我們從哪里來?或者更進一步說,現代人從哪里來?
回到漫長的人類歷史中,“出非洲說”曾作為上述問題的一個答案風靡一時。在很長一段時間里,人們都相信,非洲以外的現代人都來源于非洲晚期智人在大約5萬年前的一次遷徙。
然而,傳統的“出非洲說”并不是問題唯一的答案。研究者們如同拼拼圖一樣四處突圍,從邊緣切入謎團核心,試圖拼湊出其他有可能的答案。如今,一塊新的“拼圖”被找到了。
近日,中南大學教授黃石團隊中的研究人員王明睿在此領域進行了研究,研究論文發表于《人類遺傳學》。此次研究挑戰了“出非洲說”,為遺傳多樣性上限理論和以該理論為基礎推導的現代人起源自東亞的學說提供了強而有力的證據。
我們從哪里來:從“出非洲說”到“出東亞說”
黃石介紹,最早的直立人出現于非洲和歐亞大陸。直立人如何演化為與當代人沒有顯著差異的現代智人,即現代人起源問題,在學術界存在較大爭議。在現代人起源這一問題上,目前主要存在三個假說——“出非洲說”“出東亞說”“多地區進化說”。
其中,“出非洲說”認為,現代人最早起源于非洲南部。在約5萬年前的一次遷徙中,他們走出非洲,在世界各地繁衍進化。歐亞大陸地區的古老人種均未能成功進化成現代人,他們的后代要么自然滅絕了,要么被從非洲遷徙而來的現代人取代了,最多只對當地的現代人貢獻了一小部分基因。
1983年,斯坦福大學的人類學大師卡瓦利-斯福扎教授最早提出了“出非洲說”模型,彼時,“出非洲說”尚未得到普遍認可。直到1987年,一篇發表在《自然》雜志的線粒體譜系樹論文將人類的起源地確定在非洲,讓“出非洲說”走上流行之路。
鮮為人知的是,卡瓦利-斯福扎在1983年的論文中只是把“出非洲說”模型作為兩個可能模型中的一個,并且認為它不如另外一個模型合理。
“1983年論文里卡瓦利-斯福扎的另外一個模型就是‘出東亞說’,該模型根據線粒體的中心單倍型來確定起源地!秉S石表示,“雖然該論文認為這個模型更合理,卡瓦利-斯福扎后來在他撰寫的一本專著里也進一步肯定了這個模型的數據和邏輯,但由于種種原因,該模型自提出后就被長期埋沒了!
此外,關于現代人起源的第三個假說是“多地區進化說”。黃石指出,該假說認為各主要地區的現代人來自近200萬年內各地區本土人類的連續進化與部分雜交。按照多地區進化說,中國現代人類演化呈現為網狀連續進化附帶雜交,發現于周口店的北京人可能就是現今中國人的祖先。
“我們的分子研究發現,常染色體的遺傳多樣性基本支持主要人種各自獨立分化了200萬年的假設,在一定程度上驗證了‘多地區起源說’!秉S石補充道,“但單親染色體的起源地是在東亞單地,這更加支持了人類起源自東亞的假設!
假說的理論基礎:兩大典型分子進化理論
人類起源是一個延續幾萬年甚至幾百萬年的謎團。分子進化理論就是解決人類乃至生物起源的一柄“利器”。無論是“出非洲說”“出東亞說”,還是“多地區進化說”,都是站在分子進化理論的“肩膀”上回看人類的歷史,從而得出的相關假說。
“現代人起源的不同分子模型都依賴分子進化理論對遺傳多樣性數據的推導!秉S石解釋道,“‘出非洲說’是由上世紀60年代提出的分子鐘中性理論推導而來,而‘出東亞說’的推導則是基于遺傳多樣性上限理論!
黃石補充說,上述兩個分子進化理論都源于對一個驚人的分子進化現象的解讀。1963年,分子進化領域具有奠基意義的現象——遺傳等距離現象被發現;谶z傳等距離現象,一個魚類等簡單物種與一個青蛙等較高等物種的某蛋白的分子序列距離,大致等同于其與人這一最高等物種的距離。與這個現象幾乎同步出現的分子鐘假說則把分子鐘當成自然界普遍存在的現實。緊接著,木村資生在1968年提出了分子鐘中性理論,此后的“出非洲說”正是建立在這一理論基礎之上。
然而,黃石認為,分子鐘中性理論對遺傳等距離現象的解讀在一定程度上是錯誤的。經歷了研究與思考,黃石于2008年提出了遺傳多樣性上限理論。黃石指出,遺傳多樣性上限理論吸收了分子鐘中性理論的合理部分,但在很多核心觀念上都與這個流行理論完全對立。例如,遺傳距離或遺傳多樣性有上限且目前已達到上限、上限主要是由物種復雜性決定、簡單物種的遺傳多樣性上限值或容錯度高于復雜物種、高等復雜物種的進化伴隨有遺傳多樣性上限的壓縮、大部分遺傳變異或遺傳多樣性水平受到自然選擇等。
“在遺傳多樣性方面,分子鐘中性理論假定遺傳多樣性不受自然選擇影響,可以被看作是一個中性的判斷進化時間的計算指標!秉S石表示,“相反,遺傳多樣性上限理論認為,遺傳多樣性目前處在上限值,被自然選擇維持在一個平衡態,其水平高低主要由物種的復雜性來決定,與復雜性成負相關。而復雜性的一個重要衡量指標是細胞種類數目。由于腦細胞的種類在各類細胞中最多,因此心智功能是復雜性的一個關鍵指標!
破解人類起源的“利器”:古DNA測序研究
此次研究中,王明;谶z傳多樣性上限理論,分析了40多萬個英國人的多種基因型與表型數據,計算了被試遺傳多樣性的多項指標及其與17個性狀的相關性。結果顯示,只有受教育程度這一與智商高度相關的性狀與遺傳多樣性呈顯著負相關。
研究證實了遺傳多樣性是心智功能的一個新的遺傳因素,挑戰了傳統的“出非洲說”。研究認為非洲南部桑人的遺傳多樣性最高是自然選擇的結果,與進化時間或人類祖先其實沒有什么關系。同時,該研究印證了遺傳多樣性上限理論,為“出東亞說”提供了證據。
破解人類起源地的謎題不僅仰賴理論創新,更要引入先進技術,回到問題的源頭,向古人類DNA“要答案”。黃石表示,幾萬年前以上的古人類化石中有不少在表型上現代特征和古老特征并存,且在非洲和歐亞大陸都有發現。因此,較難通過未來發現的某個地區的某個古人類化石表型來“一錘定音”,解決人類起源地之謎。
“近年來,各國研究者已經積累了大量古DNA研究數據。最有希望破解人類起源之謎的研究就是古人類的古DNA測序研究!秉S石補充說,“在研究人類起源這一問題上,古DNA測序研究是最有說服力的。因為進化譜系樹是用當代人的DNA構建的,在性質上屬于對古代分化事件的猜想,其前提存在不確定性。想要判斷一個分枝譜系是否真的存在,只有古DNA才是真憑實據的見證!