智人之路 基因新证重写六十万年人类史

　　**章 骸骨工作 一截来自中国西部边境阿尔泰山脉适应性的指骨让我们认识了新的原始人。 在淘金过程中，基因研究者们拥有了一台能够创造奇迹的神奇仪器。 亚当和夏娃并没有生活在一起。 尼安德特人是一个假象。 侏罗纪公园让所有人都变得疯狂。 是的，我们每个人都是查理大帝的亲戚。 书桌上的一块骨头 2009年冬天的一个早晨，我在书桌上发现了一根手指的残余部分。没有指甲，也没有皮肤，实际上，它只是一根手指上指骨的顶端部分，比樱桃核还小。研究后发现，它其实属于一个5~7岁的女孩。这个指尖被装在一个普通的软垫信封里，自遥远的新西伯利亚寄来。不是每个人都愿意在早晨喝咖啡前于书桌上见到一块来自俄罗斯的残肢断体，但我却是个例外。 2000年，历时10年、耗资数十亿美元的“人类基因组计划”顺利完成人类基因组草图的绘制工作，时任美国总统比尔·克林顿在白宫举行的新闻发布会上郑重宣布了这项重大成果。一时间，DNA成为一个热门话题，为此，《法兰克福汇报》（Frankfurter Allgemeine Zeitung）特意用整个专题版面刊登了人类基因组的排列顺序——作为DNA组成部分的碱基A、T、C以及G之间的无数排列组合。在这段时间里，许多人突然意识到，遗传学将在未来产生巨大的作用。毕竟，DNA是人类生命的蓝图。 到了2009年，科学界距离这个目标已经越来越近。当时我在位于莱比锡的马克斯·普朗克进化人类学研究所（缩写为MPI-EVA）从事博士后研究，它是全世界**所使用高科技技术对古代人类骸骨的DNA进行排序的科研机构。经过数十年的努力，遗传学专家们终于能够凭借我书桌上的这截手指指骨对人类的进化史做出一些解释。这个出土于西伯利亚地区的古物是一位生活在7万年前的女孩的遗骨，她来自一个至今尚未被我们认识的人类物种。这一切都是通过几毫克的骸骨粉末和一台精密的测序仪发现的——就在几年前，由一个微小指尖引出其主人的起源还是一种不可想象的“高深技术”。骨头残片展示给我们的不只这些信息，从中我们还能得知，这位女孩和今天的人类到底有着怎样的联系和区别。 一天一万亿 DNA作为生命的蓝图，几百年来已经为人所熟知。1953年，詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）在罗萨林德·富兰克林（Rosalind Franklin）研究的基础上发现了DNA的结构。凭借此项发现，两人9年后获得了诺贝尔生理学或医学奖（富兰克林当时已经去世，年仅37岁）。此后，医学也成为推动DNA研究的重要领域，并*终启动了“人类基因组计划”。 20世纪80年代，聚合酶链式反应技术的发展是实现DNA破译——解读DNA中的信息——的一个里程碑。1今天测序仪的研制就建立在该方法的基础之上，它使测序仪能够读取一个DNA分子内的碱基序列。进入21世纪以来，测序仪发展迅速。回忆一下以前的计算机康懋达64（Commodore 64），再看看今天使用的智能手机，每个人都能想象出基因技术的更新速度有多快。 人类基因组由33亿个碱基对组成，这个数字让我们对破译DNA涉及的数量级有了一些了解。2 2003年，“人类基因组计划”结束，当时破译一个人的遗传信息需要花费10年以上的时间。3如今，在实验室里，我们每天对数以万亿计的碱基对进行分析。过去12年时间里，测序仪的工作能力提高了几万倍，我们现在已经可以做到在一台测序仪上同时解析300个基因组。10年后，在全世界的范围内，人们有把握破解数百万人的基因组，尽管未来的发展一直被低估。DNA测序会变得越来越快捷，成本越来越低，*终被所有人接受。到那时，基因组检查的费用将会低于全血细胞计数的费用。可以想象，不久的将来，对年轻的父母来说，破译新生儿的基因组将成为一种惯例。DNA测序为我们提供了做梦也想不到的可能性，如提早发现某些疾病的基因易感性以及提高自身潜能。4 医学界为了更好地了解疾病以及研发新的治疗方法和药物而着眼于破译当今人类的基因组，与此同时，考古遗传学家则利用人类遗传学的研究方法，分析考古发现——远古时期的骨头、牙齿以及土壤——的样品，提取其中的DNA来推断死者的出身和来源。这为考古学开辟出一条全新的道路。与以往不同的是，这种研究方法不再只是依靠理论和阐释，而是将基因分析视作论证（如对于人类迁徙活动的研究）的依据，其准确度远超以往。能够破译远古时期的DNA对考古学的重要性不亚于发生在20世纪50年代的那一次科技革命。在此期间，考古遗传学家用以估算考古发掘物年代的放射性碳测定方法有了一个全新基础，我们**次可以让确定人类骸骨年代的工作变得令人信服，虽然还无法精确到年。5现在，考古遗传学家甚至可以做到看过骸骨的残片后，就能发现其中的联系，甚至发现这些骸骨的主人都不知道的联系。数万年以来，遗存在地球上的人类骸骨成为过去历史的珍贵“送信者”，它们书写了我们祖先的故事。本书将讲述这些故事，其中许多故事大家可能会是**次听说。 突变带来的进步 考古遗传学，这一新兴的学科可以帮助我们找到人类历史中*古老的和*基本的一些问题的答案：是什么让我们成为人？我们从哪里来？我们怎样变成了今天的样子？ 斯万特·帕博（Svante P??bo）是该研究领域*重要的先驱之一。自1999年以来，他一直担任位于莱比锡的马克斯·普朗克进化人类学研究所的所长。1984年，在瑞典的乌普萨拉大学（Universit?t Uppsala）攻读博士学位期间，帕博趁着夜色偷偷从医学院大楼的实验室里提取了一具古埃及木乃伊的DNA。从此，他开启了自己辉煌的职业生涯。2003年，帕博教授在莱比锡招收我作为他的研究生。经过两年时间的学习，我确定了自己博士学位论文研究的主题。他建议我和他的团队一起破解尼安德特人的基因组。这是一个疯狂的举动：根据当时的技术水平，这样的工作需要数十年才能完成。此外，我们还必须立即把几十千克珍贵的尼安德特人的骸骨研磨成粉末。当然，我相信帕博以及他从实际出发评估项目的眼光，因此接受了邀请。事实证明，这个决定是正确的。得益于测序技术的迅猛发展，我们在3年后就完成了这项工作，而且骸骨研磨工作也比预想的要少得多。 也正是在此期间，这截手指指骨从阿尔泰山区运送到了我这里。骸骨是考古遗传学的数据载体，我们从中可以发现许多有价值的东西。这块骸骨的主人是我们的直系祖先吗？还是说她的后代已经在什么时候灭绝了？如何区分出她的遗传物质和我们的遗传物质之间的不同？原始人基因组因此成为放置我们今天DNA的“模板”。身为科学家，我们对模板上“不匹配”的位置很感兴趣，因为这些“不匹配”其实就是我们的DNA发生的变化，即基因突变。虽然传到许多人的耳朵里时，“基因突变”可能会带有一种让人不舒服的言外之意，但“突变”却是进化的发动机，也是人类在今天看来不同于黑猩猩的原因所在——这种巨大的不同甚至可以用动物园里的栅栏隔离开来。对考古遗传学而言，突变是人类历史发展的里程碑。 阅读这一章节的这段时间里，你体内上百万细胞的DNA也正在发生无数化学变化，因为细胞不断死亡，就需要不断更新——皮肤上、肠道里，无处不在。该过程中的差错被我们称作“突变”。鉴于细胞的更新频率非常快，突变会频繁发生也就不奇怪了。通常情况下，身体可以立即修复突变，但修复并不总是有效。当突变出现在人类的生殖细胞中时，如在精子和卵子细胞里，它们会作为遗传物质传给下一代。身体此时开启了自我保护功能：大多数携带会导致严重疾病的突变的生殖细胞会凋亡。较小的突变或许能够逃过劫难，这样一来，基因上的改变就可能被遗传下来。6 让后代变得更多的基因改变在群体中传播得更快，因为这些改变被更加频繁地传递。例如，人类比他们的远方亲戚——类人猿——有着更少的毛发。这可能就是多次基因突变的结果，在此过程中，人类进化的不是毛发，而是汗腺。凭借着这种新型“冷却系统”，毛发稀少的原始人能够长时间奔跑、更好地狩猎以及逃跑，因此寿命更长，更有机会繁衍后代。而拥有让毛发变得更多的遗传物质的原始人却在这些方面吃了亏，*终走向消亡的命运。实际上，大部分的突变都没有针对性和指向性，也不会带来什么好的发展。它们中的一些不会对机体有任何影响，另一些则会带来损害，因此被负向选择（被剔除）。只有很少的一些例外，即那些已被证明对生存和繁殖有利的改变，才会被正向选择。这样的突变在人类族群里扩散开来，持续推动人类发展。进化就是这样一种经过不间断实践检验而发生的偶然性共振。 来自原始人的问候 对考古遗传学家来说，研究古老骸骨里的遗传物质就像是坐上了时光机：借助生活在数万年前祖先们的DNA，我们可以了解到哪些基因突变至今仍在人类身上发挥作用，哪些身体特征已经消失了。研究这截来自俄罗斯的指骨时，我们希望找到上述问题的答案。 阿纳托利·德雷夫扬克（Anatoli Derevjank），俄罗斯*著名的考古学家之一，在阿尔泰山区海拔700米高的丹尼索瓦（Denisova）洞穴里发现了7万年前的人类骸骨。该山脉位于莫斯科以东3500多千米，地处中国、哈萨克斯坦和蒙古三国交界地区（亚洲中部）。丹尼索瓦洞穴不仅是一个深受人们欢迎的度假胜地，多年来，它还是一个科学研究宝库，科学家们定期在这里发掘来自石器时代的骸骨，以及各式各样人类手工制作的物品。阿尔泰山区就像你想象的西伯利亚一样，这是一个很大的优点，因为寒冷的气候有利于保存挖掘出来的文物。我和斯万特·帕博以及一些同事在2010年年初来到这个地区。见到德雷夫扬克后，我才知道，当气温在零下42℃时，人的皮肤上会长出冰晶。 ……"