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| 我们来自何处?为了解答这个千古谜题,科学家不仅在古人类的骨骼化石上寻找证据,还动用了遗传分析技术。从人类的基因组中,科学家或许可以找到这个问题的答案。 |
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5 万~ 6 万年前,一群非洲人(几百人或几千人)乘坐小舟,冒险横穿曼德海峡,从此再未返回非洲大陆。这群人根本没有想到,他们的这次旅行,彻底改变了这个世界。
五六万年前的这群人,为什么要离开位于非洲东部的家乡?确切原因至今仍是一个谜,可能因为气候发生变化,或者曾经丰富的贝壳类食物的数量突然锐减,才迫使他们向其他大陆迁移。不过有一点是肯定的:这批最早离开非洲的早期人类,已具有现代人的体质和行为特征--较大的脑容量和较强的语言交流能力。抵达亚洲大陆后(登陆点是今天的也门),现代人类的先祖们在此后上万年的时间里,继续向其他大陆进发,直至来到位于南美洲最南端的火地岛(Tierra del Fuego),才停下了脚步。
对人类的起源,科学家已从人类骨骼化石中有所了解,但祖先们遗留下来的实物太少,很难据此描绘出那段遥远历史的全景图。过去20 年间,人类遗传学家利用DNA 分析法,寻找早期人类迁移的证据,以填补古人类学的空白。
通过对人类基因组的研究,科学家提出了一些早期人类的迁移路径,其中一些在最近几个月才发表出来。这些研究进一步证实,现代人类起源于非洲。这也让人们认识到,遗传多样性是如何从非洲大陆发源,并扩散到世界其他地方的。如果把人类世系看作一棵“进化树”,“树根”就是非洲原著民桑人(San people),最新长出的“树枝”则是南美洲的印第安人和太平洋岛上的居民。
1987年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的丽贝卡·L·卡恩(Rebecca L. Cann)和艾伦·C·威尔逊(Allan C. Wilson)基于线粒体DNA 的分析结果,发表了一篇震惊世界的论文:两位科学家在论文中指出,由于线粒体DNA 只会由母亲遗传给后代,他们经过研究发现,所有人的祖先都可追踪到一位生活在距今20 万年前的非洲女性身上。
分析DNA:如果把当时的人类比作旅行者,他们的迁移过程,就像在一系列相互交联的线路上移动,只是速度非常缓慢
线粒体DNA和Y染色体已成为科学家研究人类起源的重要工具,通过比较不同地区的人的DNA,科学家就可以追踪早期人类的迁移路线。
1987年,人类遗传多样性数据库开始扩容,将Y染色体上的遗传数据也囊括进来。Y染色体属于性染色体,只会由父亲传给儿子。这条染色体携带的核苷酸数量,远高于线粒体DNA(Y染色体由数千万核苷酸组成,而线粒体DNA只有1.6万个核苷酸),因而研究人员拥有更多的数据来区分不同的人类族群。在分析线粒体和Y染色体DNA 的过程中,科学家已发现了数百个遗传标记(含有可识别的、仅为某个族群所特有的遗传突变的DNA位点)。
几万年前人类从非洲走向美洲的路径,如今我们可以在地图上进行标记。如果把当时的人类比作旅行者,他们的迁移过程,就像在一系列相互交联的线路上移动,只是速度非常缓慢。在这里,我们利用字母和数字,为这些线路编号,比如I95(相当于DNA 上的遗传标记,因为在某一特定线路上,当地人都拥有共同的遗传标记)。以Y 染色体为例,早期人类通过M168 线路(即遗传标记)穿越曼德海峡后,向北迁移,通过阿拉伯半岛时,M168 就变成了M89。此时,如果右转,向美索不达米亚(即两河流域)进发,遗传标记就变成M9。到达印度兴都库什山脉的北部区域,如果左转就踏上了M45 线路。在西伯利亚,沿着M242 线路一直向前走,就会到达美国阿拉斯加州。如果继续向前,就是M3 线路,通往南美洲。
发现证据:一小群人从非洲大陆走出,到一个新的地域生活、繁衍后代,后来这群早期人类的一个分支与“母体”脱离,向其他地方迁移
近十几年,科学家分析了大量的DNA,为现代人类的“非洲起源说”提供了证据:一小群人从非洲大陆走出,到一个新的地域生活、繁衍后代,后来这群早期人类的一个分支与“母体”脱离,向其他地方迁移……
遗传学家已在早期人类可能的迁移路径周围,采集了很多人的DNA 样本。不过,有时看起来很“肯定”的数据却带有欺骗性,因此科学家更喜欢能拿在手中观察的化石,而不是人类进化树。放射性同位素能客观地测定化石年代,但DNA 突变的频率却会因为不同的片段而出现波动。
古人类学家正处于两难的尴尬境地。古老的人类化石不仅稀少,而且经常是不完整的。根据线粒体DNA 和Y 染色体分析的结果,最早的人类迁移路径是从非洲到澳大利亚,但遗憾的是,在这条线路上,考古学家一直未能发现实物证据。
十几年来,科学家通过同步分析分散在基因组中的多个变异位点,得到了很多重大发现。20 世纪末,世界首项全基因组研究主要关注不同族群间的短重复DNA 序列(即微卫星序列,microsatellite)的差异,但最近几年,这项研究的关注范围已扩大不少。今年2 月,两个研究小组分别在《自然》和《科学》上发表文章,报道了迄今为止规模最大的人类遗传多样性分析。
通过分析大量的SNP,科学家可以确定某个族群的“身份”,也可以弄清楚在遗传上具有亲缘关系的族群是如何扩散的。南美洲土著人的祖先可以追溯到西伯利亚人和某些亚洲人;中国的汉族人分为南方人和北方人;贝都因人(Bedouin,阿拉伯的游牧民族)则与欧洲、巴基斯坦、中东人有着亲缘关系。
与人类学家、考古学家、语言学家和生物学家的研究成果一样,上述发现也为现代人类的“非洲起源说”提供了证据:一小群人从非洲大陆走出,到一个新的地域生活、繁衍后代,后来这群早期人类的一个分支与“母体”脱离,向其他地方迁移……这个过程会不断重复,直到形成了今天这样的世界格局。每到一个地方,“迁移者”就会取代当地的古人类,比如尼安德特人(Homo neanderthalensis,也叫穴居人)或直立人(Homo erectus),但很少甚至不会与他们交配、繁殖后代。最新的DNA 研究证明,每个分支与“母体”脱离时,都只会携带一部分遗传多样性,因此迁移路径离非洲越远,遗传多样性就越低。这就是说,根据遗传多样性的变化,科学家可以找出早期人类的迁移路径。土著美洲人是最后一批迁移者,因而他们的遗传多样性要比非洲人低得多。
很多科学家都认为,大量统计学数据的出现,似乎可以为关于人类起源的长期争论画上句号。与非洲起源学说相对立的多地区起源学说认为,现代人是直立人等古人类的后裔,在过去180 万年里,这些直立人在非洲、欧洲和亚洲分别进化了现代人。而在不同种群间偶尔发生的交配,避免了某些种群进化成独立的物种。
基因交换:我们的祖先与其他古人类的确有过交配行为
科学家发现,欧洲人的祖先曾与尼安德特人发生过基因交换,这是否意味着,现代欧洲人具有部分尼安德特人血统?
认为现代人类可能是非洲祖先与其他古人类共同后代的科学家,并非只有埃斯瓦兰和哈本丁。在一些智人的骨骼化石上,仍然保留着早期人类的某些特征;现代人类的遗传数据似乎也说明,我们的祖先与其他古人类的确有过交配行为。
到目前为止,在尼安德特人与欧洲人祖先间,科学家并未发现DNA 转移的遗传标记。“尼安德特人基因组计划”的首席科学家,德国马普研究所的斯万特·柏保(Svante Paabo)说:“我们的确没有发现这方面的证据,但目前还不能排除尼安德特人与现代人类祖先有过交配行为的可能性。”前段时间,柏保曾在一篇文章中指出,对100 万个核苷酸进行的分析表明,现代人类祖先的确与其他古人类发生过基因交换。遗憾的是,这一结论并未得到广泛认可,因为柏保用于分析的样品可能被污染了。其他科学家也没有发现拉恩提到的小脑症基因的突变体。
不少研究表明, 尼安德特人与非洲祖先的基因组相似程度高达99.5%。因此,测定他们的DNA 序列,可以为比较基因组学研究提供极具价值的数据,让科学家能在人类基因组中找出尼安德特人与非洲祖先的交配“痕迹”,以及自然选择更“偏爱”哪些特性。柏保说:“如果你对人类进化感兴趣,尼安德特人就是最独特的物种,因为在亲缘关系上,他们离我们是最近的。尽管在技术上有一定的难度,但我们至少能得到尼安德特人的基因组,而对于大部分古人类来说,要得到他们的基因组序列,难比登天。”
最新一项研究表明(尚未公开发表),尼安德特人的Y 染色体与现代人类有较大差异。柏保说:“没有人的Y 染色体像尼安德特人的那样。”这一结果与早期的一项研究相呼应:尼安德特人与现代人类的线粒体DNA 也很不相同。不过在2007 年11 月,柏保和同事发现,尼安德特人与现代人也有一个相似之处:都有一个名为FOXP2 的基因。在人体,这个基因与语言发育有关。今年4 月,一篇报道曾指出,FOXP2 基因可能源于现代人祖先与尼安德特人的杂交。不过,这篇报道涉及的研究样品是否受到污染还不得而知。
(来源:环球科学)
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