01.12 線粒體DNA研究幫助科學家找到了人類的起源位置

線粒體DNA研究幫助科學家找到了人類的起源位置

維多利亞瀑布

大約20萬年前,一個巨大的湖泊在陽光下閃閃發光,在原本茂密的溼地上劃開了一片廣闊的土地。在這裡,一個新物種- 智人 -聚集了起來。這些現代人類已經從他們的尼安德特人的祖先進化而來,人類終於開始了統治。科學家們現在已經確定了這個使一切開始的令人驚訝的地方。

實際上,悉尼加文醫學研究所(Garvan Institute of Medical Research)的遺傳學家瓦妮莎·海斯(Vanessa Hayes)領導了一項研究,該研究使用了特別的科學數據來確定這塊綠色的地區。特別是,海斯和她的專家小組不得不依靠線粒體DNA,它們是從1217個樣品細胞中收集來的。這種電池狀的遺傳物質只能由母親傳給她們的孩子,因此研究人員自然想到去尋找有足夠遠歷史的母系種群。

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DNA測試

在收集並分析了正確的DNA信息之後,研究團隊重點選定了一個大致的起源區域。之後,進行了進一步的考古和地質研究,反過來又幫助海斯及其合作伙伴找到了引人注目的東西:一個巨大的古老湖泊分解成溼地的證據。他們說,茂密的綠色植物是人類最早踏上地球的背景條件,而如今的地理環境可能會讓您感到驚訝。

當然,專家們長期以來一直認為,人類歷史可以追溯到非洲大陸。至少可以說,繪製演變和遷移圖是一項艱鉅的任務。畢竟,大約七百萬年前,人類開始進化,從黑猩猩和倭黑猩猩等靈長類動物中分離出來。

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黑猩猩

幾乎不可能找到人類與靈長類動物之間的每一個聯繫,因為科學家根本沒有足夠的化石記錄來實現這一目標。實際上,整個物種來無影去無蹤,沒有留下今天專家能夠發現的痕跡。這就是為什麼在某些情況下只有一點點證據可以使用的原因。

然而,隨著科學家們越來越接近,人類祖先的景象變得更加清晰。他們知道,比如,尼安德特人曾遍佈歐洲,甚至遷徙到西伯利亞和中亞-雖然並沒有到非洲那麼遠。但是,儘管這一種群為現代人類鋪平了道路,但他們實際上並非現代人類的祖先。

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尼安德特人-想象圖

相反,可能是海德堡人和直立人的演化讓位給智人。這些新人類呈現出一些細微的差異,使他們與在之前佔領歐洲大陸的尼安德特人的群體分離。一個比較顯著的差異是,智人的身材比北部的尼安德特人更苗條。

此外,現代人以尼安德特人所沒有的方式掌握了製作工具的藝術。比如,來自非洲的隊伍將其武器設計為光滑細長的葉片形狀。他們還把武器製成了更復雜的投擲長矛,這使他們的狩獵更加有效。相比之下,尼安德特人只能揮舞著用大石頭鑿成的笨重武器。

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石制矛-假想圖

但是,智人和尼安德特人的生活方式相似,這一事實最初曾使現代專家感到困惑。結果,科學家們就人類如何發展以及在何處發展提出了兩個主要理論。有些人相信所謂的多區域假說。這說明人類祖先遍佈全球-因此,現代人類可以在全球少數幾個不同地方進化。

然後是起源於非洲的單一概念。顧名思義,這個想法聲稱現代人類在遷徙到地球其他地區之前已經在非洲大陸發展了數千年。在1980年代,科學家似乎已經收集了明確證實人類走出非洲的證據。

這都是DNA測試的功勞。實際上,DNA測試在許多方面徹底改變了科學。在確定人類的祖先方面,科學家可以使用這些工具來分析現代人群的遺傳信息。他們追溯了多個受試者的血統,可以追溯到遙遠的過去,這些結果似乎總是將研究人員帶到一個起源地:非洲。

在初始研究中,專家在追蹤受試者的祖先血統時依賴線粒體DNA。遺傳密碼的這一部分來自人們的母親。另外,此部分DNA比其他部分更容易出現突變。因此,更容易瞭解突變是如何從母親一代代傳給孩子的。

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線粒體

實際上,通過反覆追蹤線粒體DNA一直追溯到文明的搖籃,專家們意識到,一個女人的遺傳密碼已經傳播到當今地球上的每個人。她被科學家稱為“夏娃”-儘管她與聖經人物不同。畢竟,她不被認為是地球上第一個人類女人。

相反,這個線粒體夏娃生活在整個人口只有10萬人的時候。因此,線粒體夏娃既不是我們前輩中唯一的,也不是最古老的。她剛好有一個不間斷的女性後代,他們將線粒體DNA傳遞給女嬰,直到現在。

簡而言之,線粒體夏娃被認為是人類的“最新共同祖先” 。一份2008年的DNA分析也證實,她是當時唯一擁有完整女兒世系的女性。研究背後的科學家還得出結論,線粒體夏娃起源於非洲-更具體地說是非洲大陸的東部地區。

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因此,線粒體夏娃的DNA似乎揭示了人類故事的開始。然而,專家們還有許多其他問題。比如,如果該物種起源於非洲,它們如何傳播到其他大洲?為何來自歐洲的化石數量如此之多?為了回答這些疑問,研究人員將相同的DNA證據與考古發現結合在一起。

所有這些信息都指出現代人從6萬到8萬年前開始的大規模遷移。那時,現代人似乎從非洲出發,之後到達亞洲。不過,到大約4.5萬年前,他們已經到達了澳大利亞、印度尼西亞和巴布亞新幾內亞。然後,在那之後的5000年,現代人將離開非洲前往歐洲。

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人類遷徙

從非洲到歐洲旅行的人類很可能會採用兩種途徑之一到達北方。有些人會沿著地中海沿岸進入歐洲大陸,而其他人則可能穿越土耳其和多瑙河。他們的進攻將尼安德特人趕入了一些山區,直到大約2.5萬年前該物種完全消失。

人類旅程的最後一步是踏上美洲。這發生在大約1.5萬年前,實際上始於亞洲。智人穿越太平洋到達北美。一旦進入北美大陸,該物種的部分成員便繼續前進,直到他們也定居南美。

很難相信,所有這些信息都帶有很少的化石證據來證明這是由最早的人類開始的。考慮到非洲大陸的變化,據說這是人類起源的地方,這尤其令人驚訝。實際上,今天,乾旱的地表很容易被侵蝕,並露出了幾個世紀前在那裡死亡的人的骨頭。

然而,無論是在非洲還是在歐洲挖掘,考古學家發現最早的智人遺骸的運氣都不好。儘管如此,專家們仍然認為,第一批人類也許並沒有像尼安德特人那樣埋葬他們的死者,而是選擇將其火化或讓他們在露天分解。

儘管缺少骨骼遺骸,但現代科學技術使研究人員能夠查明人類起源。是的,悉尼加爾文醫學研究所遺傳學家瓦妮莎·海斯(Vanessa Hayes)主持的2019年研究再次依賴線粒體DNA來尋找答案。

如前所述,海斯和她的團隊從目前居住在南部非洲的人們那裡收集了1217個線粒體DNA樣本。一些測試對象來自科伊桑人-這是一個土著族群,他們用搭嘴音(clicking consonants)說話,並且靠採集為生。

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科伊桑人

從這些樣本中,海斯和他們的團隊在受試者的線粒體DNA中追蹤了所謂的L0譜系。L0譜系一直追溯到人類的共同祖先線粒體夏娃。隨著時間的流逝,隨著人們離開非洲並走向多元化,線粒體夏娃的原始DNA分裂成五個主要分支。

L0系也有其自身的偏差。例如,它分支於大約13萬年前,當時由於暴雨將旱地變成了可以維持人類生命的植被,因此一些人從他們的家中遷出。雖然有些人沿著這個綠化帶向西南方向發展,但其他人則向東北移動,成為農民和採集者。

L0線粒體DNA開始出現在某個地方,而海斯和她的團隊就能夠精確地確定在哪裡。通常,他們發現L0及其所有分支再次在非洲安頓了下來。它的領土從納米比亞延伸到博茨瓦納,然後延伸到津巴布韋。

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南部非洲地圖

然後,海斯和研究小組在他們的發現中添加了地質、化石和考古證據。有趣的是,儘管某些地域現在似乎並不適合居住,但有關這一潛在人類起源點的信息卻表明,它過去看起來很不一樣。

巨大的馬加迪卡迪湖(Lake Makgadikgadi),估計有27.5萬平方公里(大約相當於新西蘭的面積)曾經覆蓋了現代博茨瓦納。不過,大約在20萬年前,它開始從湖泊變成溼地。根據海斯和她的團隊的說法,這片沼澤地是現代人類的搖籃。

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馬加迪卡迪湖鹽盤

然而,縱觀當今該地區,很難相信地球上人類的起源可能來自這個乾旱地區。曾經的溼地位於贊比西河以南,這與充滿水的過去完全不同。取而代之的是,它已經乾旱成了片狀的鹽盤,白色的礦物質在陽光下閃閃發光。

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贊比西河

但是,根據海斯的說法,該地區在20萬年前看起來與以往大不相同。這是一個資源豐富的溼地,而不是令人失望的鹽盤。正如她在2019年對《衛報》所說的那樣:“那裡曾經是鬱鬱蔥蔥,它將為現代人類和野生動植物的生存提供合適的棲息地。”

海斯說,當時,位於博茨瓦納的溼地原本可以作為其周圍乾旱地區的綠洲。因此,人類可能已經在20萬年前開始,並在該地區停留了7萬多年。但人們認為,氣候的變化最終將創始人類趕出了溼地。

實際上,隨著地球軌道和傾斜度的變化,降雨給非洲新大陸帶來了水。隨後促進了植物的生長,植物生長在漫長而茂密的走廊中。然後,這些綠色通道為人類提供了一個從溼地家園擴展到新領域的理由。這是其大規模全球遷移的先驅,這種大規模遷移始於大約6萬至8萬年前。

因此,從本質上講,海斯和她的團隊重申了人類根源的悠久歷史,他們指出該地區是博茨瓦納的溼地。海斯說:“很長一段時間以來,我們就知道現代人類起源於非洲,大約在20萬年前,但是直到我們進行這項研究之前,我們才知道。

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奧卡萬戈三角洲

但是,並非所有專家都對Hayes的研究深信不疑。倫敦自然歷史博物館的人類起源專家克里斯·斯金格(Chris Stringer)承認,現代DNA樣品可能無法完全代表過去。他解釋說:“對於使用現代遺傳分佈來推斷20萬年前祖先人口的確切居住地,我絕對持謹慎態度,尤其是在非洲這樣一個大而複雜的大陸上。”

斯金格還認為海斯和她的團隊過分依賴線粒體DNA和L0譜系作為他們研究的主要因素。他告誡說:“就像許多研究只關注基因組的一小部分、一個地區、一個石器行業或一個'關鍵'化石一樣,一旦其他數據被發現,它就無法捕捉到我們模糊起源的全部複雜性。”

其他研究也將人類的祖先追溯到非洲大陸的其他地區。實際上,斯金格強調了一項研究,該研究側重於只有男性才能遺傳的Y染色體。這項研究實際上表明,移民從西非開始-與南部的內陸博茨瓦納相距很遠。

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一項研究還發現,那些離開非洲前往其他土地的人攜帶的基因組可以追溯到非洲大陸的東部地區。斯金格總結說:“這些數據和其他許多數據表明,我們來自非洲不同地區的血統,當然,非洲大陸以外其他人類群體的血統也有所增加。”

最終,斯金格稱海斯的發現為“超範圍的。”他對英國廣播公司新聞說:“您不能獨自使用現代線粒體分佈來為現代人類起源劃定單一位置。我認為它超出了數據範圍,因為您只關注基因組的一小部分,因此它無法為您提供我們起源的全部故事。”

一些科學家還仍然認為人類來自一個以上的地方。實際上,開普敦大學的考古學家麗貝卡·阿克曼(Rebecca Ackermann)告訴《衛報》,我們的根源可能在非洲以及其他地區。她指出:“從對現代基因組這一微小部分的分析中得出有關起源地的詳盡結論是很成問題的,並且已經過時了。”

儘管如此,海斯的研究確實指出了人類的一種潛在起源-許多專家長期以來一直認為該物種確實在非洲進化。然而,即使採用現代科學和DNA測試,也可能無法確定性地回答這個問題。不過,就目前而言,我們可以考慮20萬年前 -最早的人類在博茨瓦納溼地開始了。


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