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【中国科学报】老树新枝 卓尔不凡
2020-06-08 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

中国科学院生物演化与环境卓越创新中心召开座谈会

作者:胡珉琦  来源:中国科学报  发布时间:2020/6/6

  5月15日,《科学》在线发表中科院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称古脊椎所)付巧妹课题组的研究论文《古基因组揭示中国南北方人群迁移与混合历史》,该课题组经过大量的古DNA实验与研究,取得有关中国、东亚古人群遗传特点、基因交流与人群迁徙融合的重大突破,这是中国科学院生物演化与环境卓越创新中心(以下简称卓越中心)取得的又一重大原创性成果。 

  继2018年“尼阿底石器揭示最早西藏人”成果后,中科院院长白春礼再次批示“古基因组揭示中国南北方人群迁移与混合历史”成果,“是一项重要科学发现,是贯彻落实习近平总书记对中国科学院‘三个面向、四个率先’和建院70周年贺信指示精神,在基础前沿领域取得的重要进展”“是实施战略性先导科技专项取得的重大突破”。

  最近,卓越中心专门组织召开了一场学习交流会。来自中国科学院前沿科学与教育局地球科学处、古脊椎所、中科院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)、中科院地质与地球物理研究所的70余人参加了此次会议。

  八年磨一剑 

  近年来,与东亚毗邻的东南亚、西伯利亚等地的古代人类遗传演化研究已取得很多成果。但迄今为止,东亚,尤其是中国南北方分别作为稻作和粟作农业的起源中心,史前人类基因组的相关信息所知甚少。

  为解决这一问题,付巧妹组建了一个非常庞大的研究队伍。她的团队与十几家博物馆、高校合作,共同开发的具有关键作用的古DNA技术,成功捕获测序中国北方山东、内蒙古及南方福建、毗邻亮岛和锁港等地11个遗址25个9500~4200年前的个体和1个300年前个体的基因组。

  研究最终揭开了有关中国南北方古代人群格局及迁移与混合这一重大学术问题上的若干谜团,首次以规模性、系统性分子生物学研究将中国史前人群古基因组直接呈现给学术界和社会大众,填补中国南北方人群基因组系统性研究的空白。

  这项研究工作自2012年起开始筹备,历时8年,才终于取得重大突破。付巧妹解释,一个重要原因是获取理想的南方大陆样品太不容易。中国南方炎热潮湿的气候非常不利于骨骼的保存,因而来自南方的样本材料不仅稀少,而且微生物DNA污染严重,人类的DNA常常被高度甚至完全降解,这让相关实验和研究难上加难。

  突破的关键在于,团队开发、完善了古DNA捕获技术、新一代古DNA片段提取技术、新型单链文库建立方法等古DNA实验技术与方法。

  这些年,付巧妹的团队广泛开展了古代人类及其伴生物种的基因测序工作,不断丰富古DNA数据库,并通过建立具国际水平的古DNA自动化实验平台和专业的跨学科研究团队,用生物信息学与群体遗传学等分析方法深入探索欧亚现代人起源、迁徙路径、演化过程、环境适应及与古人类基因交流等方面的重要科学问题。

  古脊椎所研究员朱敏认为,这也为亟待创新发展的古人类学研究赢得了一个重焕生机的机会。

  多学科、多技术“共舞” 

  古生物学是一门非常古老的学科,过去普遍认为,它的研究方法和手段更新,相比其他学科较为缓慢。但是,经典不意味着固守传统,止步不前。古脊椎所副所长徐星表示,十几年来,古脊椎所一直在探索一种更有生命力的发展策略。

  古生物学本身具有交叉融合的特点,而在当前的演化生物学领域,古今结合、宏观与微观结合已形成了一股新的研究潮流。在传统的生物地层学、形态学、比较解剖学以及系统发育学的基础上,融入了动物学、发育生物学、组织学、生理学、分子系统学、地球化学等多学科研究领域。

  2017年9月,以古脊椎所和南古所为共同依托单位的“生物演化与环境卓越创新中心”正式批准筹建。卓越中心在筹建过程中就延续了这样的定位,围绕古生物学、地层学和古环境学研究前沿交叉领域,让不同学科因聚合而迸发出巨大的创新活力。

  去年1月,古脊椎所、南古所、中科院广州地球化学研究所、中国地质大学(北京)和卓越创新中心在浙江长兴联合举办了国家自然科学基金委员会-中国科学院重大项目2018年度联合学术交流会议,吸引了十多所高校和来自中科院十余个科研院所的260多位专家学者参加,这次会议就是为了推动学科深度交叉和融合,凝练重大科学问题。

  除此之外,朱敏提到,演化生物学发展也越来越依赖各种新型技术的应用。古生物大型数据库的建立、生物测量与统计分析方法和高新技术手段等在古生物学研究逐步得到了推广应用,如电子显微镜、高精度CT扫描、同步辐射X射线三维成像、拉曼光谱分析、有限元分析、计算机模拟和仿真、微量元素分析、高通量测序、古DNA分析、演化生物学大数据计算、光释光测年、稳定同位素测试等,可以采集海量的信息并快速处理,使得大范围、大纵深时间尺度的研究成为可能。

  卓越中心的平台为软硬件条件的提升提供了重要支撑。徐星认为,正是有了这些高新技术的加持,为学科发展拓展了许多新的研究方向,包括数字形态学、体质人类学、分子古生物学等,也让演化生物学实现了过去不可能实现的跨越式发展。

  翻涌的“后浪” 

  卓越中心的目标是要建成古生物学、地层学与古环境演化研究领域国际公认的学术高地,实现科学卓越。

  两年筹备期,卓越中心取得了一批国际公认的重大原创成果,比如在恐龙演化、龟类起源、寒武纪大爆发前动物演化、螯肢类动物起源、恐龙羽毛分子演化、人类最早在高海拔青藏高原腹地活动、渐新世-中新世之交青藏高原构造-岩浆活动转型、全新世东亚季风与人类活动关系、华北倒数第二次冰消期的时间和结构特征、白垩纪哺乳动物演化等方面的重要进展。

  这些具有重大国际影响的原创性成果的产出,与卓越中心汇集了国内最具创新活力的一批古生物学、地层学、古环境学领域的优秀人才息息相关。

  卓越中心科研团队最初的建设目标,就是要培养和拥有在国际本领域具有引领作用的著名科学家和战略科学家,在国内外学术界具有较大影响力的学术带头人。吸纳海内外优秀人才加盟,培养多名优秀的青年领军人才。目前,卓越中心拥有核心骨干34人、骨干33人、青年骨干52人。

  “80后”付巧妹的古DNA团队现有20余名成员,他们的平均年龄仅有30岁。在恐龙演化、哺乳动物演化方向的多项成果也是由同样年轻的科研人员领衔。“后浪们”以蓬勃的朝气拥抱着国际最前沿和重大科学问题,令“前浪们‘满心欢喜。

  人才是巩固卓越中心在国际、国内同行机构中优势地位的关键要素。“但我们必须承认,目前国内在人才储备力量上是有限的,因此,必须坚持吸纳全球的优秀同行参与其中,形成强大的人才队伍规模效应,才能打造真正的人才高地。”徐星说道。

  “尽管目前我们正面临错综复杂的国际环境,无论存在多大的困难挑战,仍然要坚定不移的保持国际合作,特别是要加大海外高端人才引进的力度。”

  牢基础 求卓越 

  中科院对四类机构改革曾提出要求,应该实现依托单位之间的深层次合作。参会的科研人员也都表示,应该结合兄弟单位的地层学优势及地球化学优势,从项目设计到仪器平台,彻底打通合作渠道,心向一处聚、力往一处使,让卓越中心真正成为一个一体化的研究平台。

  古脊椎所所长邓涛指出,乘着中科院“率先行动”计划研究所分类改革的东风,卓越中心在发展过程中必须保持改革的初心,始终定位于科学前沿,聚焦重大科学问题,为未来几年乃至更长时间内产出重大原创成果打好基础。

  在朱敏看来,打基础就是要完成“栽树”的使命。在很长一段时间内,古生物大数据积累和数据挖掘,就可能成为为年轻人创新创造条件的奠基性工作。

  中科院前沿科学与教育局地球科学处处长段晓男在谈到卓越中心未来发展的要求时指出,首先必须紧紧把握科技政策变化和形势要求,时刻保持在忧患意识中努力向前的发展态势;其次,要敢于尝试解决科学难题,用不怕失败的科学精神去啃硬骨头;此外,要提前谋划布局做好中长期发展规划,加强顶层设计。

  他希望中心全体成员能以“重大任务的载体、重大成果的发源地、杰出人才聚集地、体制改革试验田”为目标,以激励评价体系、机制体制改革为抓手,锐意进取创新,攻坚克难,加强交叉与融合,加快推动中心建设发展。

 

 
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