隐藏在DNA中的神秘“幽灵”

文/俞 澜

有一种观点认为,我们的每个细胞都可能含有来自人类灭绝物种的遗传密码碎片。DNA研究能够揭示我们与那些未知神秘种群的关系。

对于现代人的起源以及他们如何成为存活至今的优势物种,科学家一直存在多种争论。长期以来,我们主要是通过考古发掘的化石和物品,来获得人类祖先的相关信息。比如,骨骼可以告诉我们他们长什么样子,牙齿能够揭示他们的饮食状况,日常工具、艺术品可以讲述有关他们文化的故事,等等。
   基因组测序技术出现之后,我们拥有了一个观察人类历史的全新手段。事实证明,现代人类携带着来自很多古人类的DNA片段,说明人类的进化过程远非以前认为的那么简单。
   遗传学家对一个古老的人类基因组进行测序后发现:隐藏在基因组内部的某些迹象,代表着某个我们之前一无所知的祖先。遗传学家称他们为神秘“幽灵”。
   我们没有关于这些古代祖先的物品证据——骨骼、工具或任何遗迹等。然而,他们遗留在其他人类化石乃至现代人类中的遗传密码,为人类如何进化以及当时的世界状况提供了深刻而前所未有的见解。
   2008年,德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的斯万特·帕博团队,凭借高超的技巧,从几千年前古老的尼安德特人骨骼中剥离了一些DNA,并对其进行了测序。这让我们能够通过在现代人的基因组中查找具有明显尼安德特人突变模式的DNA序列,来了解现代人类的祖先是否曾与尼安德特人通婚。比较研究表明,早期人类确实与尼安德特人进行过通婚。据估计,除非洲人之外,每个现代人的基因组中都有2%~4%的片段来自尼安德特人。
  
第一个幽灵——丹尼索瓦人
   在人类进化时刻表中,存在两个相隔70万年、明显不同的种群。然而在现代人的DNA中,却捕获了它们血脉融合的残余物。更重要的是,研究人员发现,我们的祖先不仅仅与尼安德特人进行了通婚。
   在帕博刚刚完成对尼安德特人基因组的测序后,他收到了一个包裹,其中的物品是来自西伯利亚阿尔泰山脉的一小块指骨。这块指骨有3万~5万年的历史,据说是来自一个尼安德特人。帕博团队对指骨进行了DNA分析,得到了一个令人非常惊讶的结论:它来自一个全新的人种,被称为丹尼索瓦人,他们在50万年前与尼安德特人从一个共同祖先分裂为两个种群。
   通过与现代人类基因组的比较表明,这两个种群也存在通婚的情况。遗传研究表明,这种情况主要发生在欧亚大陆。丹尼索瓦人曾生活在从西伯利亚到东南亚的辽阔区域。在现代藏族人身上,还能找到至少一个与丹尼索瓦人有特别共同点的基因,这种基因能够帮助他们在高海拔地区生活。
   丹尼索瓦人几乎是幽灵一样的存在:我们只有一个手指骨和几个臼齿能够作为证明他们存在的物理证据。而最新研究表明,丹尼索瓦人还有他们自己的幽灵。今天生活在大洋洲以及东亚和东南亚的人类,从丹尼索瓦人那里继承了大约5%的DNA。美国华盛顿大学的乔什·阿奇小组仔细研究了这些基因序列,发现了两个在进化上截然不同的丹尼索瓦人种群的迹象,这表明存在另一个具有丹尼索瓦人血统的幽灵种群。
  
第二个幽灵——基底欧亚人
   2016年,遗传学家在14 000~3 400年前居住在中东的44个人的基因组中,又发现了一个幽灵。这些人DNA的遗传标记,表明45 000多年前该地区有一群独特的古代智人。这群人现在被称为基底欧亚人,现代欧洲人中仍然能够发现基底欧亚人的DNA,且没有显示出基底欧亚人与尼安德特人通婚的迹象。这令人感到意外,因为现代人类的祖先在6万年前离开非洲后不久就与尼安德特人通婚,这一迁徙也形成了今天所有非洲以外的人类。
   对此最有可能的一种解释是,在迁徙开始后不久,有一群人分离出来,而其他人则与尼安德特人通婚。英国伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格说,这可以算是人类的第三个分支。他们与留在非洲的人以及那些逐渐扩散到欧亚大陆、大洋洲和最终进入美洲的人不同。因为没有发现属于基底欧亚人的化石,所以现在无法说出他们分离出来的原因。无论是哪种原因,这些幽灵几千年来都没有与其他人类种群通婚,拥有足够长的时间来演变出不同的遗传标记。
   对基底欧亚人的研究表明,可以从单独的DNA中获得关于人类历史的丰富见解。但是,这种研究依赖于从化石中获取的DNA,对科学家来说这是一个巨大的挑战。DNA会随着时间的推移而降解,因此需要特殊的化石和特殊技能才能从非常古老的骨骼中提取DNA,特别是那些在炎热气候中埋藏数千年的骨骼。
   21世纪初,遗传学家提出了另一种方法,通过巧妙的统计数据来寻找现代人类DNA中灭绝种群的迹象。
   一般认为,所有DNA都受到随机突变的影响,这些突变累积了数千年,并且代代相传。通过观察现代人群中的突变模式,可以发现与通常的智人模式不匹配的片段。这些片段被认为来自与我们所属的物种分开进化了数千年的种群。然后,统计建模可以估计两个种群通婚的时间以及他们之间的差异。
  
第三个幽灵——非洲尼安德特人
   乔什·阿奇和美国宾夕法尼亚大学的萨拉·蒂什科夫等人花了数年时间,对现代非洲人的基因组进行测序和分析。在这些基因组中,他们发现了一些看似来自另一个人类物种的DNA。因为这种DNA仅存在于非洲人的后代中,在欧亚人身上没有发现。在6万年前人类从非洲向外迁徙之后,幽灵种群肯定与智人进行了通婚。事实上,根据该团队的计算,通婚行为可能发生在过去3万年内。
   同尼安德特人和丹尼索瓦人一样,这群非洲幽灵在进化方面与现代人类截然不同。阿奇说:“这意味着他们可能来自同一个祖先。70万年前,非洲有一群人从现代人类种群中脱离出来,走出非洲,成为我们所知的尼安德特人。与此同时,留在非洲的另一个分支发展成为非洲尼安德特人。”
   这些非洲尼安德特人身上谜团重重。斯特林格在20世纪70年代攻读博士学位时曾研究过一块来自尼日利亚的伊沃·埃莱鲁头骨化石,它奇怪地兼具现代人和原始人的特征。斯特林格对这块头骨进行了新的分析,认为这可能是一个非洲人混合古老人类基因的例子。换句话说,这个人的祖先可能与非洲幽灵通婚过。
   最近未发表的证据表明,非洲尼安德特人可能是智人的一个亚群,与基底欧亚人一样,它与其他种群分离的时间足够长,以至于其成员的DNA获得了不同的标记。
   蒂什科夫认为,有关非洲幽灵的证据仍然不够充分,因为我们对非洲的种群历史知之甚少,不得不做出许多假设。不过,如果能够对从非洲化石中提取的DNA进行基因组测序,并将其与现代非洲人中发现的幽灵DNA片段进行比较,结果就会水落石出。随着基因组测序技术的进步,这可能只是个时间问题。
   总之,遗传学正在改变我们对物种的了解。所有这些研究都强调,人类群体分裂数千年甚至数十万年之后再次相遇并通婚并非是例外情况。必须放弃过去整齐、分叉的进化树,在其中添加更多弯弯曲曲的波浪线,使之更符合人类的进化图景。

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