五個與生命有關的答案:我們從哪兒來?

來自猩猩的你

在很久很久以前,有一群住在樹上的古猿,他們中有一個「家庭」接二連三的生下和其他家庭不一樣的孩子,那些孩子的大腳趾比同類小,抓樹木很吃力,毛髮比同類少,遭到了同族的排擠。沒辦法,他們只好離開族群,到別的地方生活。

由於突然的氣候變化,樹林急劇減少,不能在樹上生活的他們,只好找了一個能遮風擋雨的山洞生活,這一生活就是很多很多年。在這期間,他們學會直立行走,學會了用各種各樣的工具狩獵,也學會了用火。這個家族越來越龐大,他們中有的比較愛藝術,把工具越做越精緻,有的覺得眼神和肢體交流太麻煩,開始嘗試對話和寫字來表達。

到了大約100萬年前,冰河時期到來,食物不夠了,這個族群的人開始向不同的地方遷徙,同時把「藝術」和「文字」帶到了搬去的地方,還學會了畫畫、雕刻。這時候他們開始了審美,更傾向於那些臉小的,毛髮少的,長得高的,然後群居的人數越來越多,需要一個規範的治理了,於是出現了國家、社會,再然後就開始了文明歷程,再然後....。。就有了會使用電腦的我們。

這只是個故事,撇開科學性,它大致描述了人類的進化過程。

有人說,當人類第一次仰望星空的時候,離文明就不遠了。我們無從考證第一個仰望星空的人在想些什麼,但有個問題肯定是每一個人都想過的——我們是誰,我們從哪裡來。對於這個問題的回答,得回溯到人類起源的時候。

美國國家科學院院士、生理學教授Jared Diamond寫了一本書,叫《第三種猩猩:人類的身世與未來》,主題是人類演進史,獲得了英國科普圖書獎。這裡說的「第三種猩猩」,指的是與黑猩猩和波諾波猿這兩個是近親的「人」(不要再說「人是猴子變的」了好嘛,人和猴子的種屬挺遠的)。

人的起源與進化是達爾文提出的。對於當時是神學論為主的社會,如同重磅炸彈,產生了轟動效應,引發了著名的赫胥黎大辯論(生物學家赫胥黎支持人猿同祖論,他與牛津主教開展了一場激烈的關於進化的辯論)。後來人們逐漸承認了進化論的科學性,但對於人類進化的人種和地域問題,至今還有著不同的聲音。

人類來自同一個祖先么?

關於人種的起源,有兩種理論。

一祖論認為,所有現代人都來自於同一個物種,而多祖論則認為不同人種來自於不同祖先(雖然都是大猩猩,但種屬不同)。

從生物學角度來說,現代人類來自於同一個物種是比較合理的解釋,簡單來說是因為不同物種之間有生殖壁壘。

以達爾文為代表的進化論支持者認同一祖論,認為人類是從黑猩猩進化來的。約800萬年前黑猩猩和人類是一家,後來有一個分支發展成了人,另一支是俾格米黑猩猩和黑猩猩,它們至今仍是最接近人類的動物。那麼,黑猩猩和人的基因組到底有多近?這也是遺傳學家們一直想解開的謎團。2001年人類基因組被成功破譯,2005年黑猩猩基因組測序完成後,科學家們就開始從遺傳差異方面對大猩猩展開研究,2012年華大基因和哥本哈根大學等單位共同完成了黑猩猩X染色體適應性進化研究,發現黑猩猩X染色體上存在大量的適應性變異,這有利於人類與黑猩猩遺傳進化方面的研究。

《國家地理》雜誌甚至在2004年的一期上展示了支持進化論的四方面證據:生物地理學,古生物學,胚胎學和生物形態學。

現代人是否來自一個地方?

目前學界認同人科(靈長目一科)的共同祖先是在約700萬年前到500萬年前起源於非洲,但對現代人的起源存在兩種爭議較大的假說。

單地說也即非洲起源說,表示現代各人種是非洲的早期智人遷徙形成,多地說則認為當地人種是由歐亞非當地的早期智人進化來的。

非洲起源說的證據,來自美國科學家對線粒體遺傳物質的檢測結果。檢測結果表明現代人的線粒體都是在大約20萬年前,從同一個「夏娃」那裡傳下來的,科學家還通過Y染色體分析,證明90%的中美洲印第安人和50%的北美洲印第安人來自同一個父親。並通過研究世界各地的男性Y染色體上的遺傳標記,追溯古人類的遷移途徑,及男性的起源,確定人類分支的起源年代。

多地起源學說的證據大多來自於化石,像中國部分學者支持人類多地進化說,認為中國的智人是由直立人發展而來的。但化石的證據並不完全具有說服力,因為它太稀少和單一了。

目前,單地說是被廣泛接受的理論,但對於非洲遷徙是單次遷移或擴散完成的,還是多次擴散完成的,仍有不同理論。華大基因研究院和丹麥哥本哈根大學在2011年完成了對澳大利亞土著人基因組的研究,結果表明,澳大利亞土著人祖先的東遷要明顯早於古歐亞人的遷徙,其遺留種群與後來東遷亞洲人祖先群體發生過基因交流,證明了人類遷徙史上的多次擴散理論。

單地說方面的另一問題也備受爭議,有的學者認為,直立人從非洲遷徙到世界各地,與當地人發生了基因交融,而不是取代和滅絕當地人種。這種理論得到了基因技術的支持,同時也證明了古人類三次走出非洲的時間。

三次走出非洲

學界曾認為,古人類三次走出非洲,都取代了當地居民,而由於氣候原因,前兩次走出非洲後,都在當地滅絕了,只有第三次才成功。(上圖為西方學者繪製的現代人類走出非洲路線圖)

美國華盛頓大學的Alan Templeton 教授認同三次走出非洲的觀點,但他認為古人類走出非洲後,不是取代當地人,而是通過融合的方式與當地人共同存活下來。Templeton 教授通過分析全球各地人口的DNA序列,重點比較了10個根據遺傳特徵劃分的區域的人的普通染色體、性染色體、線粒體DNA,梳理了古人類走出非洲的時間。

大約200萬年前,人類的祖先直立人開始從非洲向外部遷徙;40-80萬年前,可能是由於氣候原因,又一次非洲大遷徙發生(尼安德特人);前兩次走出非洲都沒有獲得成功,約10萬年前,發生了第三次非洲向外移民風潮,而部分人種也開始從亞洲返回非洲。

非洲遷徙的具體過程還有許多謎團,基因測序是一個逐漸被科學家們採用的方式。2010年,華大基因和哥本哈根大學從4000年前的古代人類頭髮中提取出細胞核DNA碎片,共同完成了世界首例古人類基因組的測序和分析,證明了來自格陵蘭島的Saqqaq古人的遺傳信息比公認的美洲原住民更加接近於現代東亞和西伯利亞人群,這表明在現代美洲原住民遷徙到美洲之前,還有更早一批的黃種人群經西伯利亞遷徙到美洲。人類非洲遷徙過程的具象,還有待更多的基因檢測結果來複原。

既然同一祖先我們為何不同?

目前人們普遍認可人類進化是基因選擇、突變、遷移和遺傳漂變的結果。而現存的人類都是最後一次走出非洲的智人的一個亞種。

雖然現代人在外觀上不同,但現代人仍屬於同一物種,因此現代人能夠正常通婚,不存在生殖隔離。而表現在外觀上的不同,只是控制外觀的基因組部分有差異,人類99.5%的基因,是所有膚色人群所共享的。

從第三次走出非洲以來,只經過了近10萬年的時間,這在地球生命演化的漫長過程中,並不是很長的一個時間概念。我們外觀的不同,來自於環境的差異。為了適應炎熱氣候,非洲地區的人膚色較黑,而寒冷的北歐地區人的膚色普遍較白的原因,是要在比較少的陽光照射下,身體產生更多的維他命D。(左圖標識了人類與其他物種共享的基因比例)

形象的比喻—進化時鐘

生物進化是指一切生命形態發生、發展的演變過程。有人形象地把進化歷程比作人的一天,從地球開始形成到現在,約經46億年,如果把午夜0時作為地球的誕生,那麼在地球進化的這一天里,人類存在的時間實在很短,我們現在站在食物鏈頂端,是這一次演化過程中自然選擇的結果。

據科學家發表在美國《公共科學圖書館·生物學》的文章指出,地球上約有874萬個物種,其中有777萬種動物,29.8萬種植物,61.1萬種菌類,36.4萬種單細胞動物,2.75萬種單細胞植物(由於環境問題,有些物種正在慢慢消失)。通過DNA解讀,我們已經發現了一些物種的進化路徑。

生物進化是指一切生命形態發生、發展的演變過程,這是一個令許多人津津樂道的話題,圍繞這個也產生了許多創意,比如,手指模擬從爬行到直立行走的演化進程(口味略重,慎搜),用橡皮泥動畫將地球生命進化史濃縮為一天,以及進化遊戲(見文末)。

有人提出過演化過程是否能複製的問題,最終的答案是,地球的演化過程不能重來,如同古生物學家StephenJayGould在《奇妙的生命》中寫到的「生命像不斷被死神的鐮刀肆意修剪的灌木叢」。但我們可以通過其他方式追溯已經完成的演化過程、直觀地了解進化過程,比如進化時鐘的比喻,DNA分子鐘,還有更詳盡的進化樹。

進化的遊戲

《SPORE》(孢子)是美國EA公司(《模擬人生》遊戲開發商)製作的一款模擬進化遊戲。

遊戲從單細胞生物的養成開始,通過吃掉其他細胞或蛋白質開始成長,逐步發展為各種海洋生物、地面生物、智能生物後,再進入城市階段、宇宙探索期。

你可以發揮想像力和創造力,自己創造生命並控制它的進化方向。比如開始的時候選擇素食還是肉食,和已存在的生物結盟還是佔領地盤,通過征戰進化還是通過和平方式進化,這些都是可以自由選擇的。你還可以通過遊戲的編輯器,自己設計遊戲內容,掌控整個自然的進化過程。

EA公司不是進化遊戲的首創者,早在上世紀90年代,任天堂就開發了遊戲《46億年物語》,但遊戲還是遊戲,科學嚴謹性不足,僅供了解進化的大致過程。

其實不止生命,我們生活中的一切都在「進化」,如數字產品的更新換代,生活產品的創意非凡,甚至我們思想的從舊到新。無論任何事物,都處於快速的變化中,並因為符合生存法則而得以保留。向前是歷史和自然的規律,未來會有什麼,一起等待答案吧。

【擴展閱讀】

除《第三種猩猩:人類的身世與未來》之外,Diamond院士還著有另兩本書,分別是《槍炮、病菌與鋼鐵:人類社會的命運》和《崩潰:社會如何選擇成敗興亡》,就人的演化過程及其動物性本質與社會問題聯繫在一起,並成為他的「人類歷史三部曲」。

除了書,法國紀錄片大師雅克·馬拉特也出了人類進化三部曲——《一個物種的奧德賽》、《智人》、《人類的崛起》紀錄片。值得一看。

3:00,最古老的岩層形成,生命起源的化學進化開始;

7∶00,出現類似於細菌的原核生物;

9∶00~10∶00 出現光合作用的自養原核生物;

13∶00,出現耗氧的原核生物(大氣中積累了遊離的氧氣);

15∶00~16∶00,出現單細胞真核生物;

20∶00,出現多細胞生物;

21:00,三葉蟲出現;

22∶00以前,最初的植物出現(大氣中氧氣積累達10%以上),接著才有總鰭魚類的登陸;

22∶00以後,陸生動物出現;

23∶00,高等的有花植物和哺乳動物開始繁榮,恐龍出現;

23:40,恐龍滅絕,哺乳動物時代開始;

23∶59,人類誕生

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