寻找人类祖先

在人类学上,现代人是否传承了尼安德特人这支古老人种的血脉,是一个争论不休的话题。最新研究成果披露了更多的细节,但仍无法彻底平息争论

大约20多万年前,欧洲大陆活跃着一群体格健壮、骁勇善战的原始人,其足迹甚至遍及西亚地区。这一人种的化石,最早是由几名矿工于1856年于德国杜塞尔多夫附近的尼安德河谷的一个洞穴中发现,人类学家因之将其命名为“尼安德特人”(Neanderthal,下称尼人)。

但4万年前,当现代人的祖先进入这片土地后,尼人却从历史舞台上神秘地消失了。他们缘何消失?是否在现代人的血缘中留下痕迹?在过去150年里,这些一直是科学家们争议不休的话题。

这一话题最近有了新的结论。11月16日出版的英国《自然》杂志和11月17日出版的美国《科学》杂志,同时发表了德国和美国科学家的最新成果,其结论是:尼人在几十万年前(《自然》的说法是50万年,《科学》的说法是37万年前)与现代人分离后,就独自进化,没有确凿证据能够证明现代人的体内留有他们的基因。也就是说,尼人仅仅是一个曾经存在过但早已灭绝的旁支,与现代人类不存在血缘关系。

就在此前不久,11月7日出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)也发表了一篇关于尼人的论文,结论却与之大相径庭。

该文指出,3.7万年前,现代人发生了一种特殊的基因变异。正是这种变异,使人类大脑相对其他同类,拥有了更多进化上的优势。由于这一时期恰好是现代人的祖先同尼人在欧洲共存的时期,因此,这种变异极有可能来自于两者的通婚。

短短时间内,出现了如此截然相反的研究结果。这使得“尼人之谜”变得更加扑朔迷离。

DNA分析技术

目前科学界普遍的看法是,从13万年前到4万年前,尼人是那个时期欧洲的真正“主人”。但由于其骨骼与现代人有明显不同,包括前额低而倾斜,眉骨向前突出,因此,一直被认为是人类进化史上最终归于灭绝的旁支之一。

实际上,关于现代人类的起源问题,长期以来有两种理论:多区进化说和非洲起源说。前者认为,现代人类是由当地的早期智人,如中国的陕西大荔人等,各自平行发展,演化成现代人类。而非洲起源说则认为,解剖学结构上的现代人类是在非洲形成,然后迁徙到世界各地。其中一支侵入到欧洲的尼人区域,消灭了当地土著,从而形成现代的欧洲人;另一支侵入亚洲地区,替代了亚洲土著,进而发展成现代的黄种人。

1987年,美国遗传学家卡恩(Rebecca L. Cann)和威尔逊(Allan C. Wilson)等人通过分析线粒体DNA(脱氧核糖核酸),指出人类的共同祖先起源于一位28.5万年前到14.3万年前生活在非洲的女性。此后,非洲起源说在“人类起源”的较量中逐渐取得优势,并开始被多数人所接受。

按照这一理论,当现代人类的祖先从非洲进入欧洲大陆后,尼人就开始走向衰落,直至最后灭绝。迄今为止,已经发现的距今最近的尼人遗迹,也在2.8万年前。关于他们消失的原因,至今众说纷纭。有科学家归咎于气候,但也有人认为是其在智力上的相对劣势造成的。

前文提到,这一结论的依据是DNA分析。大约在20世纪50年代中期,科学家们终于解开一个巨大的困惑,那就是双螺旋形状的DNA是主宰人类遗传的物质。

在动物细胞内,实际存在两种DNA:核DNA,位于细胞核中;线粒体DNA,位于游荡在细胞质内的线粒体中。通过分析它们的变异,可以判定生物体的遗传关系。借助这种方法对人类在不同进化时期的骨骼化石进行研究,就有可能沿着一条虚拟的“时间隧道”,甚至回溯到人类的幼年时代。

在构成人体最基本的单元细胞中,往往含有数百个线粒体,每个线粒体中又包含2到10个线粒体DNA,而核DNA的数量却只有46个。从线粒体中提取基因的可能性,要比从染色体中获得核基因的可能性大,这也是卡恩等人最早选择以此为突破口,来洞察人类进化奥秘的原因。

但不幸的是,线粒体DNA分析也有其自身缺陷。那就是它只包含母系的遗传信息,无法给出完整的“遗传图景”。因为在自然受精过程中,精子的细胞质是无法进入卵子的,能进入并且携带遗传物质的,只是细胞核。

这也为可能的争议埋下了伏笔。1997年,德国慕尼黑大学的科林斯(M Krings)等人通过对尼安德特人的线粒体DNA进行分析,发现现代欧洲人的线粒体DNA同尼人的截然不同。

也就是说,现代人和尼人遗传信息相互混合的可能性很小,尼人很可能只是人类进化过程中已经灭绝的旁支,而不是现代人的祖先。这一发现,也被《科学》杂志评为当年十大科技成就之一。

随着新技术的出现,从2005年7月开始,美国劳伦斯-伯克利国家实验室(LBL)的爱德华鲁宾(Edward M Rubin)等人,开始从尼人化石中提取完整的核DNA样本。

他们的研究成果发表于11月17日《科学》上,文章指出:尼人和现代人平均在37万年前就分开各自进化了。如果在这之后两者又通婚的话,那么,现代人的基因序列上应存在一些来自尼人的等位基因。但这样的情况并没有被发现,因此,尼人和现代人在约4万年前曾经通婚的可能性“几乎为零”。

此前,一些古生物学家一直认为,当尼人和现代人的祖先都生活在欧洲时,这两个族群曾大量杂交繁衍。但上述研究结论,显然沉重地打击了这种观点。

谁能还原“现场”?

在一起共同生存几千年的两个种族,没有发生大规模通婚,至少在部分科学家看来,这显得有些不合常理,甚至令人难以置信。

《美国国家科学院院刊》上论文的作者之一、美国霍华德休斯医学研究所研究人员华裔科学家蓝田(Bruce Lahn)在接受《财经》记者采访时表示,在欧洲、西亚乃至中东地区,科学家多次在临近区域发现了尼人和现代人的遗迹。而这些遗迹的年代,均在距今4.5万年前到3万年前之间,“他们不可能没遇见过。”

通过分析现代人类基因变异过程,蓝田所在的团队表示,现代人类祖先在3.7万年前,获得了让大脑获得一定进化优势的基因变异。而这恰在尼人灭绝之前,很可能源自“两者之间的通婚”。

“我们的发现,并不能确凿无误地证明尼安德特人就是这个等位基因的源头。”蓝田补充说,“但尼安德特人是最可能的来源之一。”

所谓等位基因,是在一对同源染色体上,占有相同位置的一对基因,它控制一对相对性状。他们发现,约七成的现代人拥有同样一种形式的变异等位基因(D等位基因);而其余的人,则拥有另外一种古老的等位基因(非D等位基因)。

非D等位基因一直在人类的谱系中遗传,而D等位基因,直到3.7万年前才通过一次联姻进入人类的谱系。而拥有这种基因的后代,逐渐获得遗传上的优势,并在长期进化中转化成人数上的优势。

“现在拥有D等位基因的人,在非洲以外的地区十分普遍。这表明它来自非洲以外的一个已经灭绝的远古人种,从时间上看,来自尼安德特人的可能性最大。”蓝田对《财经》强调,“现在地球上的大部分人,都拥有3.7万年前的同一个祖先,而其很可能就是尼安德特人。”

问题来了,到底谁是错误的?我们仍无法确定,因为现有的“工具”,还远不足以还原“现场”。

美国密苏里州圣路易斯市华盛顿大学人类学家艾里克特林库斯(Eric Trinkaus)在接受《财经》记者采访时认为,DNA分析只是一个人为设计的“花招”。它没法告诉我们,在3万年前到4万年前,尼人与现代人相遇时,究竟发生了什么。

特林库斯的研究小组在11月14日出版的《美国国家科学院院刊》发表的论文中,也通过对化石的重新分析,为尼人和现代人的通婚提供了新的支持。

中国的吉林大学边疆考古研究中心古DNA实验室主任周慧教授对《财经》记者表示,目前分子古生物学测定年代的技术,采用了分子钟的假设,即假定基因发生变异的速度是恒定的。而人类和黑猩猩之间基因,发生变异的数目和进化的时间是已知的,这样就可反推进化经历的年代。

但实际上,基因变异的速度并不是完全恒定的,它受到很多外界因素的影响,所以,估算出的时间也有一定的不确定性。比如此前提到的发生通婚的时间,实际上是在1.4万年前到6万年前之间,而3.7万年前只是一个平均数而已。

分子古生物学这种不确定性,也使得不少经典的古生物学家,宁愿与化石直接“对话”。

特林斯库分析的化石,来自1952年科学家在罗马尼亚南部一个洞穴发现的原始人遗迹。这些骨化石兼有现代人和尼安德特人的共同特点:狭窄的鼻子和窄小的前额属现代人类的特征,而明显突起的头颅骨和特别低的下颌骨又是尼人的特征。

“这些特征在非洲的现代人身上没有,只能是来自尼安德特人的。”特林库斯对《财经》记者强调。

通过对这些骨骼的碳同位素测年,发现它们距今约有3万年,正好接近尼人灭绝的时代。所以,他们认为,这些骨骼应该属于现代人和尼人共同养育的后代。

“现代人类开始在欧洲闯荡之后,3.5万年前确实和尼安德特人发生过通婚。那种认为现代人仅仅是取代了尼安德特人,两者从来没有发生关系的说法,应该被放弃了。”特林库斯说。

“时尚”遭遇“经典”

作为一个经典的古生物学家,特林库斯教授认为,从分子的水平上来分析古生物,虽然现在颇为“时尚”和“性感”,但很显然并不能从根本上解决问题。

他对《财经》记者表示,DNA分析有很大不确定性的另一个原因,是没有办法验证DNA样本是否曾经被破坏或者污染。因为在自然环境中古DNA很容易被破坏殆尽。而利用传统碳-14测年(碳-14作为一种放射性同位素,其含量会随着时间不断衰减),可以通过化学方法检验骨骼中蛋白质是否经历过变化,因而也更加可靠。

在他看来,分子生物学家应该和古生物学者开展“建设性的对话”,否则前者还会持续给出一些“幼稚可笑的结论”。

不过,《自然》杂志的文章作者之一、德国马普研究院理查德格林(Richard E Green)在接受《财经》记者采访时则表示,通过把尼人的古DNA和人类以及黑猩猩的DNA对比,可反映出尼人和现代人在遗传上分离成两个种族的时间大约在38万年前。但这并不意味着他们在那时就要分手,或变成两个物种,因为内部遗传上和外部形态的分野,未必是同步的。

而且,这个38万年前也是一个平均数,它的可能范围也在十几万年前到六十几万年前之间。

中国地质大学古生物学教授赖旭龙告诉《财经》,目前国际上无论从形态学还是从分子生物学研究上,均认为尼人是现代人演化上的一个旁支,这是没有争议的。而认为尼人与现代人在大约50万年前分离的结论,是基于分子钟的假说。目前虽然很难评价分子钟的精确程度,但马普进化人类学研究所的同事们得出的结论是“有一定可信度的”。

不过,他也提醒说,许多人类学家认为,在研究和探讨生物起源和进化时不能过分相信和依赖来自分子生物学的证据。特别是当这些证据与已经确定的化石记录相矛盾的时候,分析更要谨慎。

格林在接受《财经》采访时也谨慎地指出,分子生物学家们基于DNA分析的技术,对尼人和现代人是否曾经通婚的问题得出的答案都比较类似,由于资料有限,“还不能下明确的结论。”

而对于古生物学家更倾向于从形态学的观点,来推断尼人曾经和现代人留下共同的后代,他表示自己不是这方面的专家,“无法发表评论“。

但他强调,其发现只是否定了两者之间的大规模通婚的可能性,但并没有排除零星接触的存在。只有拿到更多更完整的数据,才有可能确定尼安德特人是否给人类留下了基因。而这可能需要从欧洲、西亚的更多地点,取得来自不同年代的尼人化石资料,才有可能确定到底他们和人类有没有通过婚。

吉林大学边疆考古研究中心古DNA实验室主任周慧教授接受《财经》记者采访时也认为,《自然》、《科学》上发表的两篇文章的意义,并不在新的结果本身,更多的在于提出了一种新方法,让我们能够从远古的化石样本中提取出尽量完整的DNA资料。“因为要揭开这个谜底,还需要很长时间,谁也不知道最后的答案。”她说。