從基因組溯源人類進化史

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導讀：DNA分析取得的進步正在幫助我們改寫過去，更好地了解歷史對人類的意義。

每一天，我們的DNA都有一些突破。我們活著的時候，特殊的酶讓我們的基因組不受損傷，但我們死後，氧一旦耗盡，就不會再有修復活動了。化學損傷不斷積累，分解也開始出現獨有的萎陷：薄膜溶解，酶泄漏，細胞增殖。還有多久DNA就會全部消失？

自從發現纖小的分子後，大多數科學家們就假定，死人的DNA不可避免地迅速消失。

斯范特·帕博（Svante P??bo，現任德國馬普進化人類學研究所負責人）在三十多年前最初考慮到這一問題時，已經敢於懷疑這一DNA是否可能存活超過數天或數周。但如今帕博和其他科學家已經表明，如果體內的萬億個細胞中只有少數倖免於毀滅，基因組也許會存活數萬年。

帕博在他的第一本書——《尼安德特人：搜尋丟失的基因組》——中記錄了人種史上一個最具開創性的科學項目的誕生：測定一個尼安德特人的基因組序列。尼安德特人是生活在4萬年前的類人生物。

帕博的人生，一部分是英雄的旅程，一部分是科學範式粉碎指南。他兒時曾從故鄉瑞典前往埃及旅遊，然後就開始嚮往古人。長大後，他進入醫學院學習分子生物學，但對歷史的浪漫情懷從未消退。

作為一名年輕的研究人員，帕博曾試圖在實驗室烘乾箱上把小牛的肝弄乾並保存，然後提取其DNA。帕博的大部分指導老師都把遠古DNA當作「奇怪的愛好」，但帕博在經歷了數年令人失望的結果後依然頑強堅持，耐心地等待著能讓他的研究開花結果的技術創新。

在此期間，對於招募研究員、吸引資金、引發關注度與尋找遠古骨骼工作，帕博也愈加得心應手。

最終，帕博的決心有了回報：1996年，帕博帶領人們測定了尼安德特人部分線粒體基因組的序列。（作為細胞的能量包，線粒體看上去是遠古單細胞生物的殘存物，線粒體有自己的DNA，子體會從母體遺傳到這一DNA。與完整的人類基因組相比，這種DNA更容易讀懂。）

最後，在2010年，帕博和他的同事們公布了完整的尼安德特人基因組。

這可能是近代生物學最偉大的成就之一，同時也是DNA非凡效用的大型示例。長期以來，我們都將基因組作為預測未來的工具，比如我們有亨廷頓式舞蹈症變異嗎？我們是不是容易患上糖尿病？但基因組可能會告訴我們更多關於過去的信息：關於遠古的重大事件，關於生命、感情以及將這兩者關聯起來的各種抉擇的關係網路。

帝國

早在對遠古DNA的研究取得成功很久前，柳吉·盧卡·卡瓦利-斯佛扎（Luigi Luca Cavalli-Sforza）就最先嘗試通過對比不同居住人口的特徵分布來複原世界歷史。斯佛扎先從血型入手；很久後，他於2001年出版的暢銷書《基因、民族和語言》通過語言和基因探究了人口統計學歷史。從居住種群的DNA也可以推斷出明顯的歷史弧線，比如所有非非洲裔人群都起源於一小群在6萬年前離開非洲的人類。

在歐亞大陸上，特定Y染色體（即：父傳子的染色體）的當前分布恰好勾勒出蒙古帝國的輪廓，這使得研究人員提出「這種現象是由成吉思汗造成的」這一解釋。13世紀，成吉思汗強搶豪奪，橫掃歐亞大陸。

但最近幾年，遺傳學家找到了一些既能勘察各時期大事件又能探究種群動態的方法。2014年的一項調查利用古代歐洲農夫和狩獵採集者的DNA來調查一個老問題：是耕種活動傳播到整個歐洲並被定居的狩獵採集者採用，還是農夫分散到整片大陸並取代了狩獵採集者？研究人員抽取了古代個體的樣本，這些個體按照埋葬方式和陪葬的物品被鑒別為農夫或狩獵者。

人們發現了這兩組人群的DNA的一個顯著差異，表明即使狩獵採集者的DNA一定程度地流入了農夫基因庫，但就絕大部分而言，是農夫取代了狩獵採集者。

縱觀近代歷史，彼得·拉爾夫（Peter Ralph）和格雷厄姆·庫普（Graham Coop）比對了歐洲各地的基因組小片段，發現任何兩個居住在相鄰種群（比如比利時和德國）的近代歐洲人在過去的1500年間共同擁有2~12個祖先。他們還發現了一些誘人的變異。

義大利人的大多數共同祖先似乎都生活在約2500年前，可以追溯到羅馬帝國時代之前的羅馬共和時代。儘管近代義大利人在最近2500年內擁有共同的祖先，但他們的共同祖先遠少於其他歐洲人與同國人的共同祖先。

事實上，如今來自義大利不同地區的義大利人相互共有的祖先數量和他們與他國人共有的祖先數量大致相同。基因組反映出直至19世紀，義大利還是一個由小國家組成的團體，而不是我們如今所知的較大的國家。

遠古人的基因組在極短期內推動了一種新型的群體遺傳學。這種基因組透露了我們無法從其他渠道得知的現象。

英國歷史上的重大事件表明，威爾士和蘇格蘭一些偏遠地區的遺傳學與英國其他地區應該有所不同，事實上，一項關於英國人的標準種群分析將這些群體分離了出來。

但今年，由牛津大學的彼得·唐納利（Peter Donnelly）帶領的科學家們揭開了遺傳學和歷史之間更為細緻的關係。他們通過追蹤祖先居住在特定農村地區的近代英國人的基因組的微妙模式，發現至少17個不同的群組，大概反映了英國歷史種群的不同群體。

這一研究有助於解釋在未留下書面記載的黑暗時代發生的事情——例如，在五世紀入侵的撒克遜人佔據了古英國人DNA的多少比例？

當代人群的特定基因分布還向我們講述了各種文化事件和抉擇：在一些群體決定飲用其他哺乳動物的母乳後，他們逐漸發展出了乳糖耐受能力。而未作出這一決定的群體的後代則至今無法很好地耐受乳糖。

未解之謎

分析活人的DNA遠比分析古老DNA容易，古老DNA總是容易被污染。對尼安德特人線粒體DNA的最早分析是在一間被隔離的實驗室進行的，實驗室每夜受紫外線照射以消滅灰塵上攜帶的DNA。研究人員戴著面罩、無菌手套和其他裝備，如果他們進過其他實驗室，那天帕博就不允許他們回來。

但控制污染仍然只讓帕博的團隊站在了起跑線上。對古老DNA分析的真正變革出現在20世紀90年代後期，藉助第二代DNA測序技術。帕博用一種名為焦磷酸測序法的技術替代了首創於20世紀70年代的桑格測序法，這意味著他可以一次性給古老DNA的數萬個片段測序，而不是只給96個測序。

這樣的重大進展使人們得以回答一個持續最久的關於尼安德特人的問題：他們和人類交配嗎？沒有足夠的證據表明尼安德特人曾與人類交配，帕博本人也曾認為這樣的聯合是不可能的，因為他並未在人類線粒體DNA中發現尼安德特人遺傳學的蹤跡。

他曾懷疑，從生物學角度來說人類與尼安德特人是相互排斥的。但既然已經對尼安德特人的完整基因組進行測序，我們可以發現，在如今的非非洲裔人群的基因組中，有1%至3%包含變異，這種變異被稱為等位基因且明顯源於尼安德特人。這表明，人類與尼安德特人交配且育有子女，這些子女的子女最終造就了我們中的很多人。

撒哈拉以南地區的非洲人並不攜帶這種尼安德特人DNA，這說明，就在6萬年前人類將活動擴張到非洲之外時、在全球其他地區建立群落前，尼安德特人和人類雜交產生的後代出生了。另外，人體基因組內的尼安德特人等位基因分布方式也向我們說明了那些很久前影響生命發展的力量，可能會有助於最早期的非非洲裔人群適應較冷較黑的地區。攜帶尼安德特人變種頻率較高的部分基因組會影響發色和膚色，這些變種可能使得最早的歐亞人比他們的非洲祖先膚色要淺。

古老DNA幾乎都會捲入其他假說，比如這個非洲起源說，以及它的單個遷移人群帶。古老DNA還透露了我們無法從其他渠道得知的現象。當帕博和他的同事們從西伯利亞境內的阿爾泰山脈的一個洞穴中發現的一些小骨頭和幾顆牙齒中提取出DNA後，他們發現一個全新的姐妹群——丹尼索瓦人。澳大利亞本土人、美拉尼西亞人和亞洲的一些群體除了擁有尼安德特人DNA外，可能還有高達5%的丹尼索瓦人DNA。

在一段極短的時間內，全球各團隊已經測定了一些古人的基因序列，而日漸增長的古基因組庫也推動了一種新型的群體遺傳學。有什麼歷史是DNA不能告訴我們的呢？人死後最初幾刻或幾天所發生的事情也許可以解釋所有事情。

倘若細胞出於某種原因迅速乾涸——死於沙漠中或乾燥的洞穴中、身體被凍住或被製成木乃伊，那麼對DNA造成的驗屍損傷就會停止，但對於在潮濕、熱帶氣候環境中發現的殘骸，測定其DNA序列也許就是毫無可能的。

但即使只研究我們目前找到的零散殘骸，我們也不斷獲得了對古代歷史的深入了解。帕博注意到，一個未解之謎是，近代人類為什麼沒有像他們的古代同輩一樣，而是散布在全球各地並大幅度地改造了環境。是什麼讓我們與眾不同？他相信，答案存在於我們已經測定的古老基因組中，等著人們去發掘。

而具有諷刺意味的是，要等到我們更擅長於讀懂自己的基因組時，帕博的答案才會揭曉。在理解人類基因組的作用方式上，我們還處在最初階段，另外我們只有更了解自己，才能理解我們過去與尼安德特人的共同點和確實差異。