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今天要介绍的是一本名为尼安德特人的书
一八五六年
工人们在杜塞尔多夫东部十公里处的尼安德特河谷清理采石场的一个小山洞时
意外发现了一具头骨和其他一些骨头
起初
人们认为这些骨头是熊的骨头
但几年之后
经过鉴定
科学家们发现这些骨头与现代人非常相似
属于远古人类
这种古老的人类被称为尼安德特人
因为他是在尼安德特河谷发现的
随着考古发掘的深入
科学家发现了许多欧洲国家
如英国
法国 比利时
甚至西亚及中亚
科学家把他们统称为尼安德特人
尼安德特人曾一度被认为是现代人类的直系祖先
但后来的研究结果证明
这种观点是错误的
尼安德特人究竟是谁
他们与现代人类有何关系
今天我们要讲的这本书
将会从DNA的角度
一点一点的揭开尼安德特人的秘密
本书作者斯万特
帕伯
瑞典进化遗传学家
现为德国莱西马克斯普朗克学院演化人类学研究所所长
他同时还是瑞典皇家学会和英国皇家学会的成员
古遗传学的开创者之一
致力于研究尼安德特人谷DNA序列
是尼安德特人研究领域的先驱
一九九七年至二零一零年间
他领导的科研团队发表了两篇关于尼安德特人DNA排序的重大论文
在这本书里
帕伯不仅讲述了尼安德特人发现与研究的过程
还讲述了人类起源理论如何一步一步的革新
下面
我将分三个部分来解读本书的主要内容
第一
为什么我们一开始就把尼安德特人当成了现代人的祖先
第二个问题
DNA技术的发展时我们认识到尼安德特人有了新的认识
第三名呢
现代人和安德特人之间到底有什么关系
首先
让我们从本书的第一部分开始
为什么我们一开始就把尼安德特人当做现代人的祖先呢
最初
人们相信上帝创造了人
比如圣经
创世纪中
上帝创造了地球
认括地球上的所有生物和人类
这些物种永远不会改变
十九世纪五十年代
达尔文提出进化论
认为万物都是经过几百万年的演化而成
其中人类是由类人猿进化而来
十九世纪
欧洲发现了大量的古生物化石
对神创论提出了挑战
就拿始祖鸟化石来说
它比上帝创造地球一万三千年还要早
我们今天的主角尼安德特人生活在二十万至三万年前
基于对尼安德特人和其他人类化石的研究
科学界提出了多区域起源说
集人类起源于不同地区
让我们从尼安德特人开始吧
研究发现
这些人的外貌和外貌都有细微的不同
比如他们的脖子比较宽
枕骨只有后脑勺比较高
看起来像是在脑后扎了个发髻
其他体态特征与现代人十分相似
尼安德特人还会使用工具
弹奏音乐
照顾生病的人
并在重大节日举行祭祀活动
尼安德特人一度被认为是现代人类
尤其是欧洲人的祖先
二十世纪时
考古学家发现了世界各地的人类化石
其中最古老最低级的是非洲
与猿类的化石更为接近
比方说肯尼亚发现了一百六十万年前的图尔卡纳男孩化石
而埃塞俄比亚发现的路西石化石则生活在三百二十万年前
露西属于南方古猿
它已经开始从猿类进化为人类
图尔卡纳男孩比露西更像是现代人类
从化石上来看
它已经完全靠着双腿形走
双手也解放了
被称为直立人
早在二十世纪初
古人类学家就根据化石年代的远近
推断出人类进化的道路
南方古猿进化为直立人
而直立人在一百多万年前逐渐走出非洲
遍布世界各地
比如
他们来到东亚
演变成了我们所熟知的元谋人
北京人成为现代东亚人的祖先
嗯
爪哇人在东南亚地区演化
成为东南亚人的祖先
这个分支后来来到亚洲西部和欧洲
后来被称为尼安德特人
不同种族在不同的地方分别进化
这就是多个区域起源说
科学家们提出多区域起源的原因不仅仅在于化石的年代
还有物种的形态
根据形态分类的方法来自著名的瑞典博物学家林奈
一八三零年代
林奈出版了自然系统
首次提出系统的生物分类法
通俗点来说
就是按照生物的形态来划分生物
其中最小的单位是种
我们称之为种
同一种是最相似的生物的总和
比如一个人长得高矮胖瘦
肤色不一样
但长得很像
都属于人类
根据林奈的分类方法
后人不仅认为形态相近的物种因归类
而且有亲缘关系
然而
生物却可以随时改变形态
以适应环境的变化
因此
通过形态学分类来判断其血缘关系并非总是正确的
比如
因为他们长得很像
所以琳娜把鲸鱼归为鱼比在我们知道
鲸是哺乳动物所不能适应的
它之所以长得这么像
完全是因为它适应了海洋环境
在澳大利亚还有一种叫做塔斯马尼亚虎的带狼
已经灭绝了
因为它看起来很像狼
身上的条纹很像老虎
科学家一度认为他是狼或者老虎的近亲
但进一步研究发现
他和狼
虎的关系并不是很好
就像澳大利亚带熊
带欢这样的有带动物一样
虽然他们都有一个共同的特点
那就是他们曾经是澳大利亚最强大的掠食者
他们的外貌和狼
虎很像
因此
一些科学家开始怀疑尼安德特人与现代人是否存在密切关系
嗯
特别是随着二十世纪考古发掘的不断深入
智人化石在与尼安德特人同时代的地层中被发现
这个智人和现代人的相似性到底有多大
如果智人的尸体放在现代的停尸房里
验尸官可能根本看不出任何异常
他们虽然活了几万年
但却和现代人一模一样
那么
智人与尼安德特人又有何关系
现代人类真正的祖先是谁
嗯
多元起源理论受到质疑
人类进化的道路再次成为一个谜
要解开这个谜团
还得靠DNA研究技术
接下来
让我们谈谈本书的第二个问题
DNA技术是如何使我们重新认识到尼安德特人
由于发现了智人化石
一些科学家提出
人类的祖先其实是智人
直到十万年前
他们才离开非洲
取代其他直立人
包括尼安德特人
成为现代人的祖先
这种理论被称为区域起源说
单一区域起源说自诞生以来
一直与多区域起源理论陷入混战
DNA测序技术结束了这场混战
美国科学家沃森与英国科学家克里克于一九五三年首次提出双螺旋DNA结构
到一九七零年代末
DNA结构研究逐渐深入
DNA分子主要由四种核苷酸组成
分别由腺票令
胸腺嘧啶
鸟票令
胞嘧啶
胞嘧啶组成
按一定的顺序排列成单链
在与另一条单链上的核苷酸形成双螺旋
核苷酸对的排列顺序决定了生物不同的特征
其结构特征也表明了不同物种间的亲缘关系
通过测定DNA序列的相似性
可以判断出尼安德特人与现代人的关系
但是
完整的DNA只能存在于生命体中
因为生命体内有一个系统
可以不断修复受损的DNA
一旦生物死亡
没有系统的帮助
它就会停止工作
大多数细胞的双螺旋结构都会随着个体的死亡而迅速消亡
所以当时有些科学家认为没有DNA存在于化石或遗骸中
但是本书的作者帕勃认为
如果在合适的环境下
还能保存一部分DNA
二十世纪八十年代早期
在德国柏林一家博物馆接受了一些木乃伊的皮肤和软组织样本
并成功的提取了其DNA
这不仅是人类首次从木乃伊中提取DNA
而且也证实了古DNA研究的可行性
凭借这一贡献
帕勃得以进入美国冷泉港实验室从事博士后研究工作
冷泉港实验室是世界生命科学的圣地
分子生物学的摇篮
正是在这里
他接触到了PCR技术
古DNA研究中的关键技术
聚合酶链反应技术是一九八五年美国著名化学家凯利
穆利斯发明的
简而言之
就是在体外进行DNA扩增
可以大幅度提高微量DNA
我们现在使用的病毒核酸检测技术就是采用这种方法
由于采集到的样本中病毒含量可能很低
不易检测
但是通过PC二技术对病毒DNA和RNA进行多次扩增
可以很容易检测到病毒
化石研究也是如此
化石中残留的DNA数量很少
为了方便后续的测序
只能通过PC二技术来确定DNA分子上的核苷酸排列顺序
然而
人类细胞和有二十三三对染色体
每一对都由一条DNA长链组成
每条DNA的核苷酸对数量高达六百四十个
因此
要破译人类细胞和基因密码并非易事
但是
研究人类的线粒体DNA却是一个很好的突破口
线粒体是人体细胞中的一种成分
它的形状类似于小胶囊
能为细胞提供能量
它还含有DNA
而且是独立存在的
线粒体DNA又称丽娜瑞娜
人类的线粒体DNA具有两大特点
一是数量相对较少
约为一点六五万
测序非常容易
第二
线粒体DNA具有独特的遗传路径
只有女人才能遗传
如果一名女性的后代是女儿
那么他将有机会将其线粒体DNA传给后代
如果他不能生育
或者只有一个儿子
那么它的线粒体DNA传递就会中断
如果追溯下去
我们可以从线立体DNA中找到第一个女性祖先
而且
因为线粒体DNA结构比较简单
所以发生的变异一般都比较小
所以几万年都不会有太大的变化
在一九八零年代
科学家们已经对全世界成千上万的现代人线粒体DNA进行了测序
通过比较这些线粒体DNA
科学家们发现
他们之间的差异非常小
基本上是相同的
一九八七年
科学家们推断
在十万至二十万年前
地球上所有的人类都有一个共同的女性祖先
也就是所谓的线粒体夏娃
那么
谁是共同的母亲
她是尼安德特人还是智人
这就需要对线粒体DNA进行排序了
自上世纪九十年代初
作者帕伯开始对尼安德特人化石中线立体DNA进行排序
一九九六年
他的研究小组从德国波恩兰德斯博物馆获得了一块尼安德特人右上辟骨
通过这块骨头踏步
尼安德特人的线粒体DNA被成功提取出来
结果表明
尼安德特人线立体DNA序列与现代人有很大差异
与现代人的祖先有很大差异
科学家用同样的方法研究了人类以外的其他早期人类
对得出了相同的结论
只有现代人的线粒体DNA与现代人相似
援助在非洲几十万年的人在十万年前开始走出非洲
取代了尼安德特人
元谋人
北京人
爪哇人
成为现代人共同的祖先
至此
单一区域起源论取代多区域起源说以为科学界所普遍接受
我们的祖先生活在非洲
距今十万至二十万年前
十万年前
他们从非洲走出来
经过长期斗争
逐渐消灭了其他直立人如尼安德特人
成为地球的统治者
听到这里
你也许会问
尼安德特人怎么会被这个智人所取代
他们在争夺地盘的时候
从来没有产生过爱情
也没有交配过
会不会生孩子
难道我们跟尼安德特人一点关系都没有吗
不只是你
科学家们也是一样
事实上
对线立体DNA的测序
只能证明尼安德特人并非我们的直系祖先
也无法证明尼安德特人与智人的通婚失败
有可能
尼安德特人与智人通婚
要么生下儿子
那么他们的后代断绝
那样现代人的线粒体DNA就不会显示出来
那么
现代人是否与尼安德特人有关
下面我们来谈谈这本书的第三个问题
要解决这一问题
必须对细胞核DNA进行研究
我们之前说过
在人体细胞核中
大约有六十四亿个核苷酸对
其中一半来自父亲
一半来自母亲
不同于线粒体DNA
不管是男孩还是女孩
都会遗传这些基因
如果尼安德特人曾与智人祖先通婚
那么通过与现代人与尼安德特人的核DNA比对
我们就可以在数十亿个核苷酸最终找到蛛丝马迹
二十世纪初
人类基因组计划历时十余年完成
从一九九零年开始
由美 英 法 德 日
中国六国共同完成了现代人细胞核DNA的定序工作
由由此
人们对全世界现代人细胞核DNA的基本特征有了一定的了解
在那之后
德国马普学会人类学研究所所长帕博开始集中所有的人力和物力
带领研究小组深入研究尼安德特人细胞核DNA
但首先找到适合测序细胞和DNA的化石就不容易了
采用拼接法进行DNA测序
无论是现代人还是古人
从化石中分离出来的DNA都是片段
因为DNA在分离过程中会断裂
只是一小段
没关系
可以拼接
每个细胞的DNA都是一样的
只要它还活着
细胞里的DNA就会被无限的提取出来
经过多次的PCR扩增
再用计算机自动比对
这就像是一本书
虽然每一本书上都会留下一些残片
但只要有足够的原稿
就可以拼凑成一本书
虽然各地出土了不少尼安德特人的化石
但是残留下来的DNA却很少
很少有适合研究的化石
一般情况下
DNA含量超过百分之一的石材
都可以用来研究DNA
帕博的研究小组研究了许多DNA含量不达标的化石标本
其中大部分的DNA被破坏
原因有二
第一
酸性环境和时间能破坏DNA
只有尼安德特人化石保存在碱性环境下
DNA可能会更多
即便环境合适
但如果化石年代太过久远
比如十万年前的化石
DNA也不会留下太多
第二
一旦发现化石
就会受到污染
污染的原因有很多
比如化石和空气接触会产生细菌
也有可能是动物的DNA污染
再比如传统的考古发掘
有些人人为了辨别化石的真伪
会用舌头舔化石
严重污染了化石的DNA
因此
只有从碱性环境中心出土的
不那么久远
污染较少的细胞核DNA测序才是合适的
然而
要做到这一点也需要机会
并非每年都有新的化石被发掘出来
而且如果不在德国
其他国家未必愿意将化石交给帕博及其研究所
二零零六年夏天
帕伯的团队从克罗地亚的梵迪亚洞中得到了几块尼安德特人的化石
这三块化石的DNA含量都很高
最高的一块甚至达到了百分之三
在采集到合适的化石后
提取DNA时要尽量避免污染
首果你在尼安德特人的细胞和DNA序列中发现了现代人或者其他物种的DNA序列
那么结果是不可信的
帕博最关心的就是污染
首先
帕博和他的团队建立了一个绝对洁净的实验室
并建立了严格的实验室操作程序
比如要穿着特殊的外套
鞋子 手套
面罩等等
再比如
所有的化学试剂在进入实验室之前
都要经过严格的检测
一旦发现有DNA
尤其是人类的DNA
立刻销毁
其次
为了避免污染
采集化石内部的样本
从化石内部取样也是一项非常精细的工作
实验室人员要用钻头钻透化石内部取样
我不 对对对
这个过程不仅需要无菌操作
而且非常缓慢
因为钻头的摩擦会使化石温度升高
并破坏DNA
第三
帕伯及其团队对PCR技术进行了改进
最如
DNA复制需要聚合酶
研究人员改进了聚合酶
使聚合酶对其他DNA
例如细菌DNA不敏感
从而减少了污染
最终
对尼安德特人细胞核DNA测序的研究结果发表于二零零九年科学期刊
第一点
尼安德特人确实为现代人的DNA做出了贡献
虽然尼安德特人并非现代人的祖先
但是他们与我们的祖先智人已经有了数万年的基因交流
其中
现代非洲人与尼安德特人在和DNA上的共同点最少
这表明智人和尼安德特人的杂交是在智人离开非洲之后发生的
另外
现代人类在细胞核DNA上与尼安德特人相似
欧洲人的DNA与尼安德特人的DNA相似度约为百分之二
虽然在东亚地区尚未发现尼安德特人化石
但是东亚人与尼安德特人的DNA相似度约为百分之二
第二点
智人和安德特人有共同的祖先
进一步分析尼安德特人的DNA
发现他们与智人以及其他直立人
如愿谋人
北京人
爪哇人一样
都是六百五十万年前从黑猩猩群体中分离出来的
大约在八万年前
有一个共同的祖先
也就是同一个族群
然后逐渐分化
大约四十至三十万年前
与直立人一起走出非洲
进入欧洲及亚洲西部地区的尼安德特人
智人祖先仍然留在非洲
直到十万年前才离开非洲
并逐渐取代尼安德特人及其他早期人类
从这一点来看
人类与尼安德特人有着千丝万缕的联系
也许有人会问到这里这是为什么
安德特人不是生活在东亚的
我们和他们还是有血缘关系的
这个问题的答案是
发现并研究丹尼索瓦人的化石
二零零八年
考古学家在阿尔泰山地区俄罗斯与中国新疆交界的阿尔泰山地区发现了一种名为丹尼索瓦人的古人类化石
研究表明
尼安德特人与丹尼索瓦人世近亲
直到离开非洲后才逐渐分化
离开非洲之后
丹尼索瓦人一路向东
来到了东亚地区
发现了许多中国青藏高原地区的丹尼索瓦人化石
智人离开非洲后
不但和尼安德特人杂交
而且还和丹尼索瓦人杂交
到东亚
与尼安德特人相似的现代亚洲人基因正是来源于丹尼索瓦人
他们是尼安德特人的近亲
还有一些研究显示
一些明显的东亚人的外貌特征
比如黑发
可能是从丹尼索瓦人基因突变而来的
现在你已经把尼安德特人的主要内容讲完了
在过去的三十多年里
人类对于自身起源的认识不断的发生着变化
单一地区起源说取代了多地区起源说
但它并非人类起源的最终答案
想要彻底揭开人类身世的谜团
还需要更多的考古发现以及对古分子生物学的研究
行
尼安德特人的解释就到这里了
下次见