基因裡的人類遠古故事

雜誌目錄知識新知 10/01/2012


利用分子鐘技術,調和了過去基因與化石證據對遠古歷史關鍵時間的分歧,然而這個更慢的演化時間,也造成不同物種演化分歧上的明顯問題,使問題更形複雜。

以往我們只能倚靠人類祖先遺留的骨骸及工具追想他們的昔日生活,一九六○年代發現的DNA賦予我們另一種解讀方法。其中某些結果很有啟發性,例如DNA研究顯示,所有現代人都源自十萬年前非洲的祖先。但此方法所提出人類進化史關鍵時刻發生點,卻與考古學完全不符,令人費解。

多賴DNA變異速率預測的進步,可以用分子鐘來確立遺傳學年代,使得現今考古學家及遺傳學家才開始能把故事拼在一起。英國伯明罕大學的考古學家羅斯(Jeff Rose)說,「遺傳學及考古學終於能重新取得某種程度的共識,委實令人意外。」參考彼此的數據,考古學者及遺傳學者現在可以更具信心地著手處理人類歷史中種種細微問題。英國新克斯頓的衛康信託基金會桑格研究所演化基因組學家史卡利(Aylwyn Scally)說,「他們得相信這個故事是真的。」

DNA鐘的觀念很簡單:比較兩個物種基因序列上鹼基的差異,就可以推演出他們共同祖先生存的時代,距今有多久。然而這個預測成功的前提是,遺傳學家必須知道一個重要的資訊:DNA鹼基發生改變的速率。

遺傳學家早先是以人類與其他靈長類動物基因組的差異,來預測突變速率。諷刺的是,取得物種差異的時間點的方法,卻是靠化石證據,而以此為基礎科學家做出結論;人類的的DNA中每個鹼基發生突變的機率約為每十億年一次。德國馬克斯普朗克研究院演化人類學分子人類學家維吉蘭特(Linda Vigilant)認為,「這是一個可疑的概略數。」結果他的懷疑確實有理。

在過去幾年,藉由數十個家庭的完整基因組定序,並比較雙親與孩子的突變率,遺傳學家能夠親眼目睹分子鐘的運作。史卡利聲稱,這些研究顯示,這個鐘走的速度或許是先前預測的一半。

在發表於九月十一日的評論文中,史卡利與他的同事杜賓(Richard Durbin)採用較慢的速率,重新評估人類演化中的關鍵時間分歧點。「如果突變的速率降低為一半,所有預估的年代都會增為兩倍。」史卡利說,「這樣會產生南轅北轍的結果。」然而最近分子鐘預估的年代,與考古學上的關鍵時程更加吻合。

舉例來說,西班牙阿塔波卡地區的胡瑟裂谷出土的四十萬至六十萬年前海德堡人骨,是尼安德特人的直接祖先。而基因研究推測,尼安德特人的先祖,是在更為近期約二十七萬至四十三萬五千年前,由演化成現代人的一個分支分化出去的。比較慢的分子鐘,將此一分支日期推到更為可靠的六十萬年前。

如果分子鐘確實是慢一些,科學家就必須重新思考史前時代晚期發生的轉捩點,包括現代人遷徙離開非洲的時間點。世界各地人種所做的遺傳研究顯示,歐洲及亞洲人約在六萬年前離開非洲。史卡利說,這個年代導致許多人認為,在以色列發現的十萬年前人類化石,代表那是全球大遷移的一個終點而不是起點。史卡利的結論使「走出洲起」的時間推遲到十二萬年前,並指出以色列遺址,其實是人類遷徙到亞洲及歐洲的跳板。

中東有數個遺址,出土顯然由現代人類製造的工具,年代被定在十萬年前,而最新遺傳年代測定與之完全吻合。那時候非洲與阿拉伯半島間的海平面比今日低,更加潮濕的氣候可能使島上草木豐美、適宜人居,也許呼喚近代人走出非洲。羅斯研究的阿曼即是其中的一個地點,他表示自己自從讀了史卡利及杜賓的論文之後,已經「欣喜若狂」了。

英國牛津大學考古學家派查格利亞(Michael Petraglia)認為,對於人類是否早在比六十萬年更早就深入亞洲的爭議,修正後的分子鐘可能有助釐清真相;而他認為這個時間應該更早。

儘管變慢的分子鐘與人類演化的故事相符,但越往前推演則越顯奇怪,位於麻州波士頓哈佛醫學院的演化遺傳學家瑞奇(David Reich)解釋,「你無法兩者兼顧。」

舉例來說,目前提議的變異速率的下限,會把人類及猩猩的共祖推遲到四千萬年前,瑞奇說,這比大量化石證據得到的日期早了超過兩千萬年。這個走得非常慢的分子鐘,會把人類與猴子的共同祖先與最後的恐龍共存。瑞奇嚴肅其事的說,「這就使情況非常複雜。」

包括史卡利在內的部分研究員假設,在過去的一千五百萬年突變速率減慢了,因而產生如此大的差異。化石證據指出祖猿體型比現在的小,而越小的動物繁殖的速度越快,因而會加快突變的速率。

瑞奇則認為,沒有任何具體證據支持這樣的假設。他同意分子鐘的速度應該比預期的慢,但是問題在於有多慢。「我堅決認為,人類突變的真實速率仍懸而未決。」
【知識通訊評論月刊一二○期】2012.10.01

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