1996年的某個深夜，我剛在床上睡下，電話就響了。那是我在慕尼黑大學動物學研究所實驗室的研究生馬蒂亞斯·克林斯（Matthias Krings）打來的。他就說了一句話：“那不是人類的。”

“我馬上過來?！蔽亦洁熘?，套上衣服，開車穿過整座城市來到實驗室。那天下午，馬蒂亞斯啟動了我們的DNA測序儀，放入他之前提取和擴增好的DNA——這些DNA取自收藏在波恩萊茵博物館的尼安德特人上的一小塊肩胛骨。多年來我們得到過太多令人失望的結果，所以我并不抱太大希望。無論我們怎樣提取，得到的十之八九都是自其出土約140年來滲入到骨頭中的細菌或人類的DNA。但在電話里，馬蒂亞斯聽起來很激動。他真的提取到了尼安德特人身上的遺傳物質？還是別抱過多期望為好。

來到實驗室，我發現馬蒂亞斯和拉爾夫·施米茨（Ralf Schmitz）在一起。這位年輕的考古學家曾幫助我們從存放在波恩的尼安德特人化石中取到一小塊肩胛骨。當他們給我看一串從測序儀中得出的A、C、G、T序列時，這兩人都情不自禁地笑了。我和他們以前都不曾見過這樣的序列。

對于外行來說，這似乎只是一個由四個字母組成的隨機序列，事實上，它們是DNA化學結構的簡明表示，而作為遺傳物質的DNA幾乎存在于身體的每個細胞。DNA的雙螺旋結構為人們所熟知，其中的兩股鏈由核苷酸腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶組成，分別縮寫為A、T、G和C。這些核苷酸的排列順序儲存著讓我們身體成形并維持各項功能運作的遺傳信息。我們所研究的特殊DNA片段是線粒體基因，即mtDNA，它經由母親的卵細胞轉遞給后代。線粒體DNA的數百份拷貝都儲存在細胞內的微小結構——線粒體中，并且這些DNA攜帶的特定信息對于線粒體的產能來說十分必要。我們每個人都只攜帶一種線粒體DNA，它只占了我們基因組的0.0005%。由于我們的每個細胞均攜帶著成千上萬個同類型線粒體DNA的拷貝，所以特別容易研究。它不像我們攜帶的其他的DNA只有兩份拷貝，一份來自母親一份來自父親，且均存儲在細胞核內。截至1996年，我們已研究了幾千份來自世界各地的人類線粒體DNA序列。通常這些序列會被拿來與第一個已確定的人類線粒體DNA序列進行比較，因而這個常見的參考序列可以用來編譯列表，展示不同位置的具體差異。讓我們大喜過望的是，從尼安德特人骨中得到的序列所包含的變化，不曾出現在之前研究過的數千份人類DNA序列中。我簡直不敢相信這是真的。

每每得到激動人心或意想不到的結果時，我的心中便會充滿懷疑。我會仔細檢查所有出錯的可能。也許有人用牛皮制成的膠處理了骨頭的某個部位，所以我們才會在實驗結果中發現牛的線粒體DNA。但是這種可能很快被否定了。我們立即檢查了牛的線粒體DNA（已經由別人完成測序），發現兩者之間存在非常大的差異。這個新的線粒體DNA序列顯然非常接近人類的序列，但與已經測過的幾千份人類DNA序列相比還是略有不同。我開始相信，這確實是首個提取并測序自一種已滅絕人類的DNA片段。

我們打開一瓶存放在實驗室咖啡廳冰箱里的香檳。我們知道，如果我們所看到的真的是尼安德特人的DNA，那么自此便開啟了無限可能。也許有一天，我們真的能比較尼安德特人和現存人類的所有基因或任何特定的基因。當我穿過漆黑靜謐的慕尼黑走回家時（我喝了太多香檳無法開車），我簡直不敢相信所發生的事情?；氐酱采?，我輾轉反側無法入睡。我一直在想尼安德特人的事情，以及我們剛剛獲得的那個線粒體DNA樣本。

 

1856年，達爾文的《物種起源》出版的前三年，在杜塞爾多夫以東約10千米處的尼安德特河谷，工人在清理采石場的一個小山洞時，發現了一個頭蓋骨和一些骨頭。他們認為這些骨頭來自熊。但幾年之后，這些遺骸被鑒定為來自一種已滅絕的人類。這是首次有人描述此類遺骸。此發現震驚了博物學界。多年來，關于這些骨頭的研究一直在持續開展，并且發現了更多類似的骨頭。這些研究想要知道尼安德特人是誰？他們是如何生活的？他們為什么在大約3萬年前消失？在歐洲和尼安德特人共存的數千年間，我們現代的祖先與他們是如何互動的，他們是朋友還是敵人？尼安德特人是我們的祖先，抑或我們失聯已久的表親（見圖1.1）？尼安德特人行為特征方面的迷人細節對我們而言并不陌生，如照料傷患、舉行葬禮儀式，甚至創作音樂等?？脊胚z址的發掘結果告訴我們，相較任何現今的猿類，尼安德特人與我們更相像。那么，到底有多像呢？他們是否會說話？他們是否是人類家族演化分支中走入末路的一個物種？抑或是，他們的一些基因流傳至今，現在仍隱藏在我們體內？這些問題都已成為古人類學的重要課題。可以說這個學科領域在那些骨頭從尼安德谷發現之時便開始建立，而現在已經可以從那些骨頭中得到遺傳信息了。

這些問題本身就足夠有趣。不過在我看來，尼安德特人的骨頭片段會帶來更大的驚喜。尼安德特人是現代人類最為近緣的已滅絕的親屬。如果研究他們的DNA，我們無疑會發現他們的基因和我們的非常相似。幾年前，我的團隊對黑猩猩基因組中的大量DNA片段進行了測序。結果表明，在我們人類與黑猩猩共有的DNA序列中，只有略高于1%的核苷酸存在差異。顯然，尼安德特人肯定比這個結果更接近于我們人類。但是（這令人倍感歡欣鼓舞），我們在尼安德特人的基因組中找到的這些差異，其中一定有一些會將我們區別于早期的人類祖先。這些祖先不僅僅是尼安德特人，還有生活在大約160萬年前的圖爾卡納男孩（Turkana Boy）、大約320萬年前的露西（Lucy）以及50多萬年前的北京人（Peking Man）。也正是由這些少數差異構成的生物學基礎，使現代人類誕生之后又演化出了全新的行為模式，包括出現迅速發展的技術、我們如今所熟悉的藝術形式，以及目前已知的語言和文化。如果可以研究尼安德特人的DNA，那么我們便可以解開以上所有謎題。懷揣著這樣的夢想（或幻想），我終于在旭日東升時進入夢鄉。

第二天，馬蒂亞斯和我都較晚才到實驗室。檢查完昨晚的DNA序列，確保我們沒有犯任何錯誤之后，我們坐下來，計劃下一步該做什么。從尼安德特人化石中得到一小段看起來有趣的線粒體DNA序列是一回事，但要讓我們自己信服這是一個生活在（在如此特殊情況下）大約4萬年前的人類的線粒體DNA，又完全是另一回事，更不用說讓世界上的其他人都相信了。過去12年的工作經驗讓我清楚地知道下一步該如何做。首先，我們必須重復試驗——不只是最后一步，而是所有的步驟，從提取一塊新骨頭開始，從而證明我們所獲得的序列并非來自骨頭中嚴重損壞和歷經變化的現代線粒體DNA分子。其次，我們必須延伸線粒體DNA序列，這些序列是通過骨頭提取物的重疊DNA片段而得到的。這樣我們能夠重建一個更長的線粒體DNA序列，從而開始估計尼安德特人的線粒體DNA與當今人類相比是多么不同。接下來的第三個步驟也是必需的。我自己經常要求，來自古老骨骼的DNA序列需要經由特別的證據證實——即在另一個實驗室重復試驗。在競爭尤為激烈的科學領域，這是一個不同尋常的步驟。我們肯定會因為宣稱獲得了尼安德特人DNA而被視為異類。為了排除實驗室中未知的錯誤來源，我們需要與一個獨立的實驗室分享一些珍貴的骨頭材料，并希望他們能重復我們的結果。我與馬蒂亞斯和拉爾夫討論了所有想法。我們制訂了工作計劃，并彼此發誓在研究團隊之外，每個人對于這項研究絕對保密。在確定我們所獲的結果真實無誤之前，我們不想引起關注。

馬蒂亞斯立即開始工作。他曾花了近三年時間試圖從埃及木乃伊中提取DNA，不過均徒勞無果。這次前景看好，他信心滿滿。拉爾夫回到波恩后似乎有些沮喪，因為他只能在那里焦急地等待我們的結果。我試著專注于手頭的其他項目，但我很難將馬蒂亞斯在做的事完全拋于腦后。

 

馬蒂亞斯要做的事情并非都那么容易。畢竟，我們處理的不是從活人血液樣本中提取的完整而純凈的DNA。教科書中干凈利落的雙鏈螺旋DNA分子，其核苷酸A、T、G、C以兩股糖-磷酸骨架互補配對（腺嘌呤與胸腺嘧啶，鳥嘌呤和胞嘧啶）。當儲存在細胞核和細胞線粒體之中時，DNA不是一個靜態的化學結構，相反，DNA不斷受到化學損傷、被復雜的機制識別和修復。此外，DNA分子非常長。細胞核中的23對染色體中的每一個都包含一個巨大的DNA分子。一組23條染色體全部加起來大約有32億對核苷酸。由于細胞核有兩份基因組拷貝（每份拷貝存儲著一組23條染色體，分別繼承自我們的母親和父親），所以細胞核中包含約64億個核苷酸對。相較之下，線粒體DNA太小，只包含約16500個核苷酸對。但考慮到我們的線粒體DNA是古老的，因而測序的挑戰極大。

無論是核DNA還是線粒體DNA，最常見的自發損傷都是胞嘧啶核苷酸（C）失去氨基，然后變為一個核苷酸；這個核苷酸不是DNA自然產生的，它被稱作尿嘧啶（簡稱為U）。細胞中有酶系統。酶系統會去除這些U并替換成正確的C。丟棄的U最終成為細胞垃圾。通過分析隨尿液排出的受損核苷酸，我們計算出每天每個細胞大約有1萬個C變成U，這些都要被移除并加以更換。這只是我們基因組遭受的幾種化學攻擊之一。例如，核苷酸會丟失，產生空的位點并導致DNA分子鏈迅速斷裂。在斷裂發生之前，有些酶會填補丟失的核苷酸。如果發生斷裂，其他酶會將DNA分子重新結合在一起。事實上，如果這些修復系統不復存在，我們細胞中的基因組連保持1個小時的完整狀態都做不到。

當然，這些修復系統的運作需要能量供給。我們死后會停止呼吸，體內的細胞耗盡氧氣，也就無法制造能量。DNA的修復一旦停止，各種損傷會迅速積累。除了活細胞中不斷發生的自發化學損傷，一旦細胞開始分解，很多死亡后的損傷也會開始出現?；罴毎闹匾δ苤皇潜３置负推渌镔|相互分離隔斷。有些隔斷中含可以切割DNA鏈的酶，這些酶對于某些類型的修復而言十分必要。其他隔斷中含有可以分隔DNA與各種微生物的酶，這些微生物有的會進入細胞，有的會被細胞吞入。一旦生物體死亡并耗盡能量，隔斷膜就會惡化分解，這些酶就會泄漏，并開始不受控制地降解DNA。死亡后的幾小時到幾天內，我們體內的DNA鏈被切割成越來越小的碎片，而其他各種形式的損傷也逐步累積。同時，當我們的身體無法維持原有的隔離細菌的屏障時，生活在我們腸道和肺部的細菌開始失控生長。這些過程將一起最終摧毀儲存在我們DNA中的遺傳信息——這些信息曾調控我們身體的形成、持續運轉以及各項功能。歷經完這個過程，我們便失去了彰顯生物獨特性的最后一道痕跡。從某種意義上說，我們的肉體已徹底死亡。

不過，我們身體中的幾萬億個細胞，每個都幾乎包含整套DNA。因此，只要身體的某個角落有一些細胞內的DNA逃過被完全分解的過程，那么就會留存下遺傳痕跡。例如，酶降解和改變DNA的過程需要水才能運作。如果我們身體的某些部分在DNA降解之前就變干燥，酶降解和改變DNA的過程就會停止，我們的DNA片段有可能會保存很長時間。這種情況是可能發生的。例如，軀體存放在干燥的地方而變成了木乃伊。這樣的全身干燥有時是意外發生的，取決于生命終結時所處的環境；也可能是刻意為之。眾所周知，古埃及人經常將死者做成木乃伊。在大約5000至1500年前，為了能給他們的靈魂提供死后的棲身之所，數十萬人的尸體被做成了木乃伊。

即使沒有變成木乃伊，身體的某些部位，如骨骼和牙齒，可能在尸體埋藏之后長期保存。這些硬組織含有細胞，這些細胞位于用顯微鏡才能看到的小孔中，負責骨折后新骨的生成。當這些骨細胞死亡，它們的DNA可能外滲，并與骨頭的礦物成分結合在一起，從而阻止酶的進一步攻擊。因此，幸運的話，有些DNA可以避開身體死亡后的降解和損傷侵襲而殘存下去。

但是，即使有些DNA在死亡后的身體亂戰中幸存下來，其他進程仍會繼續降解我們的遺傳信息，盡管速度較慢。例如，來自太空的背景輻射不斷沖擊地球，進而產生了修改和破壞DNA的活性分子。此外，一些過程需要水的參與才能進行（如C失去氨基，生成U），即便DNA被保存在相對干燥的條件下，這些過程仍將持續。因為DNA有親水性，因此即使在干燥的環境中，水分子還是會附于兩股DNA鏈之間的溝槽中，讓需水的自發性化學反應得以發生。C失去氨基（去氨基）是其中最快的過程，它會破壞DNA的穩定，并最終打破DNA鏈。大部分這樣或那樣的過程，仍然未知。它們會不斷瓦解在細胞死亡浩劫中幸存下來的DNA。雖然破壞速率取決于許多因素，諸如溫度、酸度等。但很清楚的是，即使在最好的條件下，使人之為人的遺傳程式的殘存信息終將被摧毀。那塊經過我和同事分析的尼安德特人骨頭，即便已經歷4萬年之久，所有這些過程還未完成終極破壞任務。

 

馬蒂亞斯得到了一個序列長度為61個核苷酸的線粒體DNA。要做到這一點，他必須得到此DNA片段的多個拷貝。在這個過程中，他用到了聚合酶鏈反應（PCR）。為了證實我們的發現，他從重復初次所做的PCR實驗著手。這個實驗要用到兩條很短的合成DNA片段，我們稱之為引物（primer）。設計引物的目的是結合線粒體DNA的兩個部位，并讓61對核苷酸分開。這些引物與從骨骼中提取的少量DNA以及DNA聚合酶混合，這種酶能以引物為起點和終點，合成新的DNA鏈。加熱這個混合物使兩條DNA鏈解鏈，然后在混合物降溫之時，A與T配對、G與C配對，引物便能與目標序列結合。酶會以引物與DNA鏈結合為起點，合成2股新鏈、復制骨頭中原有的2股鏈，這樣2股原始鏈便變成了4股。這樣不斷重復擴增，可制造出8股、16股、32股等，總共可重復三四十次。

美妙絕倫的PCR技術威力巨大，由特立獨行的科學家凱利·穆利斯（Kary Mullis）于1983年發明。原則上一個DNA片段經過40個周期之后可獲得約萬億份拷貝，這才使我們的研究成為可能。所以在我看來，穆利斯理應獲得諾貝爾化學獎，而1993年他的確實至名歸地得到了。然而，PCR的高靈敏度也使我們的工作變得困難。從一個古老的骨頭中獲得提取物，其中可能含有極少數幸存的古DNA分子，或者根本就沒有，甚或是包含一個或多個現代人的DNA分子，而這些DNA分子會污染實驗：它們可能來自我們使用的化學品、實驗室的塑料制品或空氣中的灰塵。在人類生活或工作的房間里，大多數塵埃顆粒中都含有人體的皮膚碎屑，而皮膚碎屑中都是滿含DNA的細胞。另外，處理骨頭的人，如博物館的工作人員或挖掘人員，他們的DNA也可能污染樣品。正是基于這些方面的考慮，我們選擇研究尼安德特人線粒體DNA中差異最多區域的序列。由于許多人的序列在這個特定的區域有所不同，我們至少可以知曉有幾個人的DNA納入了我們的實驗之中，并覺察出其中的差錯。這就是為什么我們看到一個前所未有的DNA序列變化會如此興奮。如果序列看起來與當今人類相似，我們無法確定這到底意味著尼安德特人與當今人類的線粒體DNA確實是相同的，抑或是我們找到的只是隱伏于某處（如一粒塵埃）的當今人類的線粒體DNA片段。

我對污染這事太了解了。我從事古DNA的提取和分析方面的工作超過了12年。古DNA主要來源于那些已滅絕的哺乳動物，如洞熊、猛犸象以及大地懶等。得到一連串令人沮喪的結果（在所有用PCR分析的動物骨頭中，幾乎都檢測到了人類線粒體DNA）之后，我花了很多時間思考和設計方法，把污染降到最小。因此，馬蒂亞斯在一個保持得尤為干凈，且與實驗室其余部分完全分離的小實驗室里進行所有的提取和其他試驗，直到PCR的首個溫度循環。把古DNA、引物以及其他必要的PCR組分都一齊放入試管中，并將試管密封起來，然后再將溫度循環和隨后的所有實驗移至常規實驗室進行。在潔凈實驗室里，每周都用漂白劑沖洗一次所有東西的表面；每天晚上都用紫外線照射實驗室，以破壞塵埃中攜帶的任何DNA。馬蒂亞斯進入潔凈實驗室之前必須通過一個前廳，他和其他人在那里穿上防護服、防護面罩、發網和無菌手套。所有試劑和儀器都被直接送到潔凈實驗室，研究所其他地方的任何東西都不允許帶入實驗室。馬蒂亞斯和他的同事每天在潔凈實驗室開始一天的工作，而不是在我們實驗室的其他地方（那里正在分析大量的DNA）。一旦進入實驗室的其他地方，這些人當天就不許再進入潔凈實驗室。說得婉轉一點，我對控制DNA污染已近乎偏執，且覺得理應如此。

即便如此，在馬蒂亞斯一開始的實驗中，我們還是看到了一些受現代人類污染的證據。在使用PCR擴增骨頭中的線粒體DNA片段之后，他在細菌中克隆出了一批DNA拷貝——它們理應完全相同。他這樣做是為了觀察克隆出的分子中是否含有多種線粒體DNA序列。每個細菌中一段長達61個核苷酸分子的序列都會與一種名為質粒的載體分子結合，然后克隆出數百萬個細菌。每個克隆均攜帶首個細菌包含的61個核苷酸分子的拷貝。所以通過測序大量克隆，我們能夠概覽分子群體中存在的DNA序列差異。在馬蒂亞斯最初的實驗中，我們看到了17個彼此相似或相同的克隆分子，它們與已知的2000多個現代人類線粒體DNA有所不同（我們加入現代人類的線粒體DNA進行比較）。但我們也看到其中一個序列與某個當今人類的序列相同，這清楚地表明污染的存在。污染也許來自博物館館員或骨頭發現至今140多年來曾處理過它的其他人。

所以，為了重現原始結果，馬蒂亞斯首先便要重復PCR和克隆。這一次，他發現了10個帶有獨特序列的克隆，這讓我們興奮不已。還有2個克隆應該來自現代人類。然后他用骨頭再提取了一次，也做了PCR和克隆，得到了10個有趣的克隆以及4個看似是現代人類的線粒體DNA?，F在我們很滿意：我們的原始結果已經通過了第一項測試。我們可以重復結果，每次重復都能看到同樣獨特的DNA序列。

接下來，馬蒂亞斯開始“沿著”線粒體DNA一鼓作氣，用設計好的其他引物擴增與第一個片段有部分重疊的片段，而這個片段會進一步延伸到線粒體DNA的其他區域（見圖1.2）。我們再一次從這些片段的部分序列中觀察到從未在當代人類中出現過的核苷酸改變。在接下去的幾個月里，馬蒂亞斯擴增了13個大小不同的DNA片段，每個片段至少重復兩次。要想解釋這些序列談何容易，任何一個DNA分子會因為各種各樣的原因而攜帶突變：曾經的化學改變，測序錯誤，或者僅僅只是某個人的某個細胞中的線粒體DNA分子出現了罕見的自然突變。因此，我們使用了我先前研究古動物DNA時所采用的策略（見圖1.2）。我們能在每次實驗的每個位置上找到確切的共有核苷酸——就我們檢測的大部分分子而言，該位置上總攜帶有特定的核苷酸（A、T、G或C）。我們也要求在兩個獨立實驗中，每一個位置都是相同的。這是因為在極端的情況下，PCR可能只從一條單一的DNA鏈開始復制。在這種情況下，由于首次PCR循環中的一些錯誤，或特定DNA鏈的一些化學改變，所有的克隆會在同一位置帶有相同的核苷酸。如果在一個位置出現兩次PCR差異，我們就再重復做第三次PCR，觀察哪種核苷酸會再次出現。馬蒂亞斯最終用123個克隆的DNA分子拼湊出線粒體DNA變異最大的由379個核苷酸組成的序列。根據我們之前已經確定的標準，這便是這個尼安德特人生前攜帶的DNA序列。一旦有了這個較長的序列，我們就可以開始激動人心的工作：將它與現代人類存在的變異進行比較。

此時，我們將包含379個核苷酸的尼安德特人線粒體DNA序列與來自世界各地的2051個現代人的線粒體DNA序列進行比對。尼安德特人和現代人類之間平均存在28個不同位點，而現代人類彼此之間平均只存在7個差異。尼安德特人線粒體DNA與現代人類的差異是現代人類之間的差異的4倍。

接下來，我們想要尋找一切可表明尼安德特人線粒體DNA與現代歐洲人線粒體DNA更為相像的跡象。有人可能會很想找到這樣的證據，畢竟尼安德特人曾在歐洲和亞洲西部演化和定居。事實上，一些古生物學家認為，尼安德特人是當今歐洲人的祖先之一。我們將尼安德特人的線粒體DNA與510個歐洲人的線粒體DNA進行比較，發現平均存在28個差異。接著我們將尼安德特人的線粒體DNA與478個非洲人以及494個亞洲人的線粒體DNA進行比較，他們的線粒體DNA平均差異也為28個。這意味著，以平均差異而言，歐洲人的線粒體并不比現代的非洲人和亞洲人的更接近尼安德特人。但也有人認為，尼安德特人遺傳了一些線粒體DNA給某些歐洲人，因此這些歐洲人中的線粒體DNA可能更接近尼安德特人的線粒體DNA。我們進行了檢查并發現，樣本中最像尼安德特人的歐洲人線粒體DNA，存在23個差異；最接近尼安德特人的非洲人和亞洲人分別存在22個和23個差異?？傊?，我們發現尼安德特人的線粒體DNA不僅非常不同于全世界現代人類的線粒體DNA，且沒有任何跡象表明，尼安德特人的線粒體DNA和現今某個歐洲族群的線粒體DNA有著任何特殊的關聯。

然而，僅依據計算出的差異數目還不足以重建一段DNA的演化歷史。DNA序列之間的差異代表了過去發生的突變。不過某些突變會更頻繁地發生，并且DNA序列中的某些位置也更易發生突變。在DNA序列的演化史中，這些位置可能發生過不止一次突變，尤其針對那些更為頻繁發生的突變。因此，為了評估這個特殊線粒體DNA片段的歷史，我們需要用模型來模擬線粒體DNA如何變異和演化，并謹記某些位置可能發生過不止一次突變，因此會掩蓋先前的突變。這番重建的結果可以用一張樹狀圖來呈現。分支頂端的DNA序列是共同祖先的DNA序列，樹上側分支的連接點為古DNA序列（見圖1.3）。當重建完這樣一張樹狀圖時，我們發現，現今所有人類的線粒體均可溯源到一個共同的線粒體祖先。

早在20世紀80年代，這一發現就因艾倫·威爾遜（Allan Wilson）的研究而為人所知。對于線粒體DNA而言，這一追溯結果早在預料之中。因為我們每個人都只有一種線粒體DNA，且無法與群體中的其他人交換線粒體DNA分子。線粒體DNA只能通過母親傳遞，如果一位女性沒有女兒，她的線粒體DNA血脈就會斷絕，因此每一代中都有一些線粒體DNA血脈消亡。這也意味著，曾經一定有這么一個女人（所謂的線粒體夏娃），她攜帶線粒體DNA血脈，是當今所有人類線粒體DNA的共同祖先-但這純屬偶然，因為其他所有血脈自那時起都因為各種原因斷絕了。

但是，根據我們的模型，尼安德特人的線粒體DNA沒有回溯到這位線粒體夏娃，而是回溯到更早以前的現代人類的共同祖先。這一發現令人欣喜過望。毫無疑問，這表明我們的確已經找到尼安德特人的DNA片段；同時還指出，至少在線粒體DNA層面，尼安德特人和我們大相徑庭。

我和同事一起用該模型估計尼安德特人線粒體DNA與現代人類線粒體在多久之前開始擁有共同祖先。這兩種線粒體DNA的差異數目表明了它們之間的代際時間長短。相隔很遠的物種的突變速率（如小鼠和猴子）會有所不同，但非常相近的物種之間（如人類、尼安德特人和類人猿）的突變速率很穩定。根據看到的差異，科學家足以估計出兩份DNA序列最晚擁有共同祖先的時間。通過線粒體DNA中不同類型突變的速率模型，我們估計目前所有人類的線粒體DNA祖先（線粒體夏娃），生活在20萬至10萬年前，這恰好與艾倫·威爾遜及其團隊的發現相吻合。然而，尼安德特人線粒體DNA和現代人類線粒體DNA的共同祖先則生活在大約50萬年前，也就是說，比現今人類線粒體DNA的祖先（線粒體夏娃）還要古老3～4倍。

 

這個發現很棒。我現在完全相信，我們已經得到了尼安德特人的DNA，它與現代人類的DNA非常不同。然而，在公布這項發現之前，我們需要克服最后一道障礙：我們需要找到一個獨立的實驗室，重復我們所做的事情。這個實驗室不需要確定所有379個核苷酸的線粒體DNA序列，只需要得到一個突變區域，這個區域攜帶有使尼安德特人與當今人類區別開來的一個或多個突變。這樣才能證明，我們確定的DNA序列真的存在于骨骼之中，而不是漂浮在我們實驗室里的一些奇怪和未知的序列。但是，我們能找誰幫忙呢？這是個微妙的問題。

毫無疑問，許多實驗室都想參與這樣一個頗具前景且吸引人眼球的項目。不過我們有風險：如果我們挑選的實驗室不像我們那樣努力減少污染和解決其他所有有關古DNA的問題，實驗人員可能無法成功提取并擴增到相關序列。如果發生了這樣的事，我們的結果會被認為是不可重復的，因而無法發表。我知道沒有人能像我們這樣，花大量的時間和精力在這類工作上，不過我們最終還是選擇了美國賓夕法尼亞州立大學群體遺傳學家馬克·斯托金（Mark Stoneking）的實驗室。馬克曾在伯克利的艾倫·威爾遜實驗室攻讀研究生并做過博士后。我在20世紀80年代后期做博士后時就結識了他。他是發現線粒體夏娃的幕后功臣之一，也是現代人類起源的“走出非洲”學說的構建者之一。“走出非洲”學說認為現代人類于20萬至10萬年前起源于非洲，然后分散到世界各地，沒有雜交便取代了所有早期人類，如歐洲的尼安德特人。我敬重他的判斷和正直，也知道他是一個隨和的人。此外，他的一個研究生安妮·斯通（Anne Stone），曾于1992～1993年間在我們實驗室工作。安妮是一位認真且雄心勃勃的科學家，曾與我們一起從美國原住民的遺骸中獲取線粒體DNA，所以熟知我們的技術。我覺得如果有人能重復我們的結果，非她莫屬。

我聯系了馬克。正如預期的那樣，他和安妮都很想試試，所以我們把拉爾夫給我們的最后一塊骨頭分給了他們。我們告訴安妮和馬克，他們應該嘗試擴增哪部分的線粒體DNA，這樣他們將最有機會命中攜帶我們獲得的尼安德特人序列特有突變的位點。但我們沒有給他們寄送引物或其他試劑，只給了他們一塊來自波恩的一直保存在一個密封管中的骨頭。這種預防措施降低了污染從我們實驗室傳給他們的概率。我們也沒有告訴他們尼安德特人線粒體DNA的特征位點在哪兒，并不是因為我不信任他們，而是因為我希望盡我們所能避免一切甚至是無意識的偏見。簡言之，安妮必須合成引物，獨立完成所有工作，且不知我們預期的結果是什么。我們用聯邦快遞給她寄送骨頭之后，能做的就只有翹首以盼了。

通常來說，這些實驗所花費的時間會比預期的長：因為公司沒有在承諾的時間內提供引物；用來測試污染的試劑竟然有人類的DNA；重要樣品等待測序時，操作測序儀的技術員生病了。我們望眼欲穿，靜候安妮從賓夕法尼亞打來的電話。一天晚上，她終于打來了。從她的聲音語調中，我立即知曉她并不開心。她從要研究的區域克隆了15個擴增得到的DNA分子，它們都像現代人類的DNA，事實上，很像我自己或安妮的線粒體DNA。簡直當頭一棒。這意味著什么？我們擴增了一些怪異的線粒體？我不敢相信是這樣。如果這些線粒體來自一些未知的動物，它不會如此像人類的線粒體DNA。而且它與已研究的人類線粒體DNA之間的差異是現代人類之間差異的4倍，所以它也不可能來自異常人類。還有一種可能，即我們得到的序列是古DNA序列經化學改變并在同一位點持續受到攻擊而形成的。然而，最后一種可能中的線粒體DNA序列看起來會是由未知化學過程改變的人類序列，而不是像一個從過去人類族譜中分支出來的序列。即便如此，為什么安妮無法找到和我們同樣的序列呢？唯一合理的解釋似乎是，安妮的實驗中存在的污染比我們多得多——多到遠超那些稀少的尼安德特人分子。我們能做什么呢？我們不可能再找拉爾夫，讓他再給我們一塊珍貴的化石，并寄希望于下一次實驗會比第一次更成功。

或許，即使安妮的實驗所受的污染更多，她也可以測序她那塊骨頭中的數千個線粒體DNA分子，從而發現一些與我們類似的罕見突變。但與此同時，我們開展實驗，從而估計在用于PCR的尼安德特人骨提取物中，可以獲得的尼安德特人線粒體DNA分子數目。結果證明，大約只能得到50個。相比之下，如粉塵顆粒這樣的污染源，可能包含著數萬個甚至幾十萬個線粒體DNA分子。所以這番大海撈針的工作很可能失敗。

我仔細地研究了這個難題，不只是與馬蒂亞斯討論，還在每周的實驗室會議上與從事古DNA研究的團隊進行討論。在我的職業生涯中，我發現與實驗室的科學家們進行這種廣泛的討論非常有用。事實上，我覺得他們是我們獲得成功的關鍵所在。在這樣的討論中，只局限于自己手頭研究的人往往難以開創新的研究思路。此外，跟項目沒有任何利害關系的科學家才能真正地檢查結果，因為他們沒有一廂情愿的想法；而參與其中的人喜歡自己的研究，且他們未來的科學生涯全依賴于此，因此很可能無法客觀判斷。通常，我在這些討論中扮演的是折中的角色，我會從中選出看起來有前途的點子。

我們的會議又一次卓有成效。我們想出了一個計劃，即要求安妮準備與現代DNA不完全匹配的引物，但該序列的最后一個核苷酸需改得與我們所推定的尼安德特人序列相匹配。這些引物不會（或很弱地）引發現代人類線粒體DNA的擴增，而是更容易擴增與尼安德特人類似的線粒體DNA。我們非常仔細地討論了這個計劃，尤其針對以下關鍵問題：如果她利用我們得到的序列信息制備引物，那么這是否可以被認定為獨立重復了我們的結果。顯然，倘若在毫不知情的情況下，安妮仍能得到與我們相同的序列，那再好不過。不過，我們可以告訴她合成尼安德特人的特有引物，此引物能夠夾住另兩個帶有獨特核苷酸的位點。我們不會告訴她這些位點的位置和個數，如果她找到了與我們發現相一致的獨特核苷酸變異，那么我們便可以確信，這些分子確實來源于骨頭本身。經過進一步討論，我們一致認為這是一種真正合理可靠的方法。

我們告訴了安妮必要的信息，然后她訂購了新的引物，我們則等待結果。這時已是12月中旬，安妮曾告訴我們，她打算在圣誕節期間飛到北卡羅來納去看望她的父母。我顯然不能讓她取消行程，盡管我希望如此。近乎兩周之后，電話終于響了。安妮已經從她的新PCR產物中測序到了5個分子，它們均含有我們在尼安德特人序列中看到的2個變異，而此變異很少或幾乎沒有出現在現代人類中。這讓我們頗感寬慰。我覺得我們都應該在圣誕節休假。我們給在波恩的拉爾夫打了個電話，并轉達了這個好消息。就像在慕尼黑的那些年，我依舊和許多野生動物學家到奧地利邊界的阿爾卑斯山，在偏遠的山谷中滑雪，慶祝新年。這一次，當我在壯觀的峽谷滑雪時，我不禁構思起首篇描述尼安德特人DNA序列的論文。對我來說，我們將要描述的事情比現在周圍陡峭的雪景更為壯觀。

 

圣誕節后，馬蒂亞斯再次和我在實驗室里會面，我們坐下來撰寫論文。有一個大問題，那就是應該把這篇論文投給哪份雜志？英國的《自然》，以及它的美國對手《科學》，均在科學界和大眾媒體中享有極高的聲望和知名度，顯然兩者都是不錯的選擇，但是它們都對論文長度嚴加限制。我想解釋我們所做的一切細節，不僅是為了讓世界相信我們的結果千真萬確，而且還想推廣我們提取和分析古DNA的艱苦卓絕的方法。

我與托馬斯·林達爾（Tomas Lindahl）討論了這一切。他是一名出生在瑞典的科學家，在倫敦帝國癌癥研究基金會的實驗室工作。托馬斯是DNA損傷方面的知名專家，言語輕柔，可一旦確信自己是對的，就會毫不回避爭議。1985年，我在他的實驗室里花了六周時間研究古DNA的化學損傷，自此他就成了我的良師益友。托馬斯建議我們把論文送到《細胞》，這是一份備受尊重且頗有影響力的期刊，主要刊登分子和細胞生物學方面的論文。如果把論文發表在這份期刊上，我們傳遞給社會的信號便是，古DNA測序是扎實的分子生物學，不是為了生產嘩眾取寵的結果。更重要的是，《細胞》接受長文章。托馬斯給《細胞》的著名編輯本杰明·盧因（Benjamin Lewin）打了電話，咨詢他的意見。因為我們的手稿長度有些超出《細胞》的慣常篇幅。盧因讓我們提交文章，并說他會將其發送給專家，進行常規的同行評審。這是個很好的消息。我們現在有了充分的篇幅來描述我們的實驗，并陳述所有令我們堅信得到了真正的尼安德特人DNA的論據。

今天，我仍然認為這篇是我最好的論文之一。文中除了描述我們重建線粒體DNA序列的艱辛過程，以及為什么我們認為這真的是尼安德特人DNA。這篇論文還擺出證據證明我們得到的尼安德特人線粒體DNA序列突變超出如今看到的突變范圍，并暗示尼安德特人沒有對現代人的線粒體DNA有所貢獻。這些結論與艾倫·威爾遜、馬克·斯托金以及其他人所提出的“走出非洲”人類演化模型兼容。正如我和同事們在論文中所述的：“尼安德特人的線粒體DNA序列支持以下觀點：現代人類在非洲作為一個獨特的物種出現，幾無雜交便取代了尼安德特人?！?/p>

我們也試圖描述所有能想到的注意事項。我們特別指出，就一個物種的遺傳史而言，線粒體DNA僅提供了一小部分內容。由于它只由母親傳遞給后代，所以只反映女性那一支的歷史。因此，如果尼安德特人與現代人類雜交，只有當女性在兩群之間往來過，我們才會發現線粒體DNA。但實際在最近的人類歷史中，當不同社會地位的人類群體相遇并交往時，他們總會發生性行為，并產生后代。但是，關于男性和女性在該過程中所扮演的角色，人們通常存在偏見。換句話說，社會的主導群體往往是男性，而這樣結合的后代往往留在母親所在的群體中。當然，我們不知道在大約3.5萬年前，現代人類來到歐洲并碰到尼安德特人時，是否也是按照這個模式交往。我們甚至不知道，在何種意義上而言，當時現代人類的社會主導地位能與目前在人類群體中所看到的群體組成進行比較。但很顯然，僅研究女性方面的遺傳，只能得到半部歷史故事。

此外，線粒體DNA的繼承方式也為研究帶來了嚴重的限制。如之前所指出的，個體的線粒體DNA并不與另一個體的線粒體DNA交換片段。此外，如果一個女人只有兒子，那么她的線粒體DNA便會斷絕。線粒體DNA的流傳受到偶然因素的劇烈影響，即使一些線粒體DNA已于3.5萬至3萬年前的某個時候從尼安德特人傳遞給了歐洲早期的現代人類，它們也很可能已經消失。但是細胞核中的染色體就不存在這方面的限制：它們成對地存在于每個個體之中，其中一條染色體來自母親，另一條來自父親。當精子或卵子細胞形成，染色體會以舞蹈般錯綜復雜的方式斷裂并重組，使得染色體中的某些片段進行交換。因此，如果研究某個人核基因組的幾個部分，我們得到一群人的不同版本的遺傳史。例如，尼安德特人所貢獻的變異在某些部分中丟失了，但并非所有部分均如此。因此，通過尋找核基因組中的這些部分，我們可得到一幅不受偶然因素影響的人類歷史圖景。因此，我們在文中總結道，我們的結果“不排除尼安德特人給現代人類貢獻了其他基因的可能”。但就手頭的證據而言，我們當然傾向于支持“走出非洲”假說。

我們的論文經過同行評審和微小修改后，便被《細胞》接受并刊載。正如常見于所有頂級雜志的安排那樣，《細胞》的編輯堅持，論文將于7月11日那期出版。他們準備了新聞稿，在此之前，我們不得對外談論研究結果。論文發表當天，我飛到倫敦參加他們舉辦的新聞發布會。這是我第一次出席新聞發布會，也是初次成為媒體的焦點。令我驚訝的是，我樂于解釋我們工作的要點，并盡最大努力闡述我們的結論和涉及其中的注意事項。這并不容易，因為我們的數據直接攸關一場在人類學領域持續爭斗了十多年的論戰。

這場戰役源起于“走出非洲”假說。艾倫·威爾遜和他的同事們主要基于現代人類線粒體DNA的變異模式而提出此理論。起初，此學說遭到了古生物界的嘲笑和敵視。幾乎所有的古生物學家當時都支持所謂的多地區模型，認為現代人類源自直立人，在各大陸或多或少地獨立演化。他們認為如今的人類群體很早就開始以各自的分支分開演化：比如認為當前歐洲人的祖先是尼安德特人，以及更早期的歐洲古人類；認為目前亞洲人的祖先是亞洲的其他古人類，可追溯到北京人。然而，越來越多重要的古生物學家認為，“走出非洲”假說與化石記錄和考古證據更吻合，這其中的有力捍衛者是來自倫敦自然歷史博物館的克里斯·斯特林格（Chris Stringer）?！都毎费埩丝死锼箙⒓有侣劙l布會，他宣布，我們得到的尼安德特人DNA對古生物學而言，就好比登月之于太空探索。我當然很高興，但并不感到意外。更令我高興的是，支持“另一方”的多地區學家也贊揚了我們的工作——特別是其中最喜歡表達強烈意見的密歇根大學的米爾福德·沃爾波夫（Milford Wolpoff），他在《科學》的一篇評論中表示：“如果有人能做到這一點，那一定是斯萬特?！?/p>

總之，我被文章所引發的廣泛關注所震驚。它出現在許多主要報紙的頭版，全世界的廣播和電視新聞節目也大幅報道。文章發表一周后，我大部分時間都在和記者通電話。自1984年開始從事古DNA工作，我已逐漸意識到，從理論上來說，我們重新得到尼安德特人的DNA是絕對有可能的。自馬蒂亞斯打電話叫醒我，說他從一臺測序儀中得到了一個不像人類的DNA序列起，時間已過去九個月了。因此，我已經適應了這個想法。但是世界上的其他人不一樣，他們被我們的成就震撼。然而，當媒體平息下來后，我覺得我們需要反思。我得回顧一下引領此番發現的那些歲月，并思考下一步該何去何從。