现代人身世之谜:DNA记录人类迁徙路线——分析DNA
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。
对所有人而言, 细胞内的DNA 有99.9%都是相同的,但就是这不同的0.1%,致使个体间的体质特征出现极大的差异。如果比较东非人与美洲土著人的DNA,科学家能从中得到人类世系,以及不同族群在各个大陆间迁徙的重要线索。遗传学家以前认为,只有父亲传递给儿子,或者母亲遗传给孩子的DNA,才具有化石般的研究价值,但最新研究改变了他们的看法,也让他们的关注点,从少部分DNA 片段扩大到整个人类基因组中的数万个核苷酸。
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。
对人类遗传变异的研究,最早可以追溯到第一次世界大战。当时,两名在希腊塞萨洛尼基工作的医生发现,驻守该城士兵的血型为某种特定血型的概率,与他们的国籍有很大的关系。由于蛋白质差异可以反映相应基因的变化,因此,从上世纪50 年代开始,意大利人类遗传学家路易吉·卢卡·卡瓦利-斯福扎(Luigi Luca Cavalli-Sforza)通过检查血型蛋白来规范不同人群间的遗传差异研究。
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。全球各大媒体争相报道这一重大发现,并声称现代人类的祖先就是那位“非洲夏娃”(这里说的“夏娃”并非《圣经》中的夏娃,她不是人类历史上的首位女性,而是指现有人类都是她的后代)。
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。
由于会发生快速、频率可预测的中性突变(对生物体既没好处也没坏处),科学家把线粒体视作“分子钟”。通过计算两个族群间线粒体DNA 突变的次数差(就好比时钟转动时的滴答声),科学家可以构建一棵进化树,追踪到两个族群的共同祖先——“夏娃”或创立了新世系的其他女性。只要比较不同地区的人类世系的存在时间,我们就能获知早期人类向全球迁移的一些关键时间点。
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。
线粒体DNA 和Y 染色体都是强大的分析工具。2005 年, 美国国家地理学会、IBM 和韦特家庭基金会(Waitt Family Foundation)共同出资4,000 万美元,资助了一个庞大的合作研究项目——基因地理计划(Genographic Project)。全球共有10 个研究机构参与了这项研究,他们的目标,是到2010 年,在全球范围内收集10 万人的DNA.这项计划的负责人斯宾塞·威尔斯(Spencer Wells)说:“我们关注的焦点,是早期人类从非洲向外迁移的具体细节。”在最近的一篇报道中,该项目的科学家发现,在遗传上,非洲南部的克瓦桑语族人(Khoisan)在10 万年与其他非洲人还是相互独立的。在该计划的另一项研究中,科学家发现,黎巴嫩人基因库中的一些基因,可以追溯到参加十字军的基督教信徒和阿拉伯半岛的穆斯林信徒。