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非洲伊甸園:揭秘Y染色體亞當與線粒體夏娃

非洲伊甸園:揭秘Y染色體亞當與線粒體夏娃

遍佈全球的人類究竟是同源進化而來,還是各自獨立演化呢? 今天,我們就來探討這個令人著迷的話題。 人類起源這一議題已延續了兩百多年,自十九世紀初起,學者們便爭論全世界人類是否擁有共同祖先。 雖然達爾文在《物種起源》中並未專門討論人類起源,但在晚年出版的《人類的由來》一書中,他明確表達了自己支持“非洲起源”的觀點。

達爾文曾這樣描述他的假說:“我們早期的祖先很可能居住在非洲大陸,而非其他地方。”他認為,經過漫長的歷史演變,地球上必定經歷過多次重大革命,為大規模遷徙提供了充足的時間。 令人讚歎的是,達爾文在1871年提出這一觀點時,尚未有任何化石證據能够佐證非洲起源的假說; 直至1920年代以後,我們上期節目中提到的湯恩小孩、Lucy以及其他南方古猿化石陸續出土,才為達爾文的理論增添了實證依據。

然而,在達爾文1871年提出非洲起源理論時,他也面臨著不利的證據:早在1856年,德國尼安德河谷就已發現尼安德特人的化石,當時歐洲學者普遍認為尼安德特人是歐洲人的祖先,囙此堅信歐洲人才是從歐洲起源。 正是在這種種爭議中,達爾文依然敢於提出非洲起源的假說。 隨著南方古猿化石的陸續發現,非洲起源的論調雖然變得更有分量,但爭議依然存在。

雖然南方古猿化石可追溯至三四百萬年前,其他地區也陸續發現了諸多古人類化石:元歐人的化石約有一百七十萬年歷史,找挖猿人則可追溯到一百萬年前,而北京猿人的化石則約為七十萬年。 儘管這些發現時間較南方古猿略晚,但誰又能保證將來不會發現比非洲更早的人類化石呢? 這無疑是個難解的謎題。 幸運的是,基因學和遺傳學的發展為我們提供了更為有力的證據。 自二十世紀後期以來,科學家們借助基因測序科技追溯人類起源,使得證據更加直觀、說服力更强。

試想一下,如今我們驗證兩人是否有血緣關係時,最直接的方法莫過於驗DNA。 基因證據囙此成為最簡單而直接的證明手段。 在這裡提到的“亞當和夏娃”,自然不再是聖經中那對神話人物,而是指遺傳學領域中的“Y染色體亞當”和“線粒體夏娃”。 先說Y染色體亞當:眾所周知,人類性別由性染色體决定,男性為XY組合,女性為XX組合。 在受精過程中,父母各貢獻一條染色體; 如果父親貢獻的是X染色體,則孩子為女孩,貢獻Y染色體則為男孩。 由於Y染色體只在男性之間傳承——父親傳給兒子,兒子的Y染色體又來自於他的父親,如此迴圈——我們便可以追溯全世界男性的Y染色體家譜,就像翻閱家族族譜一樣。 每個家族的譜系都可以追溯到同一比特始祖,而這條貫穿全球男性的血脈最終必定歸結到一個共同的祖先——這就是所謂的Y染色體亞當。 當然,有觀眾可能會疑問,既然全世界男性都源自於同一個人,是否意味著他那個時代只有一個男人存在呢? 實際上並非如此,亞當生活的時代也有其他男性,只不過在某些世代裏,他們或因沒有後代,或因後代全部為女性,最終導致他們的Y染色體未能傳承下來。 即使如此,他們的基因依然通過X染色體延續至今。 囙此,說他們“絕後”是完全不準確的。

接下來,再來說說夏娃。 由於女性沒有Y染色體,那麼如何在全球女性中找出一個共同的始祖呢? 這時,線粒體DNA就發揮了關鍵作用。 原來,細胞中的DNA不僅存在於細胞核內,在線粒體中也有DNA。 根據內共生理論,線粒體最初是由細菌演變而來,囙此其遺傳物質也保留了細菌的特性。 在受精過程中,卵細胞會自動摧毀精子中的線粒體,使得後代無論男女,只能繼承母親的線粒體DNA。 正因如此,線粒體DNA在母系傳承中也展現出類似於Y染色體的獨特性——只有女兒可以繼續傳遞。 如果某一代的後代全部為男性或無後代,那麼那一系的線粒體DNA便會“滅絕”。 不過,與Y染色體不同的是,這些女性祖先的基因仍然可能通過兒子傳承下去。 利用這種遺傳特性,科學家們得以追溯全世界女性的血脈,從而確定了共同的母系祖先——線粒體夏娃。

現時的基因測序資料顯示,線粒體夏娃大約生活在距今十四到二十萬年前,而Y染色體亞當則約生活在距今二十到三十萬年前。 需要注意的是,這一時間估計是基於現有基因測序結果,隨著更多未知人群樣本的測序,時間界限可能會有所調整。 比如,在2010年前的研究中,Y染色體亞當的年代曾被認為僅在五到八萬年前; 而2013年的新樣本出現後,科學家們便將這一估值調整為二十到三十萬年之間。

瞭解了Y染色體亞當和線粒體夏娃的概念後,我們不難發現,通過兩條獨立的基因傳承線路——一條為男性、另一條為女性——所推匯出的人類起源結論具有更高的可信度。 兩項研究結果相互印證,最終繪製出一幅完整的人類起源與遷徙地圖:非洲起源,再加上南方古猿化石的支持,使得非洲起源成為現時獲得壓倒性證據支持的理論。

進一步地,科學家們通過對全球高山族的基因測序,分析了基因樣本間的細微差异,從而判斷出哪些基因較為古老,哪些則較為新近,並推測出人類遷徙的大致路線。 雖然涉及的專業知識較為複雜,感興趣的朋友可以自行查閱相關論文,而在這裡,我們重點關注結論:現代人類大約起源於二十萬年前的非洲,並於六萬年前開始走出非洲,擴散至世界各地。

此處或許會有人問:如果人類是在二十萬年前才起源於非洲、六萬年前才走出非洲,那麼如何解釋那些幾十萬甚至上百萬年前的古人類化石呢? 在這裡,我們需要對古人類進行分類。 首先,談及現代人類的直接祖先——六萬年前走出非洲的那批人,我們通常稱他們為“智人”,也就是說,我們都是智人的後代。 而在智人出現之前,早已有人類先驅走出非洲,其中幾個典型代表值得一提。

現時發現的最早走出非洲的人類被稱為直立人,他們大約在兩百萬年前陸續離開非洲,例如元謀人、北京猿人、爪哇猿人等均屬於這一批。 從化石證據來看,這些古人類在智人到來之前就已滅絕,囙此與智人之間沒有直接交集,這一點也從基因測序結果中得到了驗證。 緊接著,在直立人之後,大約在距今五十萬年前,又有一批人走出非洲,這批人被稱為海德堡人。 海德堡人離開非洲後,又分化出兩支:一支向北遷徙至歐洲,成為尼安德特人; 另一支則為丹尼索瓦人,他們向東方發展,分為一路北上抵達西伯利亞,另一路則一路東南,直至澳大利亞。 有人或許會疑問,五十萬年前他們怎能跨越海洋到達澳大利亞? 這就不得不提到冰期的重要前提:在直立人、丹尼索瓦人以及後來的現代人擴散時,由於大量水分以冰的形式存在,海平面遠低於今天,大約低了百米左右,使得東南亞群島連成一片,澳大利亞與亞洲也因陸地相連,從而為早期人類的遷徙提供了得天獨厚的條件。

繼續談到尼安德特人與丹尼索瓦人,雖然他們最終都未能延續至今,但與直立人不同的是,他們在現代智人到來時仍然存在,與智人共處一段時期。 從考古和基因證據來看,現代人類除了撒哈拉以南非洲外,其餘地區人群均含有約1%至4%的尼安德特人基因; 而澳大利亞高山族和巴布亞人的基因中,則有3%至6%的成分源自丹尼索瓦人。 這表明,現代智人與這些早期種群不僅曾同處一地,甚至有過基因交流,但無論如何,這些其他古人類最終都滅絕了,地球上只剩下了現代智人這一支脈。 歷史上歐洲人征服美洲和澳大利亞的情形也曾出現過類似局面,但現代智人的擴散早已為先例。

接下來,我們來說說現代智人在遺傳學研究中的細分。 科學家們將現代智人的Y染色體按照分化時間由早至晚劃分為從A型到S型的不同等級:越早分化的基因代表越古老的族群,而晚分化的則代表新近出現的分支。 最古老的A型和B型至今只分佈在非洲,表明這部分基因在過去的二十萬年中並未離開非洲。 而第一批走出非洲的智人,則主要攜帶C型和D型基因。 大約六萬年前,C型和D型基因隨智人走向非洲之角,他們首次接觸大海,驚歎於海灘上豐富的貝類資源——這無疑比廣闊的草原更具吸引力。 於是,他們沿著海岸線一路擴散,最終蔓延至澳大利亞大陸,這也解釋了為何澳大利亞高山族中C型基因佔有較大比例。 從分佈圖來看,蒙古和西伯利亞地區C型基因的比例同樣很高,這表明除了沿海到達澳大利亞的分支之外,還有一部分人向西伯利亞方向擴展。 這不禁讓人聯想到,正是與數十萬年前丹尼索瓦人的遷徙路線驚人地相似。 這究竟是巧合,還是另一種原因呢? 我認為可能存在兩種可能性:一是當年沿這兩條路線的區域食物更為充足; 二是C型智人可能沿著丹尼索瓦人先留下的生存足迹前進,甚至不排除他們在擴張過程中存在掠奪和競爭的可能。

談完C型,接下來看看D型的命運。 從基因測序結果來看,D型基因在三個區域的比例尤為突出:首先是印度洋北部的安達曼群島,幾乎所有安達曼男性均為D型; 其次是中國西藏; 再就是日本。 除了這些區域外,東亞大部分人群主要攜帶O型基因,而O型基因大約在一萬年前從K型分化出來,可謂是非常年輕的基因。 雖然O型基因相對年輕,但卻迅速崛起,將最早到達亞洲的C型和D型的勢力搶佔,最終在東亞和東南亞佔據主導地位。

此外,觀察美洲情况可以發現,美洲高山族主要攜帶較年輕的Q型基因,這表明人類是較晚才到達美洲的。 Q型基因的分佈比例也證明,人類是通過白令海峽從北向南逐步擴散至整個美洲大陸,這一點與考古學證據完全吻合。 由此,通過Y染色體基因測序推導出的非洲起源和人類遷徙路線顯得异常令人信服。

最後,讓我們關注一下現代智人的後續發展。 科學家們根據基因測序,將現代智人的Y染色體劃分出多個亞型,並以A到S的等級次序排列。 最早的A型和B型現僅出現在非洲,說明這部分古老基因在二十萬年間始終未曾走出非洲。 而第一批走出非洲的智人主要攜帶C型和D型基因,他們於六萬年前踏上非洲之角,沿海岸線擴散至全球。 正如前文所述,除了沿海到達澳大利亞的分支,C型智人還向西伯利亞方向擴散; 而D型基因在安達曼群島、中國西藏及日本等地則有極高比例。 從東亞來看,雖然O型基因較年輕,卻以後發制人的態勢搶佔了早期C型和D型的地盤,最終在東亞、東南亞地區佔據主導地位。 至於美洲,美洲高山族主要攜帶Q型基因,再次印證了人類是從白令海峽進入美洲大陸,由北向南擴散的結論。

綜上,通過對全球各地高山族的基因測序和細緻分析,科學家們成功還原了人類起源和遷徙的壯麗圖景:現代人類大約二十萬年前起源於非洲,並在六萬年前走出非洲,逐步擴展到全球各地。 若您對人類起源和進化有不同見解,歡迎在留言中與我們探討,我們將在下一期節目中詳細解析大家感興趣的問題。

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