01.12 线粒体DNA研究帮助科学家找到了人类的起源位置

线粒体DNA研究帮助科学家找到了人类的起源位置

维多利亚瀑布

大约20万年前,一个巨大的湖泊在阳光下闪闪发光,在原本茂密的湿地上划开了一片广阔的土地。在这里,一个新物种- 智人 -聚集了起来。这些现代人类已经从他们的尼安德特人的祖先进化而来,人类终于开始了统治。科学家们现在已经确定了这个使一切开始的令人惊讶的地方。

实际上,悉尼加文医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)的遗传学家瓦妮莎·海斯(Vanessa Hayes)领导了一项研究,该研究使用了特别的科学数据来确定这块绿色的地区。特别是,海斯和她的专家小组不得不依靠线粒体DNA,它们是从1217个样品细胞中收集来的。这种电池状的遗传物质只能由母亲传给她们的孩子,因此研究人员自然想到去寻找有足够远历史的母系种群。

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DNA测试

在收集并分析了正确的DNA信息之后,研究团队重点选定了一个大致的起源区域。之后,进行了进一步的考古和地质研究,反过来又帮助海斯及其合作伙伴找到了引人注目的东西:一个巨大的古老湖泊分解成湿地的证据。他们说,茂密的绿色植物是人类最早踏上地球的背景条件,而如今的地理环境可能会让您感到惊讶。

当然,专家们长期以来一直认为,人类历史可以追溯到非洲大陆。至少可以说,绘制演变和迁移图是一项艰巨的任务。毕竟,大约七百万年前,人类开始进化,从黑猩猩和倭黑猩猩等灵长类动物中分离出来。

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黑猩猩

几乎不可能找到人类与灵长类动物之间的每一个联系,因为科学家根本没有足够的化石记录来实现这一目标。实际上,整个物种来无影去无踪,没有留下今天专家能够发现的痕迹。这就是为什么在某些情况下只有一点点证据可以使用的原因。

然而,随着科学家们越来越接近,人类祖先的景象变得更加清晰。他们知道,比如,尼安德特人曾遍布欧洲,甚至迁徙到西伯利亚和中亚-虽然并没有到非洲那么远。但是,尽管这一种群为现代人类铺平了道路,但他们实际上并非现代人类的祖先。

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尼安德特人-想象图

相反,可能是海德堡人和直立人的演化让位给智人。这些新人类呈现出一些细微的差异,使他们与在之前占领欧洲大陆的尼安德特人的群体分离。一个比较显著的差异是,智人的身材比北部的尼安德特人更苗条。

此外,现代人以尼安德特人所没有的方式掌握了制作工具的艺术。比如,来自非洲的队伍将其武器设计为光滑细长的叶片形状。他们还把武器制成了更复杂的投掷长矛,这使他们的狩猎更加有效。相比之下,尼安德特人只能挥舞着用大石头凿成的笨重武器。

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石制矛-假想图

但是,智人和尼安德特人的生活方式相似,这一事实最初曾使现代专家感到困惑。结果,科学家们就人类如何发展以及在何处发展提出了两个主要理论。有些人相信所谓的多区域假说。这说明人类祖先遍布全球-因此,现代人类可以在全球少数几个不同地方进化。

然后是起源于非洲的单一概念。顾名思义,这个想法声称现代人类在迁徙到地球其他地区之前已经在非洲大陆发展了数千年。在1980年代,科学家似乎已经收集了明确证实人类走出非洲的证据。

这都是DNA测试的功劳。实际上,DNA测试在许多方面彻底改变了科学。在确定人类的祖先方面,科学家可以使用这些工具来分析现代人群的遗传信息。他们追溯了多个受试者的血统,可以追溯到遥远的过去,这些结果似乎总是将研究人员带到一个起源地:非洲。

在初始研究中,专家在追踪受试者的祖先血统时依赖线粒体DNA。遗传密码的这一部分来自人们的母亲。另外,此部分DNA比其他部分更容易出现突变。因此,更容易了解突变是如何从母亲一代代传给孩子的。

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线粒体

实际上,通过反复追踪线粒体DNA一直追溯到文明的摇篮,专家们意识到,一个女人的遗传密码已经传播到当今地球上的每个人。她被科学家称为“夏娃”-尽管她与圣经人物不同。毕竟,她不被认为是地球上第一个人类女人。

相反,这个线粒体夏娃生活在整个人口只有10万人的时候。因此,线粒体夏娃既不是我们前辈中唯一的,也不是最古老的。她刚好有一个不间断的女性后代,他们将线粒体DNA传递给女婴,直到现在。

简而言之,线粒体夏娃被认为是人类的“最新共同祖先” 。一份2008年的DNA分析也证实,她是当时唯一拥有完整女儿世系的女性。研究背后的科学家还得出结论,线粒体夏娃起源于非洲-更具体地说是非洲大陆的东部地区。

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因此,线粒体夏娃的DNA似乎揭示了人类故事的开始。然而,专家们还有许多其他问题。比如,如果该物种起源于非洲,它们如何传播到其他大洲?为何来自欧洲的化石数量如此之多?为了回答这些疑问,研究人员将相同的DNA证据与考古发现结合在一起。

所有这些信息都指出现代人从6万到8万年前开始的大规模迁移。那时,现代人似乎从非洲出发,之后到达亚洲。不过,到大约4.5万年前,他们已经到达了澳大利亚、印度尼西亚和巴布亚新几内亚。然后,在那之后的5000年,现代人将离开非洲前往欧洲。

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人类迁徙

从非洲到欧洲旅行的人类很可能会采用两种途径之一到达北方。有些人会沿着地中海沿岸进入欧洲大陆,而其他人则可能穿越土耳其和多瑙河。他们的进攻将尼安德特人赶入了一些山区,直到大约2.5万年前该物种完全消失。

人类旅程的最后一步是踏上美洲。这发生在大约1.5万年前,实际上始于亚洲。智人穿越太平洋到达北美。一旦进入北美大陆,该物种的部分成员便继续前进,直到他们也定居南美。

很难相信,所有这些信息都带有很少的化石证据来证明这是由最早的人类开始的。考虑到非洲大陆的变化,据说这是人类起源的地方,这尤其令人惊讶。实际上,今天,干旱的地表很容易被侵蚀,并露出了几个世纪前在那里死亡的人的骨头。

然而,无论是在非洲还是在欧洲挖掘,考古学家发现最早的智人遗骸的运气都不好。尽管如此,专家们仍然认为,第一批人类也许并没有像尼安德特人那样埋葬他们的死者,而是选择将其火化或让他们在露天分解。

尽管缺少骨骼遗骸,但现代科学技术使研究人员能够查明人类起源。是的,悉尼加尔文医学研究所遗传学家瓦妮莎·海斯(Vanessa Hayes)主持的2019年研究再次依赖线粒体DNA来寻找答案。

如前所述,海斯和她的团队从目前居住在南部非洲的人们那里收集了1217个线粒体DNA样本。一些测试对象来自科伊桑人-这是一个土著族群,他们用搭嘴音(clicking consonants)说话,并且靠采集为生。

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科伊桑人

从这些样本中,海斯和他们的团队在受试者的线粒体DNA中追踪了所谓的L0谱系。L0谱系一直追溯到人类的共同祖先线粒体夏娃。随着时间的流逝,随着人们离开非洲并走向多元化,线粒体夏娃的原始DNA分裂成五个主要分支。

L0系也有其自身的偏差。例如,它分支于大约13万年前,当时由于暴雨将旱地变成了可以维持人类生命的植被,因此一些人从他们的家中迁出。虽然有些人沿着这个绿化带向西南方向发展,但其他人则向东北移动,成为农民和采集者。

L0线粒体DNA开始出现在某个地方,而海斯和她的团队就能够精确地确定在哪里。通常,他们发现L0及其所有分支再次在非洲安顿了下来。它的领土从纳米比亚延伸到博茨瓦纳,然后延伸到津巴布韦。

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南部非洲地图

然后,海斯和研究小组在他们的发现中添加了地质、化石和考古证据。有趣的是,尽管某些地域现在似乎并不适合居住,但有关这一潜在人类起源点的信息却表明,它过去看起来很不一样。

巨大的马加迪卡迪湖(Lake Makgadikgadi),估计有27.5万平方公里(大约相当于新西兰的面积)曾经覆盖了现代博茨瓦纳。不过,大约在20万年前,它开始从湖泊变成湿地。根据海斯和她的团队的说法,这片沼泽地是现代人类的摇篮。

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马加迪卡迪湖盐盘

然而,纵观当今该地区,很难相信地球上人类的起源可能来自这个干旱地区。曾经的湿地位于赞比西河以南,这与充满水的过去完全不同。取而代之的是,它已经干旱成了片状的盐盘,白色的矿物质在阳光下闪闪发光。

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赞比西河

但是,根据海斯的说法,该地区在20万年前看起来与以往大不相同。这是一个资源丰富的湿地,而不是令人失望的盐盘。正如她在2019年对《卫报》所说的那样:“那里曾经是郁郁葱葱,它将为现代人类和野生动植物的生存提供合适的栖息地。”

海斯说,当时,位于博茨瓦纳的湿地原本可以作为其周围干旱地区的绿洲。因此,人类可能已经在20万年前开始,并在该地区停留了7万多年。但人们认为,气候的变化最终将创始人类赶出了湿地。

实际上,随着地球轨道和倾斜度的变化,降雨给非洲新大陆带来了水。随后促进了植物的生长,植物生长在漫长而茂密的走廊中。然后,这些绿色通道为人类提供了一个从湿地家园扩展到新领域的理由。这是其大规模全球迁移的先驱,这种大规模迁移始于大约6万至8万年前。

因此,从本质上讲,海斯和她的团队重申了人类根源的悠久历史,他们指出该地区是博茨瓦纳的湿地。海斯说:“很长一段时间以来,我们就知道现代人类起源于非洲,大约在20万年前,但是直到我们进行这项研究之前,我们才知道。

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奥卡万戈三角洲

但是,并非所有专家都对Hayes的研究深信不疑。伦敦自然历史博物馆的人类起源专家克里斯·斯金格(Chris Stringer)承认,现代DNA样品可能无法完全代表过去。他解释说:“对于使用现代遗传分布来推断20万年前祖先人口的确切居住地,我绝对持谨慎态度,尤其是在非洲这样一个大而复杂的大陆上。”

斯金格还认为海斯和她的团队过分依赖线粒体DNA和L0谱系作为他们研究的主要因素。他告诫说:“就像许多研究只关注基因组的一小部分、一个地区、一个石器行业或一个'关键'化石一样,一旦其他数据被发现,它就无法捕捉到我们模糊起源的全部复杂性。”

其他研究也将人类的祖先追溯到非洲大陆的其他地区。实际上,斯金格强调了一项研究,该研究侧重于只有男性才能遗传的Y染色体。这项研究实际上表明,移民从西非开始-与南部的内陆博茨瓦纳相距很远。

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一项研究还发现,那些离开非洲前往其他土地的人携带的基因组可以追溯到非洲大陆的东部地区。斯金格总结说:“这些数据和其他许多数据表明,我们来自非洲不同地区的血统,当然,非洲大陆以外其他人类群体的血统也有所增加。”

最终,斯金格称海斯的发现为“超范围的。”他对英国广播公司新闻说:“您不能独自使用现代线粒体分布来为现代人类起源划定单一位置。我认为它超出了数据范围,因为您只关注基因组的一小部分,因此它无法为您提供我们起源的全部故事。”

一些科学家还仍然认为人类来自一个以上的地方。实际上,开普敦大学的考古学家丽贝卡·阿克曼(Rebecca Ackermann)告诉《卫报》,我们的根源可能在非洲以及其他地区。她指出:“从对现代基因组这一微小部分的分析中得出有关起源地的详尽结论是很成问题的,并且已经过时了。”

尽管如此,海斯的研究确实指出了人类的一种潜在起源-许多专家长期以来一直认为该物种确实在非洲进化。然而,即使采用现代科学和DNA测试,也可能无法确定性地回答这个问题。不过,就目前而言,我们可以考虑20万年前 -最早的人类在博茨瓦纳湿地开始了。


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