人为什么没有尾巴？这个项目用10年解密生命奥秘（组图）

近期，第五届“科学探索奖”获奖名单正式揭晓，48位青年科学家榜上有名。在生命科学领域的5位获奖人中，有一个名字格外引人注意——张国捷。

今年6月，我国科学家发起并主导的“灵长类基因组计划”取得阶段性突破。《科学》杂志以专刊形式发表8篇该计划的研究成果论文，同时该项目有另外3篇论文在《科学进展》和《自然-生态演化》杂志同步发表。项目发起人之一，正是浙江大学生命演化研究中心的教授张国捷。

《科学》专刊封面。

我们为什么要研究灵长类？有哪些新的发现？这些成果对于人类有何意义？带着这些问题，库叔专访了张国捷。

文 | 谢芳 瞭望智库

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科研工作中最需要勇气的地方

灵长目是哺乳动物中种类最丰富的类群之一，包括16科82属520余种，目前依然有新物种不断被发现。由于独特的系统发育位置，以及形态、行为和生理功能的多样性，灵长类动物是研究人类起源和演化、复杂性状创新和重塑、疾病发生机理的天然动物模型。

【注：系统发育也称系统发展，是与个体发育相对而言的，指某一个类群的形成和发展过程。】

基于此背景，2018年，浙江大学生命演化研究中心张国捷团队和中国科学院昆明动物研究所（以下简称昆明动物所）吴东东团队共同牵头，发起了“灵长类基因组计划”，西北大学生命科学学院齐晓光团队、云南大学生命科学学院于黎团队等国内团队，以及来自西班牙、美国、丹麦、德国的国际团队纷纷加入，结成研究联盟。

张国捷在标本库，身边标本为红毛猩猩骨架。

谈及联盟的聚合，张国捷回忆到，“大家愿意一起合作，是因为都对灵长类演化史感兴趣，都希望通过比较基因组学来揭示灵长类演化历史和复杂性状的演变机制，这里面有非常多重要的问题需要回答。”每个课题组根据研究方向，对联盟共同产生的数据进行不同角度的分析，解答自己感兴趣的问题。

2018年至今，这个国际联盟努力克服新冠疫情的影响，在全球范围内进行样品采集工作，新产生了来自11个科26个属27个灵长类物种的高质量参考基因组，同时整合已公布的23个灵长类物种参考基因组，开展了迄今为止规模最大、物种最全的灵长类比较基因组学研究。

值得关注的是，联盟遵循基因组学领域的共识，积极对外共享数据资源。正如张国捷所说，科研工作中最需要勇气的地方，是“愿意把数据和成果尽早共享出来，推动不同研究方向的人共同来挖掘它们”，“这不仅可以促进整个学科领域的发展，通过交叉合作，最终也能带动自己研究方向的发展”。从国家经费使用和管理的角度来看，对同行共享数据也非常必要，可以充分挖掘数据的潜在价值，也避免不同课题组重复工作采集相同的数据。

事实上，这些数据确实在“灵长类基因组计划”之外发挥着作用。

张国捷介绍，新冠疫情刚开始时，大家很关注病毒会感染哪些物种。有国外团队根据“灵长类基因组计划”共享数据，展开了新冠病毒的受体蛋白在不同灵长类物种中的进化过程研究，相关成果发表在国际期刊《美国灵长类学报》。

中国科学院上海免疫与感染研究所崔杰课题组，则在研究古老的病毒序列起源问题时，使用灵长类物种的共享数据，分析不同的古老病毒在何时插入灵长类宿主的基因组序列中。这有助于我们了解，人类基因组中8%的古代病毒序列从何而来。

借助共享数据，联盟之外的科研团队产生了如此多的研究成果，联盟自身产出成果的丰富程度，可以想见。

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保护、开发、利用

“灵长类基因组计划”的目标，是用10年时间分三期完成地球上已知520多种灵长类动物的基因测序工作，绘制灵长类基因组图谱，破译遗传信息。这是一项规模宏大、跨国跨学科的科学探索工程，日前在《科学》等国际期刊上发表的论文，是其第一期成果汇总。

*灵长类动物的祖先从何而来。

张国捷团队、吴东东团队和齐晓光团队重构了灵长类动物基因组的多样性特征和演化历史，解析了灵长类动物大脑、体型、骨骼、感官、食性等复杂性状演化的遗传基础。这有助于我们了解，人类为何拥有灵长类动物中最大的脑容量和折叠程度最为复杂的大脑皮层？猿类和人为什么会失去尾巴？

此外，研究人员推算出灵长动物各主要类群的演化时间，并推断所有灵长类的最近共同祖先出现在大约6829万到6495万年前。这个时间距离6550万年前的白垩纪末期大灭绝事件非常近，意味着灵长类动物的演化可能受到了物种大灭绝事件的影响。

灵长目物种演化树。

*寒冷让亚洲叶猴更“团结”。

亚洲叶猴为什么会像人类社会一样，具有家庭、家族、氏族等不同组织层次的重层社会？齐晓光团队采用多学科交叉方法，通过基因组学、生态学、古气候学、古地理学、化石记录等，发现寒冷可能促进了亚洲叶猴祖先的代谢与神经系统的重塑。这不仅提高了它们的抚育能力，还加强了社群个体间的凝聚力，为其更大、更稳定的社会提供了生理基础。

张国捷毫不吝啬对于这项研究的夸奖，形容它是“非常漂亮的工作”，该研究从分子机制和生态驱动力角度为动物社会的演化给出了很好的解释，是“迄今为止关于动物社会演化最全面的研究”。

*杂交而来的新物种。

两个物种之间杂交，在不改变染色体倍性的情况下可以形成第三个物种，即杂交成种。这在植物中很常见，但在通常的认知中，几乎从未在哺乳动物类群里被发现过。

于黎团队通过基因组分析重建了金丝猴的演化过程，发现黔金丝猴是杂交成种：在大约187万年前，川金丝猴与滇金丝猴/怒江金丝猴的共同祖先之间曾发生过杂交事件，产生了黔金丝猴新物种。这也解释了黔金丝猴独特的嵌合状毛发的来源——其头部与肩膀等处的毛发是金色（源于浑身金色毛发的川金丝猴），身体其他部位是深色（源于滇金丝猴/怒江金丝猴）。这是杂交成种现象在灵长类动物中首次发现。

黔金丝猴杂交成种过程的示意图。

吴东东团队、张国捷团队则发现，食蟹猴类可能源自古老的杂交事件，即由狮尾猴的祖先与斯里兰卡猕猴的祖先杂交而来。这些都表明，杂交是灵长类动物物种形成的重要驱动力之一。

*识别人类致病基因的变异。

西班牙托马斯·马奎斯-博内特教授团队、Illumina人工智能实验室联合多个团队，通过比较233种灵长类物种、共809个样本的全基因组测序数据，鉴定出人类直系同源蛋白上430万个可能导致蛋白结构变化的基因变异位点。以此为数据基础，他们构建了人类疾病基因在非人灵长类基因组中的变异图谱，有助于了解人类基因变异的致病性。

这些新的发现，对灵长类动物多样性保护、遗传资源的开发和利用具有重要指导意义，也为人类特殊性状的起源、发育以及疾病医学研究提供了重要遗传学材料和候选分子靶标。

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从“没有半点关系”到沉浸其中

这不是张国捷第一次组织《科学》专刊。

早在博士毕业阶段，他就开始酝酿万种鸟类基因组计划，并于2014年组织了《科学》杂志的鸟类项目专刊。2019年6月，他与西北工业大学王文教授团队合作研究的反刍动物基因组计划，再次登上《科学》杂志封面，并刊发了3篇研究长文。

张国捷（中）组织鸟类研究联盟会议。

虽然张国捷致力于生物多样性基因组学研究，且是国际上首批开展此项研究的学者之一，但他最初对生物学毫无兴趣。

中学时期，张国捷立志做天文学家，他给自己拟定了3个高考志愿——北京大学天文学专业、北京航空航天大学天文学专业和南京航空航天大学天文学专业，“跟生物没有半点关系”。

没想到，高考前夕，他“在家人的怂恿下参加了提前批考试，被厦门大学录取了”。厦门大学当时没有天文学专业，他“阴差阳错地选了生物学”。

【注：厦门大学曾在1927年9月设立天文学系，但于1930年9月停办，2012年11月复办。】

张国捷坦言，他与生物学磨合了很长一段时间。“很多初中、高中生甚至会认为，生物学具有很强的文科属性，是一种发现和描述性学科，背诵、记忆就可以了，课堂上很少讨论生物学现象出现背后的动因是什么。在这种情况下，很容易产生厌倦心理。”他一度看不到方向，经常思考到底还要不要继续学习生物学，“直到进入实验室后，我才意识到生物学是一个实验性科学，也需要很强的推理过程”。

2004年本科毕业后，张国捷到昆明动物所攻读演化生物学专业研究生，进一步感受到了生物学的规律之美，并沉浸其中。“就像物理学有规律一样，生物学的不同学科也并不是一盘散沙，它的一个基本准则就是物种之间的变化是有迹可循的，即一个祖先群体可以分化成不同的物种，在自然选择和淘汰过程中生存或者灭绝。以自然选择为核心的演化理论是整个生命科学的基本理论基础，可以解释所有生物学现象和各个生命基本单元的演变规律。”

倾心于演化生物学后，张国捷也开启了“开挂”的学术进阶之路：2010年在昆明动物所取得博士学位后，赴丹麦哥本哈根大学社会行为演化研究中心作访问学者；2012年受聘哥本哈根大学生物系助理教授；2017年3月获得终身副教授职位，同年9月被授予终身教授职位，时年35岁，是当时哥本哈根大学最年轻的正教授。

2022年，张国捷决定全职回国，加入浙江大学，担任生命演化研究中心教授。

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“现在是接触生命科学领域最好的时机”

如张国捷所言，此前远赴欧洲学习、研究，是因为当地有非常悠久的历史和博物学、演化生物学的研究传统，注重基础教育和研究。而他决定回国，则是因为国内越来越注重基础科学研究，但作为生命科学领域的根基，演化生物学没有获得与其重要性相匹配的重视度。他想通过自己的努力，带动国内演化生物学领域的发展。

张国捷在浙江大学竺可桢学院给本科生上课。

梳理我国的大型科学考察工作，可以发现，针对国家的生物资源，我们一直在行动。从1979年到1989年，我国进行了著名的武夷山“十年科考”，43所高校及研究院的近千名研究人员参与、制作了115万份（件）动植物标本，证明了武夷山“世界生物之窗”之称实至名归。

当下，第三次新疆综合科学考察（2021-2025年）已经进入野外调查的关键期，对五个片区开展水资源、土地农业、生物、矿产能源和生态环境五大方面的考察。

这些大型科考背后藏着张国捷的忧思。“国家过去在很多地区做了大规模科考调查，寻找物种、采集标本，如何让标本的科学价值得到最大体现？这方面的工作有待组织。”

标本科学价值的全面挖掘，正指向基因组学方向。他介绍，很多国家都有国家层面组织运作的各种大型基因组学计划，英国有“达尔文生命之树项目”，美国有“哺乳动物基因组项目”。从国家战略角度看，收集物种基因组资源具有重要意义。“谁先产生了数据，谁就拥有了一个‘矿藏’，也就有了挖掘这些数据的优先权和主导权。”目前，我国尚缺乏国家层面的基因组学计划。

新冠疫情让我们越来越重视自然世界和个体健康。关注健康问题，首先要把人作为一个生物体来理解——人类具有怎样的构造，各个器官和机能如何协同组织，如何在漫长的演化过程中形成。这些信息都写在了生物体的基因组上，留下各种变化的印记，揭示这些印记对理解基因变异如何对疾病产生影响具有重要的启示意义。

生命科学技术的飞跃发展，为现在的学生带来更多的发展机会。张国捷感慨，“在我们读大学那个年代，没有几家生物公司，毕业后求职很难。现在的生物公司遍布各地，处于蓬勃发展阶段。而且新的技术手段不断涌现，比如基因编辑、细胞治疗、脑机接口、AI制药等，这些前沿科技对于我们开展各种生物学研究、理解人类身体机能、探索人类自身特异性等都非常有帮助。”

与之对应，一些国内大学的学科建设与科研系统也有了长足进步，我国在生命科学领域的国际舞台上发挥着越来越重要的作用。

可以说，“现在是接触生命科学领域最好的时机”，张国捷勉励道，“值得生物学专业的同学们好好把握这个机会。”