倾听远古文明的回音

前言:提到DNA,大家都不陌生。对于我们每个人来说,特有的DNA记录了我们的遗传信息,影响甚至决定着我们的生理机能、形态和疾病的发生。

其实,在我们的视线之外,我们接触不到、了解不多的物种,也有着类似的遗传规律。甚至在很久很久以前的远古时期,那些已经灭绝的生物,都曾经在一代代的繁衍生息中遵循着这样的遗传规律。其中,有一些是我们的近亲——古老型人类。他们已在漫长的演化中消失于历史的长河中,但是却在地球上留下了蛛丝马迹,告诉我们地球曾经也是他们的家园,也让我们知道自己来源于何处。

作者 | 林梅

1973年底的一天,埃塞俄比亚的阿尔法谷底篝火熊熊,人们载歌载舞欢呼雀跃。一支国际考察队正在兴奋地办了一场party,这支考察队的BOSS叫Don Johanson,他的小组在埃塞俄比亚的哈达遗址发现了一些古猿化石,他们把这些骨骼化石匹配之后,发现他们的身形、体态与现代人有很多相似性,特别是这只古猿的膝关节角度、骨盆和下肢的形状、大小,令这些古人类学家惊讶地发现这只雌性古猿在生前可能是直立行走的,所以按照现在的分类标准,从某种意义上来说,她可以称得上是我们全人类的祖母。这是古人类学家首次发现保存较完整的早期人类化石,从此,这只距今约3、4百万年的南方古猿阿尔法种个体就被考古学者们亲切地称呼为Lucy。

后来的几百万年里,不同种群的南方古猿演变出能人、匠人等不同的远古人类,而某一些种群的直立人后来走出了非洲,扩散到了整个欧亚大陆。而古老型人类尼安德特人、丹尼索瓦人以及我们今天现代人的祖先——早期智人的共同祖先从某一支系的更古老的人类中分支出来。

在古老型人类中,最广为人知的大概就是尼安德特人了。最古老的尼安德特人化石在西班牙一处裂谷中被发现,这些化石来自大约30-40万年前,后来陆续发现的尼安德特人化石里,最晚可以到3万年之前。后来学术界普遍认为,尼安德特人大约在距今20万年前出现于欧洲和亚洲西南部分地区,一直繁衍至距今3万年左右。

曾几何时,人们一直以为,南方古猿进化成了直立人,直立人又进化成了尼安德特人,尼安德特人又进化成了现代人类。之所以会有这种错误的观点,是因为人们想当然地认为这世界上自始至终就只有一种人类,整个人类的进化史就是单向、单线程的。但是,并不是这样。比如我们中学学过的北京猿人,其实并不一定是我们现代人的祖先——北京猿人属于直立人,而我们现代人来源于智人分支。

关于现代人的起源,有过几种看法。比如多地区起源说,欧洲中心说,走出非洲假说等等。上世纪八十年代,来自化石、测年、分子生物学的证据表明,非洲最可能是现代人类的发祥地。1987年,加州大学伯克利分校的分子生物学家RebaccaCann、Mark Stoneking和Allan Wilson 发表了一篇轰动世界的论文,之所以轰动,是因为他们将分子生物学的方法开创性地用于研究现代人的起源,他们比较了147名来自世界不同地区的现代人的线粒体DNA,发现了133种不同类型的线粒体DNA,将这些结果用树状图构建起来,研究人员发现,不同DNA的差异与地理分布一致,并且这个树状图有一个非洲的深枝。人们据此推测,现代人类大约在20万年前起源于非洲,我们都是这个非洲夏娃的后代。(虽然这一学说一直遭受质疑和挑战,但是现代遗传普遍认为,现代人类虽不至于都是“夏娃”个体的后代,但至少应该来源于非洲一个非常小的群体。)

获取古人类化石中的遗传物质,并直接进行检测和分析,是一件相当不容易的事情,化石本就十分稀有,经过了上万年的自然环境侵蚀、微生物分解影响及当今现代人DNA 污染,能被我们提取获得的信息微乎其微。1985年,瑞典科学家Svante Pääbo首先报告了从一名公元前4000年的埃及人皮肤中提取了DNA,从此,人们开始借助于聚合酶链式反应的技术(PCR)扩增从化石中提取出的高度碎片化的古DNA,以期获取部分DNA片段的序列信息。早期的古DNA 研究只能针对含量相对丰富的线粒体基因开展,根据1997年的线粒体基因分析,学者们发现,尼安德特人的线粒体基因类型十分特殊,与所有当今现代人都不符,所以认为尼安德特人与现代人的关系是非常远的,彼此之间不存在基因交流。

但是,线粒体DNA存在于细胞核之外的一种叫做线粒体的小型细胞器中,它通过女性世系传承,也就是说,除由于突变引起的变异以外,线粒体DNA进化史实际上是一部母系遗传历史。

我们现代人和地球上当时存在的古人类,真的没有擦出过火花吗?不同人种之间,有过基因交流吗?

要想深入了解这个问题,我们需要的知道更多的遗传信息,也就是说,我们需要知道核染色体中的DNA,它通过父母双方重组传给下一代,可以给为我们提供更多的有关个体和祖先的信息。

近年来,高通量测序技术的出现和发展,使低成本的大规模测序成为可能;严格的取样流程和超净实验室的使用极大地杜绝了人为污染;古DNA 提取、针对高度降解的古DNA 单链片段建库,以及从含有大量微生物DNA 的样品中抓取目的DNA 片段等技术的发展,极大地提高了古DNA 获取的质量和效率,共同推动古人类DNA 的相关研究在最近几年取得诸多进展。2010 年,Green 等绘制了第一个尼安德特人全基因组草图,拉开了史前古人类全基因组范围研究的帷幕。随着高质量的基因组图研究的开展,更多史前古人类的基因组数据被挖掘出来,不同古老型人类之间、以及他们与早期现代人共存共通的历史渐渐展开画卷。

通过比较尼安德特人和现代人的全基因组数据,科学家发现,尼安德特人的基因在亚欧大陆的现代人身上广泛存在,混合比例为1.8-2.6%,学界一度认为,只在5万年前,现代人进入欧亚大陆不久时,尼安德特人和现代人有过基因交流。但是,我们和古人类的关系真的如此简单吗?我们能不能利用现有的技术,更精确地描述我们和古人类的关系呢?

2015年,一篇题为《一名拥有近代尼安德特人祖先的罗马尼亚早期现代人》的论文在《自然》杂志刊登。第一作者为中国的科学家付巧妹博士,现在是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究员,古DNA实验室主任。该项研究的方法十分巧妙。我们知道,我们每个人的每条染色体,要么完整来自于父亲,要么完整来自于母亲。而到我的下一代,由于基因重组,基因片段会被打乱、变短,随着一代代繁衍,基因片段会越来越散碎。所以,根据古人类基因里具有尼安德特人基因特征的片段长度,就可以反推出尼安德特基因交流的时间。

在对欧洲罗马尼亚一个古人类个体(Oase1)进行研究时,科学家发现,他的尼安德特人基因成分最高,能达到6-11%。而且至少拥有三段大于50centimorgans具有尼安德特人基因特征的片段,通过计算模拟发现,这个个体的4到6代以前,他的祖先和尼安德特人发生了基因交流,也就是说,这个个体的曾曾曾祖父母中有一个尼安德特人。而这一个体生存的时间距今有4.2到3.7万年。科学家据此推断,现代人和尼安德特人混合事件不止一次,发生的地点不仅在中东,在欧洲等其他的地方也可能发生过。

此外,对丹尼索瓦人的研究也表明,一些现代大洋洲人群的基因与丹尼索瓦人有关,基因融合的时间大约在5.4-4.4万年以前。古人类对我们现代人的影响非常多元、复杂的。

我们的祖先——早期智人在不断开疆拓土、远征新世界的过程中,拥有了前所未有的适应和利用新环境的能力。在我们迁入的地方,我们与当地原始物种、人种相遇,说是我们的竞争力也好,说是环境气候的影响也罢,整个世界迅速被我们这个人种占据。大约在距今两万五千年前到三万年前的时候,这个世界上的最后一个尼安德特人死在了伊比利亚半岛。这个结果可能令人遗憾甚至略感残忍,但是乐观点看,尼安德特人的基因并没有就此消失,他就存在于我们每一个欧洲人和亚洲人身上,他们以这种方式,在这个星球获得长久的生命。

不过悲观点看,我们也不用因此窃喜,如果我们把地球45亿年的历史压缩成一天,曾经的地球霸主恐龙存在了四五十分钟,而人类的历史即使从南方古猿算起,也才一分多钟,长远来看,也许,我们并不是“唯一幸存的人种”,我们只是“最后灭绝的人种”,而已。

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