的学术空白。

什么是古DNA技术?付巧妹解释说,在这一技术出现之前,人类演化研究的方法主要有两种:一是体质人类学方法,即运用CT扫描技术、3D激光扫描技术、几何形态测量技术等高科技手段,对古代人类头骨、牙齿等进行信息采集与分析,研究人类群体的体质特征和形态结构的演变与发展;二是利用现代人的DNA反推古代人类的演化。

“这两种方法都有一定的局限性。”她指出,第一种方法的观察测量对人骨样本的完整性要求很高,且停留在形态学层面;第二种方法,由于在人类演化的过程中,许多群体消失了,他们的DNA没能遗传延续下来,因此用现代人的DNA信息就无法捕捉消失的群体的信息。

20世纪80年代,古DNA技术在国外应运而生。所谓古DNA技术,就是通过现代分子生物学的手段,提取和分析保存在古代人类和动植物遗骸中的古DNA分子,用来研究人类起源与迁徙路线、人类遗骸的性别鉴定等内容。该技术解决了许多传统手段无法解决的科学问题,被誉为打开古代生命奥秘的钥匙。

得益于新一代基因测序和大数据分析等技术的快速发展,古DNA技术从20世纪90年代开始大放异彩。它不仅能分析个体的DNA信息,还可以研究全球许多群体的演化;除了能研究年代更为久远的古人类,也可以研究十几万年以来的现代人的演化。

不过在国内,用古DNA技术研究人类演化还是名副其实的新兴学科,许多人闻所未闻。此外,它也是名副其实的交叉学科,离不开考古、生物信息、群体遗传、数据挖掘等多方面技术的协同。既新且杂,无疑为搭建实验室、开展研究增添了许多困难。国内高校没有这个本科专业,招的研究生都要从零开始,由于涉及的学科多,各方人手既要分工明确又要相互合作。此外,除了经常与国内考古学、人类学、医学等领域的团队打交道,古DNA实验室还与马普进化人类学研究所、哈佛大学医学院等国际团队保持密切联系。对于年轻的付巧妹来说,这不能不说是一个巨大的挑战。

3、平均年龄33岁的梦之队

付巧妹最不怕的就是挑战。回国以后,她一边组建团队、培养学生,一边潜心耕耘、开疆拓土。从2016年开始,她带领的团队几乎每年都会在《自然》《科学》《美国院士学报》《当代生物学》等国际知名学术期刊上发表重要文章,不断刷新人们对自身历史的认知,研究的触角也从人类延伸到狗、大熊猫等动物身上。

2016年,付巧妹团队与马普进化人类学研究所合作,首次将亚洲人群纳入人类起源和演化历史的研究版图。他们通过有效提取短DNA片段技术和大量DNA实验,分析研究了51个末次冰期距今7万年至4.5万年欧亚人类个体的基因组数据,翔实绘制出冰河时代欧亚人群的遗传谱图。在《自然》杂志发表的这一成果,因“首次在时空大框架下展示出旧石器时代晚期的人群动态遗传历史”,被评为“2016年度中国古生物学十大进展”之一。

2017年,研究团队对田园洞人个体进行DNA测序,完成了中国地区乃至整个东亚最古老人类的第一个全基因组测序。研究结果表明,田园洞人属古东亚人,且与比利时的一种西欧亚古人类存在遗传联系,为东亚史前人群的多样性研究提供了线索。该研究成果在《当代生物学》发表,《科学新闻》认为该基因组填补了东亚在地理和时间尺度上的空白。

2018年,付巧妹团队从2.2万年前的大熊猫化石中提取、捕获了一个完整的线粒体,并对其基因组进行了测序。这是迄今为止进行基因组测序的最古老的大熊猫,为科学家准确还原大熊猫的进化历史提供了重要的科学依据。

2020年1月,他们与中科院昆明动物研究所等国内机构合作,获得了中国古代家犬的线粒体全基因组。进一步的研究显示,这种A2单倍型家犬可能曾广泛分布于长江、黄河流域并占据主导地位,后期扩散到中国南方、东南亚、新几内亚、澳大利亚及太平洋的岛屿上。

同年3月,付巧妹团队通过大规模提取、分析新石器时代以来67例青藏高原不同海拔区域人群的线粒体基因组,发现5200年前青藏高原人群和现今西藏人群之间有较近的母系遗传联系,并揭示出青铜器时代自低海拔至高海拔区域的人群流动。

同年5月,付巧妹团队在《科学》发表论文,首次正式发表东亚,尤其是中国南、北方人群规模性、系统性的史前基因组研究。该工作证明了中国史前人群的南北分化格局、内部融合过程、迁徙扩散模式及人群的主体连续性,并展示了南岛语系人群的中国南方起源及迁徙流动在亚洲沿海人群史前史中所起的重要作用。

这项历时8年之久的工作,填补了东方尤其是中国史前人类遗传、演化、适应方面的重要信息,为解答中国人“我是谁?”“我从哪里来?”等问题提供了有趣的答案。诸如,早在9500年前,我国的南、北方人群就已经分化;至少在8000年前,南北人群融合与文化交流的进程就已开始,4800年前出现强化趋势;最早的南岛语系人群源于与我国南方的福建及其毗邻地区的相关人群,并且这一时间可以明确追溯到8400年前……

因此,审稿专家对这项研究给予高度评价:研究提供了非常珍贵的基因组数据,其代表的时间和区域,是前所未有而又必不可少的。

2020年5月14日,在中科院和国家文物局联合举行的重大科学发现与研究成果发布会上,时任中科院院长白春礼专门发来贺信:这项成果对于“探索中国史前人群的迁徙历史、遗传格局及内部融合过程,对于明确现今主要生活在中国台湾及太平洋岛屿等地的南岛语系人群的祖先来源,具有重大的科学价值和社会意义”。

至此,以东亚人演化为主干、伴生动物演化为旁支的亚洲遗传图谱变得逐渐清晰。在全球人类的演化拼图上,亚洲特别是东亚板块日益鲜亮。

田园洞人生活场景想象图,付巧妹供图

这支成立4年多的团队,平均年龄仅33岁左右,堪称人类演化研究国际赛道上后来居上的中国“梦之队”。在现代人起源与演化研究领域,中国也因为这支快速崛起的“梦之队”,从跟跑者、并行者,大步跨入领跑者的方阵。

4、“过鬼门关”

付巧妹并不是一直顺风顺水,她也经历过至暗时刻。研二的时候,付巧妹得到了一个去马普进化人类学研究所考察的机会。

马普进化人类学研究所在德国的东部城市莱比锡。冬去春来,付巧妹第一次走出国门,来到异国考察。确切地说,是接受考察,“过鬼门关”。

“过鬼门关”的说法,是她到所后从师哥、师姐那里听到的。在她之前和之后,都有被淘汰、遣返的学生,中国的、韩国的、德国的都有。有的学生在那里苦熬了一年,结果还是被刷掉了。

对马普进化人类学研究所有了更多了解之后,付巧妹明白了,他们如此残酷地刷人,倒不是因为残忍,这里的学术思维跟国内不太一样,他们的想法是:如果你不适合这个工作或领域,就应该及早抽身,大家都不要浪费时间。

最大的挑战是专业。去德国之前,付巧妹认为古DNA应该还是和骨骼打交道,去了以后才知道,远不是那么回事。这个技术在国际上是新兴的顶尖科学,是从残存的考古遗迹提取出DNA,分析、研究人类的演化历史。它纯粹属于人类遗传学,与她之前的专业差了十万八千里。

“我当时觉得自己特别差!”那段时间,称得上是付巧妹人生的至暗时刻:“实验室每周五开组会,研讨项目,交流进展,碰撞思想,他们讲的我根本听不懂。刚去的那两个月,每周五的组会我都会感到崩溃。”

好在付巧妹不仅抗压能力超强,而且自学能力也超强。星期五的组会听不懂,周末她就一个人在办公室“过电影”。白天的活儿做不完,到晚上接着干。而且,让付巧妹窃喜的是,她在大学期间学的计算机、高数知识,现在都派上用场了!

原来,用古DNA技术研究人类演化是典型的交叉学科,既需要古人类学知识,更离不开基因测序等新兴技术。于是,付巧妹一边恶补人类演化知识的短板,一边偷偷地鼓捣起基因测序等生物信息技术。

“你为什么要做这些老师没有提到的事?”一次,当直接带她的师兄、导师斯万特·帕博的博士后偶然发现付巧妹在电脑上做生物信息分析时,忍不住问她。

“是我做错了吗?”付巧妹怯生生地说。

“不是你做错了,是我很好奇,你不是学考古的吗,怎么还会计算机编程?”师兄问道。

“我大学学的是文理交叉学科文物保护技术专业,学过一些这方面的内容,而且很感兴趣。”付巧妹这才松了口气。

这里不能不提她的导师斯万特·帕博。导师给付巧妹留下的突出印象有两点:一是学术严谨,另一个就是对学生要求高。“要达到他的要求是不容易的。”付巧妹告诉我,他不是简简单单地教你怎么做,而是要你自己动脑、动手,做到他所希望的。

直到现在,付巧妹都记得后来成为马普进化人类学研究所所长的师兄对她说的一句话:“只要能在斯万特·帕博的实验室得到他的认可,以后做任何东西都没有问题。”

“这个学生很聪明,而且自学能力超强,思考的问题也很深!” 到第四个月的时候,导师和师兄就已经很认可她了。

付巧妹顺利过了考察关,留下读博士。跟她同时进去的另外两个来自其他国家的同学,则远没有她顺利。

在马普进化人类学研究所的经历,不仅为付巧妹确立了此后的研究方向,更培养了她严谨细致的工作作风和正确的科学理念。 

在马普进化人类学研究所攻读博士和做博士后期间,付巧妹不仅和他人合作做了几个已经灭绝的古人类的研究项目,还牵头完成了4.5万年前西伯利亚早期现代人个体的研究,一下子声名鹊起。

导师斯万特·帕博这样评价自己的爱徒:付巧妹是我们招收过的最出色的学生之一。

5、三个孩子的妈妈

看到这里,许多人会以为,付巧妹肯定是个一心扑在工作上、顾不上家庭和生活的“女汉子”。事实并非如此,她有三个孩子。在她成为实验室主任前后,三个可爱的孩子相继出生。

一边带团队,一边带孩子,许多人都觉得不可思议。付巧妹讲了一个小插曲:某个周末,她和她朋友一起带着孩子去游乐园玩,朋友的老公开车送她们,两个人便闲聊起来。他也是中科院系统的,得知付巧妹是中科院古脊椎动物与古人类研究所的,就问她,你认识你们所的付巧妹吗?

付巧妹笑了:“我就是啊。”

那位爸爸瞪大了眼睛,满脸惊讶:“付巧妹也带孩子啊!”

讲完这个小插曲,付巧妹很是感激:“多亏有家里的老人,他们都非常支持我的工作,帮着看孩子。”

但是,老人毕竟不能代替妈妈,特别是已上幼儿园的大女儿,更需要妈妈的陪伴。

当然,付巧妹是人不是神,一天的时间也只有24小时,如何在搞好科研的同时照顾好孩子?

她自有妙招。比如,早起晚睡。她一般6点起床,晚上哄孩子睡觉后继续工作,一般要干到十一二点。再比如,随时随地办公。不管是火车上、飞机上,还是开会的间隙,付巧妹打开笔记本电脑就会进入工作状态。对她而言,哪儿都是办公室。

在付巧妹看来,家庭和工作非但不矛盾,还能与孩子一起成长。“尽管孩子还小,但经常会问一些很有逻辑的问题,而且有些问题会让你觉得,这还不简简单单是好奇心的问题,他们探究世界时的很多问题和角度,足以引发大人去思考。”在她看来,培养孩子的过程,也是自己思考的过程。

在德国攀岩,付巧妹供图

6、累与享受

“你现在都是博士后了,怎么还这么累?”在快结束美国哈佛大学医学院博士后工作的时候,她妈妈专程从江西老家赶到那里,照顾即将生孩子的女儿。看到付巧妹周末也不休息,下了班还要自己做饭、收拾,妈妈又是心疼又是埋怨:“早知道这样,还不如当年直接当老师算了,工作不忙,生活也挺舒服!”

更让妈妈不解的是,女儿回国当了实验室主任,反而比以前更忙、更累了。尽管认为女儿的工作最重要,自己愿意全力支持,但当妈妈的有时候还是忍不住唠叨:“人家都是先苦后甜,你怎么越上一个台阶越辛苦呢!”

是啊,科学研究是一个非常特殊的工种,其中的苦与乐,不光上了年纪的父母觉得不可思议,恐怕许多同龄人也很难理解。

“人生每个阶段的困难都不一样,到现在也是一样。之所以愿意这样努力,这样专注,是因为对做的事情感兴趣。如果是做感兴趣的事情就很容易专注,不感兴趣可能就不那样了。”付巧妹说,“做科研最吸引我的,就是探索未知。在这个过程中做一些事,包括计算什么的,都让我感觉很快乐。当然,在得不到答案的时候也很痛苦。总体来说,我还是享受这种过程的。”

她坦陈,做科研是挺苦的,但自己没觉得苦。“我们是想还原人类演化的过程,搞清楚这个过程中发生了什么,也就是我们的祖先一路是怎么走过来,走到到今天的。”说到这里,付巧妹又激动起来,“我的工作跟任何其他科学一样,有太多的未知。人类演化的这个过程并不是我们此前想象或认为的那样,有很多事是我们想不到的。这些事情就发生在过去的人身上,是人类祖先的故事,而我们作为他们的后代,弄清这些事情就能知道我们自己是怎么来的,想想这个过程就很让人兴奋。”

当然,要想还原人类祖先的演化、变迁历史,绝非易事。付巧妹说,人类的基因一代一代演化下来,并不像我们每个人的家谱,那么连续、清晰、一脉相承,因为这涉及气候、环境、生存、文化等各方面的压力,这些压力迫使祖先们必须找到能生存下去的环境,这就需要不停地迁徙。这个过程中的每一天、每一年甚至每几十年,乃至几百、几千年,都会有很多变化,可能有某个人群消失,或者是某个人群被大换血,等等。其中,有太多的未知数。

“有一些人会觉得不理解,你做的这些东西这么难,为何还要费这么大功夫去做?它跟国民经济、民生福利有啥关系啊?”说到这里,付巧妹有些无奈:“其实人不光有吃、喝、拉、撒的物质需求,很多情况下还有对自身的追寻,这是精神上的追求。”

她举了一个例子:大家都知道欧洲人是白皮肤、蓝眼睛,但实际上欧洲人并不是大家通常所认为的那样一开始就是白皮肤、蓝眼睛。他们团队在2016年的研究工作中发现,1.4万年以后的欧洲人才出现蓝色的眼睛,之前他们的眼睛是深色的。“1.4万年之后,虽然他们已拥有蓝色的眼睛,但皮肤依然是深色的,淡色皮肤出现的时间比蓝眼睛还要晚。”

“当然,你不知道这些也不会对你的生活有多大影响。但是,当你第一次知道真相时,是不是会觉得很惊讶、很神奇?这种精神上的愉悦,是不是也是一种幸福?”

7、性格决定选择

有句名言几乎妇孺皆知:性格决定命运。对此,付巧妹有自己的理解——性格决定的不是命运,而是选择。

说到选择,这位“80后”真没少折腾:师范毕业分配工作后重读高中,高三转学,高考选填志愿,放弃保研,考硕士换专业,上了硕士又换专业……

回顾自己的求学之路,付巧妹得出这样的结论:其实每一种选择都意味着有两种可能性,可能成功,也可能失败,并不是说哪个方向一定就会成功。但只要遵从自己的内心去做出选择,全力以赴了就不会后悔。

“其实事情没有绝对的对与错。”付巧妹说,好多事情不要想那么多、算那么多。“算那么多、想那么多也没用,把最坏的情况想好,做好想做的事情,就行了。”

“可能有的朋友为了保险起见,去选一条最稳的路,但是这个所谓的’稳’,最后也不见得是让自己开心的事情。”

她特别喜欢的座右铭是:天行健,君子以自强不息。

在付巧妹看来,这句话最能体现一个人努力去做自己想做的事情,同时愿意承受这个过程中的艰辛。“很多时候不要太在意别人的看法,或者认为当下哪个是最值得的。不要让这种想法限制住自己,要自强不息,去做自己喜欢的事。”

“当然,也不能盲目追求。”付巧妹的观点是,“要自己喜欢,还能让自己愉悦。就像我们见面之前,我在电脑上做一些自己感兴趣的事情,哪怕这个东西很难、很琐碎。在我这个阶段,我还是愿意花很多时间去接受比较难攻克的挑战。”

 

注:本文摘自《人民日报》高级记者赵永新新作《与女科学家面对面:成为你自己》,有删节。

本书以敏锐的视角、生动的照片、细腻的笔触讲述了以颜宁为代表的七位70后、80后、90后“科学女神”成长、求学、科研、家庭生活等普通而多彩、平实而励志、执着而个性的人生故事,展现出新一代女科学家内心最真实的情感。

无论是70后辛晓平、汤楠、陈婷、颜宁,80后付巧妹、黄芊芊,还是90后万蕊雪,都在她们各自的研究领域独树一帜,堪称同龄人中的佼佼者。

正如中国科学院院士王志珍所说,本书展示了七位70后、80后、90后中国杰出女科学家的有趣又自在、艰苦耕耘又快乐丰收的多彩斑斓生活。她们和我们一样:出生在普通家庭,甚至是落后贫穷地区;起跑在同一条线上,甚至是落后的起跑者;养儿育女,甚至有多个孩子。不过她们可能比我们:对未知世界更多一份探索的兴趣,对解决问题更多一份执着的坚持,对实现梦想更多一份自信自强。这是一本对不同年龄段的女孩子,还有男孩子,特别是中国望子成龙望女成凤的父母亲们,太值得读的好书。“成为你自己”是最正确的教育之路,最符合人性的成长之路,最有效的攀登之路。

 

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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