理论教育 人类基因中的奇特现象:Y染色体和线粒体DNA的困局

人类基因中的奇特现象:Y染色体和线粒体DNA的困局

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:其实,早在1985年,米里亚姆·卡萨诺瓦和杰勒德·路托特也独立发现了这一奇特的现象:在人类23对46个染色体上,只有最后一个染色体的Y染色体找不到变化。但是,函默也没有查清Y染色体的多态性。古人根本没有计划,他们根本不知道世界是什么样子,中东北非的农民也不可能组织有计划的欧洲殖民。但是,与Y染色体一样,线粒体DNA的研究也原地踏步不前。

人类基因中的奇特现象:Y染色体和线粒体DNA的困局

在继续讲述之前,有必要介绍一下两本科学杂志。迄今为止,我们论述的故事都首先刊登在这两本世界性的权威科学杂志上,它们分别是英国的《自然》(Nature)和美国的《科学》(Science)。这两本杂志的历史地位非常特殊,几乎所有生物科学和基因科学的新发现,都是这两本杂志首先披露的,例如“线粒体夏娃”“Y染色体亚当”、尼安德特人等。在这两本杂志上发表论文必须经过非常严格的“同行评审”。

1994年,诺贝尔奖获得者沃特·吉尔伯特(Walter Gilbert)和罗布·多利特(Rob Dorit)、广濑明石(Hiroshi Akashi)在《科学》上发表了一篇奇特的论文。这篇论文的奇特在于:他们不是报道发现了什么,而是报道没有发现什么,论文的题目是《人类Y染色体在ZFY区段不存在多态性》(Absence of polymorphism at the ZFY locus on the human Y-chromosome)。这三个科学家希望能从世界不同地方采样的38个人的Y染色体上找到多态性,但是最终没有找到。他们感到非常惊讶,反复进行核实,结果还是找不到。也就是说,这38个人理论上来自同一个父亲。一位诺贝尔奖得主和两个生物专家,花费很大力气,发现了一个花天酒地的风流男人,他在全世界眠花宿柳,他生下的38个儿子又恰好被搜集到这场科学实验里来了。

这绝对不可能。

这个DNA区段的长度是700个核苷酸。经过一系列复杂的计算,三个研究者的结论是:这38个人的最近的共同祖先——亚当的时代,应该在0—80万年之间。这些数据没有意义,这篇论文也没有提供什么新发现,只是阻止了一些人继续研究Y染色体,避免了浪费时间和精力。

其实,早在1985年,米里亚姆·卡萨诺瓦(Myriam Casanova)和杰勒德·路托特(Gerard Lucotte)也独立发现了这一奇特的现象:在人类23对46个染色体上,只有最后一个染色体的Y染色体找不到变化。

几年之后,美国亚利桑那大学(University of Arizona)的迈克尔·函默(Michael Hammer)找到了足够的多样性,证实亚当在20万年之内,确实存在于非洲。这个结论,佐证了线粒体的研究结论:亚当和夏娃的幽会舞台,确实在远古的非洲大草原。但是,函默也没有查清Y染色体的多态性。

夏娃出现7年了,亚当还是没有任何音信。现在的世界地图无法帮助我们研究DNA和人类的迁移。人类迁移与现在人为划定的国家和行政管辖的界线没有关系,所谓的种族和民族概念完全无法代表人类的旅程。

科学地论述史前历史,不能使用概括性语言,例如所谓“第一批美洲人”或“第一批澳大利亚人”,因为这类语言的潜台词是这些古人的群体当时是意见一致的群体。设想一下,欧洲的尼安德特人会不会说:“糟糕了,弟兄们,我们灭绝的时候到了,只好让克罗马农人来接替吧。”白令海峡边的亚洲人会不会说:“伙计们,现在是1.4万年前,赶紧穿越白令陆桥去美洲吧,再过2 000年这里就又变成海峡啦。”这些设想毫无可能。古人根本没有计划,他们根本不知道世界是什么样子,中东北非的农民也不可能组织有计划的欧洲殖民。

1987年,“线粒体夏娃”的谱系图出现。这个图很大,线粒体DNA样本来自147个活着的人,我们取其中的16个人的关系看一看:(www.daowen.com)

16个人的16根线,反映了他们的线粒体DNA的遗传差异。两个人的DNA越相似=关系更接近=共同祖先更近=短树枝。两个人的DNA差距越大=关系更远=共同祖先更远=长树枝。最早分叉的树枝有4个非洲人,另一个早分叉的树干涵盖了世界其他地区的所有人和一个非洲人。在这根分叉的树干上,较近的枝条连接了世界上同一地区的人,例如亚洲人、巴布亚人、欧洲人。有时也会把不同地区的个体连在一起,例如中间的一枝把一个巴布亚人、一个亚洲人和两个欧洲人连在一起。非洲的树干和世界其他地区树干的早期分叉,正是非洲古老地位的证明,而世界其他地区紊乱的树干说明,每一个现存的群体的历史都有融合的烙印。

这张著名的“线粒体夏娃”图产生了巨大影响,这幅图告诉我们,遗传相关的个体会散落世界各地。在所有群体中,如果一个群体中的某一个体的DNA关系出现在另一个群体中,那么,群体作为生物学单位的传统概念就没有任何科学依据。在全世界的线粒体DNA采样中,没有找到任何“纯种人”的群体。生物学意义上,人类属于一个种,只是后来产生的语言和文化才造就了现在的世界格局。

此外,线粒体DNA谱系图的绘制,加入了时间概念。计算分析发现,所有的枝干都汇聚到15万年前的同一个点,即树的“根”。这意味着整个人类物种比许多人想象得年轻得多,关系也近得多。

关于人类起源的争论,曾经非常激烈。争论的双方都认为我们现存人类同属于一个种,起源于非洲。双方都承认有几种更早的人类,属于进化的不同中间阶段。例如,直立人在190万—80万年前出现于非洲并向其他地区扩张,因为在欧洲、中国、印度尼西亚都发现了直立人的化石。这些都是事实。对于这些问题,争论的双方自始至终都是认同的。争论双方的分歧集中在是否发生过一次源自非洲的现代人的扩散?单起源说认为新的人类在世界范围内完全取代了直立人;多起源说认为智人是直接从各地的直立人进化的,例如现代中国人是中国直立人的后裔,现代欧洲人是欧洲直立人进化的,他们都不是非洲最后一次迁移出来的现代智人的后代,他们在当地进化了上百万年。

“线粒体夏娃”的基因树,第一次将时间测度引入了年代估计,清晰地指出,所有现代人的共同线粒体祖先,生活在15万年前。这与单起源说相符,受到单起源说支持者的热烈欢迎。多起源说的支持者则很沮丧,如果现代人的共同祖先只能追溯到15万年前,那么,他们就不可能是居住在当地100万年以上的本土直立人进化的。

这场论战中,Y染色体的研发遭遇了困境,相对简单的线粒体DNA被推崇为解释人类历程的主要手段,全世界的实验室都掀起了研究线粒体的高潮,也涌现出了大量数据。但是,与Y染色体一样,线粒体DNA的研究也原地踏步不前。原因出在哪里?几乎全世界的研究者都不约而同地想到了数学。是的,原因是没有与数学结合起来。看来,必须抛弃谱系树模型的禁锢,另辟蹊径。

研究者分头积极开发相应的数学模型、数学工具、电脑程序……

细胞里的染色体

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