一部不可思议的人类秘史:人类前史-第4章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
A存在于整齐、线状的我们称之为染色体的组织中，染色体有23对，它们存在于细胞核内。基因组的一个主要的奇异功能是“区室化”，就像计算机创建文件夹一样，一个文件夹中包含一个文件夹再包含一个。人类的基因组中约有30亿个核苷，我们需要找到一种直接有效的方法来破译它们所携带的信息。正是这些信息，决定了为什么我们会有染色体，而且，它们和细胞核里的其他组织全都不同。
第11节：哲学的时间机器（6）
为什么每个染色体都有两个“版本”？原因更加复杂，它与性别产生有关。一个精子使一个卵子受精，其主要变化过程，是父亲基因组的一部分和母亲基因组的一部分以50∶50的比率相结合，形成新生命的基因组。用生物学的语言可以这样说：性别产生的一个原因，是每一代都形成新的基因组。重组产生的基因组，含有父亲和母亲各50％的成分，而父方和母方又从他们各自的父母双方那里各继承了50％的基因组。之所以能够发生基因重组，是因为染色体的线状结构，相对来说，这一结构使两对染色体易于从中间断开，与其他的重新组合，形成新的染色体。将父母双方的DNA重组，从进化的角度而言，它是一件“好事”，因为每一代都会产生多样化，确保如果环境发生变化，每一代人都有足够的能力做出反应。
但且慢，也许有人会问，为什么这些经打断、再联结的基因组与先已存在的基因组不同呢？难道它们不是复制而来的吗？原因非常简单，因为它们之间完全不是彼此复制，在许多点位上都相互区别。这就像一台诡异的复印机，它们不断复制被复制过的信息，每一次复制都会产生少量无规则的错误，而每一次“错误”都会传递给“下一张”。这些“错误”正是前面我们提到的变异，而每一对染色体之间的区别便是我们所称的多态性。在染色体中，大约每1000个核苷会出现一个多态性，它们使染色体彼此区别。因此，当重组发生后，新的染色体与父母双方的类型都不相同。
重组的革命性作用，打破了一片DNA上彼此相联的一系列多态性。同样，从进化的角度来说，这一多样性生产机器是件好事，但是，对于解读人类基因组这部历史书的分子生物学家来说，他们的工作却因此变得异常艰辛。由于重组，染色体上的多态性各自独立地发生变化。随着时间流逝，重组一次又一次地发生，成千上万代之后，我们共同祖先染色体中的多态性图谱已经完全消失了，后代的基因图谱经过反复地“洗牌”，再不可能找到最早的基因图谱。这为研究进化带来很大的困难，因为如果我们对祖先的基因图谱无从说起，我们根据什么在“奥卡姆的剃刀”原理下，对我们面前的基因多态性图谱进行简化？我们如何确定在形成面前的图谱的过程中，究竟发生了多少变化？在这种情形下，我们只能根据多态性发生的速率，利用“分子时钟”来推测过去。因为重组现象，在没有出现变异的地方也似乎发生了变异，因此这样推算出的共同祖先出现的时间，很可能比实际的时间要长。
20世纪80年代早期，威尔逊和另外一些遗传学家有了一个新思路：假如从基因组之外，通过一种在细胞中随处可见、被称为线粒体的组织来研究染色体，有可能会避开重组为基因研究带来的巨大麻烦。有趣的是，线粒体这一无核的细胞组织也有自己的基因组，这是因为，它是数十亿年前最早的复合细胞进化的残留物。也就是说，它是被人类单细胞祖先吞噬的古老细菌，最初它只是细胞内的寄生虫，在随后的进化过程中，它成了细胞内产生能量的有用组织，现在它是流线型亚细胞的“发电厂”。幸运的是，线粒体的基因组只有一个“版本”，和细菌的基因组一样，它没有复制的能力，这意味着它不能进行重组——值得我们举杯庆贺！还有一点同样值得庆贺，不同于大约每1000个核苷一个多态性，在线粒体的DNA中，每100个便出现一个多态性。为了进行进化比较，多态性越多越好，因为每增加一个多态性，就多了一种将一个个体与另一个区别开来的可能性。我们不妨这样设想：如果只有一个多态性具有A和B两种形式，我们只能把人们分成群体：具有A变异的人群和具有B变异的人群。换句话说，如果有10个多态性，我们就会有更好的分类办法，因为不同的个体之间具有完全相同变异的概率会大大降低。也就是说，存在的多态性越多，就越有可能将不同的人群区分开来。所以，由于线粒体的DNA（mtDNA）的多态性比其他基因组的多态性多10倍，它为我们提供了一个很好的研究角度。
第12节：哲学的时间机器（7）
瑞贝卡？卡恩在读博士时，曾经在威尔逊的实验室里工作过。她开始在全世界的范围内研究人类mtDNA变异图谱。利用伯克利的校方资源，她从不同的地区收集产后胎盘（其中含有极其丰富的mtDNA），如欧洲、新几内亚、美洲等。她的目的是得出人类的变异图谱，并由此推测人类的起源。她的发现是非同寻常的。
1987年，卡恩和威尔逊等人发表了第一个关于人类线粒体多样性的研究成果。他们首次应用吝啬原理处理人类DNA多态性数据，从中推断出人类的共同祖先、人类起源的时间。在论文摘要中，他们简洁明了地这样概括他们的研究成果：“可以设定所有这些线粒体DNA，共同起源于一个20万年前生活在非洲的女人”。当时这是一个轰动性的新闻，众多的媒体将这个女人称为线粒体夏娃，即人类的母亲。在他们画出的螺旋状结构里，她不是伊甸园里惟一的夏娃，但她是最幸运的夏娃。
卡恩他们的分析涉及了mtDNA顺序的相互关系。在论文中，他们这样假定：如果在一个多态性位点上，两个mtDNA顺序共享一个变异，那么它们便有一个共同的祖先。他们画出了mtDNA顺序的网络图，从中推断出147个样品捐赠者的相互关系。这是一个冗长艰苦的过程，要在计算机上进行庞杂的数据分析。他们的分析结果显示，在mtDNA顺序图中，非洲人之间的分叉最大，即他们分离的时间距现在最远，换句话说：非洲人是地球上最古老的人群；也就是说，人类起源于非洲。卡恩、斯通金和威尔逊应用“吝啬原理”研究mtDNA顺序数据的一个特点，是这些数据必然在一个点上回溯到一个共同祖先。从基因组不进行重组的任何区域，比如他们研究的线粒体，可以从当代的线粒体寻找出它们的祖先线粒体。这如同用石子在一个池塘里打水漂，通过观察一圈一圈扩展开去的波纹，我们可以推断出石子将在何处沉入水中，那个沉寂的圆的中心在何处。进化的mtDNA顺序，从母亲到女儿不断累计的多态性，正像不断扩散的波纹，而她们的祖先就处于石头落入水中的那一个点。应用朱克坎德和鲍林的研究方法，我们可以“看到”，生活在数千年前的某个祖先随时间流逝不断变异，繁衍出今天存在的不同类型的人。更进一步，如果我们知道了变异发生的比率，知道全球范围内多样人群的多态性有多少，那么我们就可以计算出，从石头落入水中的那个点距今有多少年，或者说，找到我们的祖先，我们所携带的所有变异都由他而来。
有一点至关重要，找到今天多样性人类的一个单独祖先，并不意味着那个时期只生活着一个人，而是与他同时期其他人的后代已经灭绝了。我们来做一个想象，在18世纪，有一个普罗旺斯村庄，共有10个家庭生活在那里，每个家庭都有一个独特的浓味鱼肉汤配方，这个配方只能由母亲口传给女儿。如果一个家庭只有一个儿子，那么这个家的配方就失传了。岁月流逝，最初配方的数量逐渐减少，因为总会有一些不走运的家庭没有女儿，到最后，只有一个配方会流传下去。为什么保存下来是这一个呢？完全是由于偶然所致，因为其他家庭在过去的某个时间都没有女儿，或者别的配方都被西北风吹跑了。今天再去这个村庄，我们可能会失望，因为村子里的厨房缺乏多样性，他们怎么会吃一模一样的鱼汤？ 当然，在现实世界里，一代人的配方传给另一代时，另一代会根据自己的口味对配方进行适当的调整，加上大蒜、丁香，多加点百里香等。注意！这正是变异的先兆！随着时间推移，这些小的变化会在汤碗里产生多样性，但是配方的本质没有变。因此，如果现在我们来到这个村庄，我们可以看到显著的配方多样性，但它们全部可以回溯到18世纪的一个共同祖先。感谢“奥卡姆的剃刀”，线粒体“夏娃”就是这样“浮出了黑暗”。
从1987年卡恩他们的研究成果发表以来，此后几年不断出现这方面更详细的研究，这些研究确认最早的人类线粒体多样性出现于20万年前。“池塘里的石头”最终落在了非洲，在一个很短的时间内——从进化的角度而言20万年只是一个很短的时间，人类从非洲分散到了世界的各个角落。对这些统计学分析有一些技术上的异议，但近年来更多的关于线粒体DNA的研究证实了最早的结论：我们有一个大约生活在15万年前的非洲的曾、曾、曾、曾、曾……曾祖母。
第13节：哲学的时间机器（8）
1871年，达尔文在他的有关人类进化的著作《人类的由来及性选择》中，这样写道：“在世界各地，每个地区生活的哺乳动物和这个地区已经灭绝的物种有着密切的联系。非洲曾经生活着业已灭绝的猿，它们和大猩猩、黑猩猩是近亲。因为大猩猩和黑猩猩是现代人类最直系的近亲，因此我们最早的祖先极有可能生活在非洲。”一方面，达尔文具有无与伦比的远见卓识，即使在19世纪，大多数欧洲人依然认为亚当和夏娃来自欧洲或亚洲。另一方面，他做出的判断又是微不足道的，因为猿大约23万年前起源于非洲，如果我们能使时间倒转足够远，我们肯定会在非洲大陆上遇到我们的祖先。关键问题是什么时候。正是这个原因，从线粒体的研究中得出的结论才显得是革命性的。
卡尔顿？库恩等人类学家对人类的起源问题一直有争议，他们的论据是在世界的多个区域，在考古中都发现了相互独立的类猿祖先，这便是著名的“多缘起源主义”。即使今天，这一理论依然存在于人类学的研究领域，它的主要观点是：原始人类大约在200多万年以前就离开了非洲，在东亚生活了一段时间，之后在不同的地区各自独立地进化为现代人。在这一过程中，产生了不同种族，对此库恩已经做过分类。“多缘起源主义”曾被广泛接受，要解释其中的原因，我们需要暂时把DNA放在一边，去挖掘古老的化石。
荷兰人的勇气 人类具有独一无二、充分发展的智力，正因为此，列纳沃斯将我们所属的种命名为“智人”，即希腊语“智慧的人”。但从19世纪开始，考古发现表明在遥远的过去曾经存在过其他有智力的原始人类。例如1856年在德国西部的蓝田谷发现的这样的一个头骨，在达尔文之前的欧洲，这类头骨被认为是畸形的现代人。但随着首次在蓝田谷发现这类头骨之后，在多处发现了同样的头骨，他们后来被命名为尼安德特人，其头骨清晰地表明他们是一种原始人类。这是我们第一次科学地认出了其他原始人类，证明原始人类也分为不同的谱系。19世纪末，当时的许多科学工作者竞相寻找人类和猿之间的“缺环”，1890年，一位在爪哇荷兰东印度公司工作的医生“中了头彩”。
欧根？杜波斯非常迷恋人类进化的问题，选择在远东做医药代表工作，正是因为他对考古发掘的兴趣，因为那一地区那时被视为人类的摇篮。杜波斯1858年生于荷兰的艾加斯登，曾在医学院学习解剖学，1881年他被聘为阿姆斯特丹大学的助教，但很快，他感到大学的生活过于遵守清规戒律并且等级森严，1887年他说服妻子和他一同离开荷兰，踏上了寻求原始人类遗迹的旅途。
杜波斯相信长臂猿是人类最近的近亲，而长臂猿只在印度尼西亚群岛发现过，这是因为它们头骨形态的特征和人类极其相似（头顶部没有厚而硬的顶骨，脸比其他的猿类都平），而且研究表明它们有时用两条后腿直立行走。因为长臂猿的这两个特征，他认为在东南亚很有可能会找到“缺环”。最初，他在苏门答腊开始了挖掘寻找，他找到的只是一些相对较晚的现代人、猩猩和长臂猿的头骨。随后，他把注意力转向爪哇，这时他的好运来了。
1890年，在印度尼西亚爪哇中部的特里尼尔的一条河岸，杜波斯挖到了一个头骨。他仔细地审视着它，发现它极为奇特，看上去像是一种已经灭绝的黑猩猩的头骨，因为当时没有条件对收集的头骨进行全面的解剖研究（他是在一个偏远的殖民地），所以他很难确定。次年，他在同一地区又发现了一块大腿骨，它完全暴露了那块头骨的秘密。很显然，那块大腿骨不可能是会爬树的黑猩猩的，它来自于一个直立行走的种类。杜波斯计算了头骨容量和直立姿态的受力，他大胆地做出了一个在进化史上颇具飞跃性的结论：这正是人人都在寻找的“缺环”！他把这个新的种类命名为“直立猿人”。
此后10年，不断地有人对杜波斯的发现提出质疑和反对，其中主要反对的是他几乎无法证明那块头骨和大腿骨（包括此后又在同一个地区发现的一副牙齿）来自同一个个体。它们是于不同的时间被挖到的，而且也不能确定它们所处土壤层的关系。此后对“直立猿人”的研究显示特里尼尔的大腿骨的确非常反常，它似乎是属于更晚些的现代人的，而那副牙齿很有可能是猿的牙齿。尽管有这些质疑，尽管杜波斯“现代人的祖先是起源于东南亚的类长臂猿”的推断是错误的，特里尼尔头骨仍然是人类学历史上的一道分水岭。爪哇猿人很显然是早已灭绝的人类祖先，他们的脑容量比我们小得多，但是远大于猿的脑容量。尽管杜波斯在很多方面都错了，但他的发现依然有着巨大的价值。
第14节：哲学的时间机器（9）
20世纪早期，搜寻其他种类原始人遗迹的工作，掀起了更大的热潮，在东亚和非洲又有了更大的发现。20世纪20年代和30年代，在中国的周口店发现了与尼安德特人相似的化石，这表明杜波斯发现的猿人曾经生活在整个亚洲。20世纪50年代专家对“北京猿人”和“尼安德特人”进行了综合的比较研究，结果清楚地证实：地球上曾经生活着分布广泛、已经灭绝的一种原始人：直立人。但是，非洲的发现更令人着迷，那就是雷蒙？达特开始于20世纪20年代的发现。
1922年，达特受聘来到南非威特沃特斯兰德大学做解剖学教授，对这个在学术上怀着雄心壮志的澳大利亚人来说，新的环境对他多少有些打击（此前他生活在英国），因为这所大学那时称得上是一潭死水。虽然如此，他依然着手创建解剖学系，包括建立解剖样品展厅。他督促他的学生去寻找样品。一天，一个学生在约翰内斯堡附近的汤恩采石场挖到了一块狒狒的头骨，达特立即意识到这块骨头是不同寻常的。
到上个世纪20年代，大多数的猿人化石是在欧洲和亚洲发现的：尼安德特人、北京人、爪哇人等，无一出现在非洲。但是，1921年，在现在的赞比亚挖掘出了一块与尼安德特人相�
