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引言

以人為鏡,可以明得失;以史為鏡,可以知興替

本書的靈感來自一位有遠見的夢想家,盧卡·卡瓦利-斯福扎(Luca Cavalli-Sforza)。他開創了利用遺傳學手段研究人類歷史的先河。我曾師從他的一位學生,所以也算是他學派里的一員。在他的愿景里,我們可以透過基因組來理解人類的過去。為此,我深受鼓舞。

1994年,《人類基因的歷史和地理》(The History and Geography of Human Genes)一書出版,這標志著卡瓦利-斯福扎的學術巔峰,它綜合了當時考古學、語言學、歷史學和遺傳學上的發現,講述了一個人類輾轉發展的宏大故事。Luigi Luca Cavalli-Sforza, Paolo Menozzi, and Alberto Piazza, The History and Geography of Human Genes (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1994).該書對人類遙遠的過去做了一個概覽,但它受限于那個時代的認知水平,當時的遺傳學數據極為匱乏,跟考古學和語言學的信息比起來,幾乎可以忽略不計。僅有的一些遺傳學數據在某些情況下可以揭示某些與其他領域吻合的模式,但由于信息量不夠豐富,還不足以讓人們提出新穎的洞見。實際上,卡瓦利-斯福扎所提出的少數幾個重要的新論點,最終都被證明是錯的。20年前,無論是卡瓦利-斯福扎還是像我這樣的初學者,都還在DNA數據的黑暗時代里摸索。

1960年,卡瓦利-斯福扎進行了一次豪賭,這決定了他的整個學術生涯。他相信,我們基于當代人在本書中,“當代人”指生活在如今的人,“現代人”則是我們所屬的物種“智人”的俗稱。——編者注的遺傳多態性,就有可能把歷史上的人類大遷徙給還原出來。Luigi Luca Cavalli-Sforza and Francesco Cavalli-Sforza, The Great Human Diasporas: The History of Diversity and Evolution (Reading, MA: Addison-Wesley, 1995).

通過接下來50年孜孜不倦的工作,卡瓦利-斯福扎的研究不斷取得突破,似乎馬上就要取得勝利。在開始這項工作之初,研究人類遺傳變異的技術還很薄弱,他唯一能做的就是測量血液中的蛋白質,然后觀察不同個體之間的差異,就跟醫生在給病人輸血前做血型檢驗那樣。到了20世紀90年代,卡瓦利-斯福扎和同事們已經收集了來自不同人群的100多種不同性狀。利用這些數據,他們可以根據個體間攜帶相同性狀的頻率,準確地對不同的個體按照大陸來源進行聚類。例如,歐洲人之間、東亞人之間、非洲人之間的聚合度都很高。到了20世紀90年代和21世紀初,他們在技術上突破了蛋白質變異數據的限制,開始直接分析DNA數據,也就是我們人類的遺傳密碼。他們從散布在地球各處的約50個人群中提取了約1000人的DNA,并檢查了這些個體在基因組中300個位置上的差異。N. A. Rosenberg et al., “Genetic Structure of Human Populations,” Science 298 (2002): 2381–85.當他們利用計算機程序把所有的個體聚類成5個組的時候,雖然這些計算機內并沒有存儲任何與人群標簽有關的信息,但結果與人們出于直覺所劃分的深層血緣關系非常一致。計算機分的5個組是:歐亞大陸西部人從地理學上講,歐亞大陸(Eurasia)是亞洲大陸和歐洲大陸的合稱,也作亞歐大陸,是世界上最大的一塊陸地。從人類學和遺傳學上來講,歐亞大陸的西部(West Eurasia或Werstern Eurasia)在地理上則相對松散,指的是西亞和歐洲地區,居住在這里的相對同質的人群就被稱為歐亞西部人(West Eurasians或Western Eurasians)。后文中,在不引起歧義的前提下,類似的名詞將簡稱為“歐亞西部”“歐亞西部人”。——譯者注、東亞人、美洲原住民、新幾內亞人和非洲人。

卡瓦利-斯福扎特別感興趣的是從人群歷史的角度對當代人群的劃分進行解讀。他和同事們使用了一種特殊的技術來分析收集到的血液分組數據,可以從多個生物學差異性性狀中識別出最有效的組合特征,并以這些組合來概括不同個體間的差異。在把這些血液分組的組合特征投射到歐亞西部的地圖上之后,他們發現,其中一個組合特征在近東地區達到了最大值,然后沿著從東南到西北的方向朝著歐洲逐漸遞減(見圖1a)。P. Menozzi, A. Piazza, and L. L. Cavalli-Sforza, “Synthetic Maps of Human Gene Frequencies in Europeans,” Science 201 (1978): 786–92; L. L. Cavalli-Sforza, P. Menozzi, and A. Piazza, “Demic Expansions and Human Evolution,” Science 259 (1993): 639–46.他們解釋道,這是農民從近東進入歐洲的遷徙過程所留下的“遺傳足跡”,而從考古學的角度來看,在9000年前以后,的確發生過這樣一個遷徙過程。逐漸遞減的變化趨勢則表明,第一批農民到達歐洲后,他們與當地的采獵者原文是hunter-gatherers,也可翻譯為“狩獵-采集者”,在本書中統一采用“采獵者”這個說法。——譯者注發生了人群融合,在不斷擴張的過程中,農民人群積累了越來越多的采獵者的血統——該過程也被稱為“人口擴散”(demic diffusion)。Albert J. Ammerman and Luigi Luca Cavalli-Sforza, The Neolithic Transition and the Genetics of Populations in Europe (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1984).直到最近,很多考古學家仍將這個人口擴散模型當成一個考古學和遺傳學交叉融合的經典例子。

圖1a 安納托利亞農民祖先橫跨歐洲示意圖(卡瓦利-斯福扎版)

卡瓦利-斯福扎在1993年繪制的等值線圖(上圖做了一定調整)。基于當代人群的血液分組變異模式,他重建了農民從東方朝歐洲流動的過程,從中可以看出,農民祖先血統占比最高的區域在歐洲東南部,靠近安納托利亞梯度,單位時間或者單位距離內某種現象按照次序變化的程度。——譯者注的地方。

上述模型在理論上很有吸引力,但卻是錯誤的。其缺陷從2008年起開始顯露出來。當時,約翰·諾文布雷(John Novembre)和同事們證明,即使沒有人口遷移,也可以產生像歐洲那樣的梯度變化。J. Novembre and M. Stephens, “Interpreting Principal Component Analyses of Spatial Population Genetic Variation,” Nature Genetics 40 (2008): 646–49.然后,他們又表明,采用卡瓦利-斯福扎的數學方法,農業由近東向歐洲擴張的過程有可能會出乎意料地產生一個與遷移方向垂直的梯度安納托利亞(Anatolia),又名小亞細亞或西亞美尼亞,地理范圍大體上相當于土耳其的亞洲部分。——譯者注,而不是像真實數據中所呈現的與遷移方向平行的梯度(見圖1b)。O. Fran?ois et al., “Principal Component Analysis Under Population Genetic Models of Range Expansion and Admixture,” Molecular Biology and Evolution 27 (2010): 1257–68.

圖1b 安納托利亞農民祖先橫跨歐洲示意圖(全基因組數據版)

全基因組數據表明,歐洲農民祖先的主梯度變化方向非但不是東南到西北,而是幾乎與此垂直。究其原因,主要是一支從東方遷徙來的游牧民族替代了大多數第一批達到的農民。

隨著從古代骨骼中提取DNA的技術突破,“古DNA革命”(ancient DNA revolution)橫空出世,最終推翻了人口擴散模型。基于古DNA革命的技術手段,我們發現,哪怕在歐洲最偏僻的地域,例如不列顛群島、斯堪的納維亞半島和伊比利亞半島,最早進入歐洲的農民也基本沒有與采獵者相關的血統。實際上,他們的基因組中來自采獵者祖先的比例甚至比當代歐洲各處的人口還要低。而且,在今天的歐洲,人類基因組中來自早期農民祖先的比例最高的地區,不是卡瓦利-斯福扎根據血型數據所推斷出來的歐洲東南部,而是位于意大利西部地中海內的撒丁島。A. Keller et al., “New Insights into the Tyrolean Iceman's Origin and Phenotype as Inferred by Whole-Genome Sequencing,” Nature Communications 3 (2012): 698; P. Skoglund et al., “Origins and Genetic Legacy of Neolithic Farmers and Hunter-Gatherers in Europe,” Science 336 (2012): 466–69; I. Lazaridis et al., “Ancient Human Genomes Suggest Three Ancestral Populations for Present-Day Europeans,” Nature 513 (2014): 409–13.

以卡瓦利-斯福扎的地圖為例,我們就可以明白為什么他的豪賭出婁子了。他假設當代人群的遺傳結構就像“回聲”一樣,可以反映人類歷史上的一些重大事件,這點是正確的。例如,與非洲人相比,非洲以外人群的遺傳多樣性較低,這反映出在大約5萬年前以后,人類走出非洲、從近東地區向外擴張,在此過程中逐漸丟失了遺傳多樣性。但是,當代人群的遺傳結構并不能完美地復原古代事件的細節。難處不僅在于,相鄰的人群會發生混血,從而模糊了歷史事件所遺留下來的遺傳信號。更大的困難是,我們現在已經從古DNA中知道,當今的人群幾乎從未與同處一個地區的、遠古時代的人群維持過嚴格的血緣繼承關系。J. K. Pickrell and D. Reich, “Toward a New History and Geography of Human Genes Informed by Ancient DNA,” Trends in Genetics 30 (2014): 377–89.在這種情況下,任何試圖通過當代人類遺傳結構來重建歷史上人口流動的努力都擺脫不了其局限性。卡瓦利-斯福扎在《人類基因的歷史和地理》中寫到,他的分析已經排除了已知的、由人類大遷徙產生的人群,比如有著歐洲人和非洲人血統的美國人,他們的祖先是大西洋彼岸的移民,再比如像羅姆人羅姆人(Roma),另一種說法是吉普賽人(Gypsies),但大多數羅姆人認為“吉普賽人”的說法有歧視意義。羅姆人和猶太人在歷史上都遭受過大量的迫害,其民族起源也是眾說紛紜。——譯者注和猶太人這樣的歐洲少數民族。卡瓦利-斯福扎所賭的,就是過去比現在要簡單得多,通過聚焦在那些已知的、沒有受到過重大移民活動影響的人群,就能夠研究古時候居住在同一地方的人類的直系后代。問題是,古DNA告訴我們,過去并不比現在簡單,人類總是在不斷地動蕩、融合,以及相互更替。

卡瓦利-斯福扎對人類史前史的開創性遺傳學研究,使我想起了《圣經》中摩西那樣有遠見的領導者。卡瓦利-斯福扎的成就高于任何追隨者,他創造了一個新的觀察世界的框架。《圣經》里曾寫道,“以色列中再沒有興起先知像摩西的”,但《圣經》同時也告訴我們,摩西是無法到達應許之地的。在帶領他的人民行走曠野四十載后,摩西爬上尼波山,卻發現對面的約旦河西岸可望而不可即。踏上這片應許之地的榮光,已經留給了他的繼任者們。

以上就是過去利用遺傳學對人類歷史進行研究的情況。卡瓦利-斯福扎敢為天下先,洞察到了遺傳學揭示人類歷史的全部潛力,但他的愿景遠超前于實現它所需的技術。然而,今天的情況已經大為不同了。時至今日,我們擁有了數十萬倍的數據,而且還具備了探究古DNA中豐富信息的能力。在傳統的考古學和語言學工具之外,這些信息已經成為研究歷史上人類流動的更加確切的數據來源。

首批5個古人類基因組是在2010年公布的:幾個古尼安德特人的基因組R. E. Green et al., “A Draft Sequence of the Neandertal Genome,” Science 328 (2010): 710–22.,一個古丹尼索瓦人尼安德特人、丹尼索瓦人,都是已經滅絕的古老型人類。本書下文還會講到,之所以說他們是“古老的”,是因為其性狀特征遠超出了現代人的正常變化范圍。——譯者注的基因組D. Reich et al., “Genetic History of an Archaic Hominin Group from Denisova Cave in Siberia,” Nature 468 (2010): 1053–60.,一個在格陵蘭發現的、約4000年前的現代人個體的基因組M. Rasmussen et al., “Ancient Human Genome Sequence of an Extinct Palaeo-Eskimo,” Nature 463 (2010): 757–62.。接下來的幾年里,又出現了另外5個個體的全基因組數據,2014年則涌現了總計38個人的數據。到了2015年,古DNA全基因組分析領域的進展突飛猛進,出現了3篇論文,又分別添加了66個W. Haak et al., “Massive Migration from the Steppe Was a Source for Indo-European Languages in Europe,” Nature 522 (2015): 207–11.、100個M. E. Allentoft et al., “Population Genomics of Bronze Age Eurasia,” Nature 522 (2015): 167–72.和83個樣本I. Mathieson et al., “Genome-Wide Patterns of Selection in 230 Ancient Eurasians,” Nature 528 (2015): 499–503.。到了2017年8月份,僅我的實驗室就獨立產生了超過3000個古樣本的全基因組數據(見圖2)。現在我們生產數據的速度非常快,以至于數據生產后,還沒等到發表,這個領域內的總數據就已經翻了一倍。

圖2 2010年以來擁有全基因組數據的樣本累計總數

現在,古DNA實驗室生產數據的速度非常快,以至于數據生產和數據發布之間的間隔比將這個領域內的總數據加倍所需的時間還要長。

與古DNA革命相關的很多技術的發明者都是斯萬特·帕博(Svante P??bo)斯萬特·帕博,瑞典演化遺傳學家。自1997年起,他一直擔任德國萊比錫馬克斯·普朗克演化人類學研究所所長,首先發布了尼安德特人基因組序列。——譯者注,以及他在德國萊比錫馬克斯·普朗克演化人類學研究所的同事們。該研究所開發此技術的目的是研究極其古老的樣本,例如尼安德特人和丹尼索瓦人。我的貢獻則在于將此技術擴展到大量的、相對較新的樣本上,盡管這里所謂的“較新”也有數千年歷史。傳統上,一個學徒的培訓周期是7年,而從2007年起,屬于我的古DNA學徒期啟動了:在尼安德特人、丹尼索瓦人等基因組項目上,我開始與帕博一起合作。到了2013年,帕博幫助我建立了自己的古DNA實驗室,也是美國第一個專門研究古人類全基因組的實驗室。在這方面,我的工作搭檔是娜丁·羅蘭德(Nadin Rohland),在加入我的實驗室之前,她也曾在帕博的實驗室里度過了自己的7年學徒期。我們的想法是讓古DNA研究工業化,也就是利用歐洲開發的、研究少數樣本的技術,建立一個美國式的基因組工廠。

羅蘭德和我意識到,要想將古DNA研究工業化,關鍵在于帕博實驗室的馬蒂亞斯·邁耶(Matthias Meyer)和付巧妹所開發的技術。邁耶和付巧妹的發明是由其研究需求所催生的:他們需要從來自中國的田園洞田園洞,位于著名的周口店北京猿人遺址附近,因位于田園林場內而得名。——譯者注、有大約4萬年歷史的早期現代人遺骸身上提取DNA。Q. Fu et al., “DNA Analysis of an Early Modern Human from Tianyuan Cave, China,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 110 (2013): 2223–27.他們發現,從這個田園洞人的腿骨上提取的DNA之中,只有0.02%來自這個人自己,其余的都來自他死后侵入的微生物。這樣一來,直接測序(direct sequencing)的成本就太高了,即便是采用大概在2006年之后出現的、成本已經低了數十萬倍的技術還是不可取。為了解決這個問題,邁耶和付巧妹借鑒了醫學遺傳學家的做法:將最感興趣的2%的基因組部分分離出來,再將剩下的98%丟掉。于是,他們兩位從田園洞人腿骨的DNA里分離出屬于人類的一小部分遺傳序列,而丟掉了其余的部分。

邁耶和付巧妹開發的DNA分離方法對古DNA革命的成功至關重要。早在20世紀90年代,分子生物學家們就改造了印刷電子電路時使用的激光蝕刻技術,用來將選中的數百萬個DNA序列附著在硅或玻璃晶圓上,在特定的液體中,這些DNA序列可以被分子剪刀(工具酶)分子剪刀(molecular scissors),如果某種分子只對某一個特定的化學鍵有獨特的作用,并能夠按照人們的要求進行分子切割和組裝,那么,這種分子就是一個精確的分子剪刀。在基因工程中,人們使用各種工具酶進行DNA和RNA的切割和連接。——譯者注剪切下來。邁耶和付巧妹利用了這種辦法,首先人工合成出了許多52個字母長的DNA序列,它們互相交疊著覆蓋了人類第21號染色體的絕大部分,就像是屋頂上的瓦片。借助于高度相似的DNA序列容易互相結合這一特性,他們以人工合成的序列為“餌”,從田園洞人的古DNA中“釣”取了他們感興趣的DNA序列。通過這種辦法獲取的DNA,大部分都來自田園洞人本身的基因組,而且還恰恰都是他們夢寐以求的那些片段。數據分析結果表明,田園洞人是一種早期的現代人,是最終演化成當代東亞人的那個支系的一員。同時,他們還發現,田園洞人身上古老型人類(archaic human)的遺傳成分并不多,在幾十萬年前,古老型人類和現代人的支系就已經隔離開了。這就推翻了先前人們根據骨骼形狀所做出的推斷此前人們根據形態學研究,認為田園洞人身上擁有一些晚期的古老型人類的特征。——譯者注H. Shang et al., “An Early Modern Human from Tianyuan Cave, Zhoukoudian, China,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 104 (2007): 6573–78.

羅蘭德和我改進了這種技術以便于研究整個基因組。我們與德國的同事合作,人工合成了一系列52個字母長的DNA序列,這些序列覆蓋了超過100萬個人類基因組中的位置。在這些位置上,我們已經知道不同的人會有不同的字母。我們使用這些“誘餌序列”來釣取人類的DNA片段(而不是微生物的),發現這種方法可以顯著地富集我們感興趣的DNA片段,有時候提取效率可以提升100倍以上。另外,因為我們只針對基因組中富含信息的特定位置進行處理,在效率上又有了額外大約10倍的增加。我們實現了整個過程的自動化,利用機器人來處理DNA,使得一位研究人員可以在幾天內同時研究超過90個樣本。我們聘請了一批技術員將古代的遺骸取樣并研磨成粉末,然后從粉末中提取DNA,再將提取出來的DNA轉化成我們可以測序的形式。

以上是古DNA研究的實驗室工作部分,但這僅僅是一個開始。除了這些,還有一項同樣復雜的任務,那就是將測序得到的幾十億個DNA序列歸類到它們所屬的樣本,并剔除掉那些已經受到污染的樣本,最終生成一個便于使用的數據集。紹普·馬利克(Shop Mallick)是一位物理學家,他6年前加入了我的實驗室,并建立了整個計算機系統來完成上述這些工作。而且,隨著數據性質的改變和數據規模的增加,他也在不斷地對計算機數據處理的策略進行升級。

結果比我們預想的還要好。生產全基因組數據的成本降到了每個樣本低于500美元。這比全基因組暴力測序(brute-force whole-genome sequencing)便宜了許多倍。更棒的是,采用我們的方法,在我們選擇的骨骼樣本中,有大約一半能獲得全基因組數據。當然,成功率取決于所研究的骨骼的保存完好程度。例如,在俄羅斯寒冷條件下獲得的古樣本,其成功率為75%左右,而對取自近東地區炎熱環境下的樣本,我們的成功率只有30%上下。

這些進展意味著,對古DNA展開全基因組研究時,再也不需要事先篩選大量的骸骨,才能找到一個可分析的DNA樣本了。相反,相當一部分曾被篩除的過去1萬年內的樣本,現在都可以轉化為全基因組數據了。得益于新方法的使用,在單個研究中一次性分析數百個樣本也是游刃有余。有了數據,人們就可以重建人群在流動過程中的諸多精致的細節,而這些細節將顛覆我們對歷史的認知。

到了2015年底,我在哈佛的古DNA實驗室已經發布了全世界一半以上的古人類全基因組。我們發現,北歐的人類群體在很大規模上曾經被5000年前來自東歐大草原的一次大遷徙所替代;Haak et al., “Massive Migration.”1萬多年前,農業在近東地區多個高度分化的人群中發展起來,這些人群隨后又與農業文明一起向四面八方擴散和融合;I. Lazaridis et al., “Genomic Insights into the Origin of Farming in the Ancient Near East,” Nature 536 (2016): 419–24.而3000年前到達太平洋偏遠島嶼指太平洋中部、大洋洲中部散布在赤道兩側的一系列島嶼。——譯者注的第一批人類移民并不是今日當地居民的唯一祖先。P. Skoglund et al., “Genomic Insights into the Peopling of the Southwest Pacific,” Nature 538 (2016): 510–13.同時,我啟動了一個調查當今人類多樣性的項目,該項目使用了一種我與合作者一起為研究人類歷史而設計的專用微芯片。我們使用這種芯片研究從全世界范圍內1000多個人類群體中選擇出來的上萬個個體——由此而產生的數據集,不僅在我的實驗室,也在世界上其他研究遺傳變異的實驗室里,發揮著中流砥柱的作用。Lazaridis et al., “Ancient Human Genomes.”

古DNA革命對歷史事件的解析、還原程度令人驚嘆不已。我快博士畢業那會兒的一次晚餐,至今仍然讓我念念不忘。當時跟我一起進餐的有我的博士生導師大衛·戈爾茨坦(David Goldstein)和他的妻子卡維塔·納亞爾(Kavita Nayar),他們兩位都是卡瓦利-斯福扎的學生。那是1999年,也就是全基因組古DNA技術發明的10年之前。我們在一起暢想,利用歷史遺留下來的痕跡,我們到底可以在多大程度上將歷史事件準確地重建出來。現在想想,當時如同做白日夢一般。一個手榴彈在房間里爆炸了,我們能把每一個殘存的碎片都拼湊起來,把墻上的每一個彈片都考慮在內,從而得到爆炸前每一個物體的準確位置嗎?一門語言早已絕跡了,我們能開啟一個洞穴,利用塵封在內的、至今仍激蕩著的數千年前話語的回聲,把它復原出來嗎?今天,古DNA技術使這一切細致入微的重建工作都成為可能。

如今,人類基因組變異分析在研究遠古時期人口變遷中所起到的作用早已超越了傳統的考古學工具——對文物的研究。Pickrell and Reich, “Toward a New History.”這幾乎對所有人都是件驚喜的事情。卡爾·齊默(Carl Zimmer)是《紐約時報》的科學記者,經常撰寫這個新領域的文章。他告訴我,當初被報紙分配來報道古DNA研究成果的時候,他還抱著一種過來給科學報道團隊幫幫忙的心理,反正他的主攻方向是演化和人體生理學,穿插著跟進一下就可以了。他本來的設想是每隔6個月左右寫篇文章,一兩年之后相關的工作成果也就偃旗息鼓了。沒想到,現在齊默發現,每隔幾周就會有一篇重磅論文發表,而且還有愈演愈烈之勢。

我們這本書所講述的,就是在人類歷史研究中的基因組革命。這場革命源自全基因組數據,由一系列連珠炮似的發現所組成。全基因組意味著對所有的遺傳信息進行一次性的分析,而不是僅對其中像線粒體DNA(mitochondrial DNA)這樣的小片段進行分析。從古人類遺骸中提取全基因組DNA的新技術則使這一次基因組革命如虎添翼、威力大增。在本書中,我沒有試圖去追蹤以前人們通過遺傳學手段來研究歷史的過程,幾十年來,人們從對骨骼差異的分析起步,已經發展到對人類基因組中極少數片段的遺傳差異進行研究。盡管所有這些努力都對人群間的關系和遷徙給出了新見解,但在2009年以后涌現出來的海量數據面前,這些見解都顯得如此蒼白無力。在2009年前后,對基因組中個別位置的研究或許湊巧會引出某些重要的發現,或者為某種假說提供一些支撐性的證據。但總的來說,在2009年之前,這些遺傳學的證據都屬于無心插柳的產物,在主流考古學中始終處于從屬的地位。然而,到了2009年以后,全基因組數據開始大展身手,破天荒地對考古學、歷史學、人類學,甚至語言學中某些習以為常的觀點提出了挑戰,而且還開始解決這些不同領域之間的矛盾之處。

古DNA革命正在以摧枯拉朽之勢改變著我們對人類歷史的看法。然而,目前還沒有一位正投身于這場革命的遺傳學家開始撰寫書籍,闡述其影響、解釋其機制,并描繪出新的科學方法是怎樣幫助科學家們去偽存真的。古DNA革命的方方面面需要從晦澀難懂、充滿術語的科學論文中提煉出來,更不用說這些論文有時還帶著幾百頁密密麻麻的描述實驗方法的附件了!因此,本書的目標是以古DNA這個非凡的視角,向讀者提供一個人類歷史的清晰畫卷——一本專家和外行都能雅俗共賞的、講述古DNA的故事的書籍。我無意于寫一本集大成的綜述,因為在這個領域里,變化一日千里,當本書到達讀者的手中時,它所描述的一些先進的東西或許已經落伍,甚至被推翻了。在我寫作此書的3年中,又有許多新的發現爆發出來,所以我在這里所描述的大部分內容都是我開始寫作后才顯現的成果。因此,我希望讀者能夠將本書中的話題看作是全基因組研究所能發揮的爆發性威力的例子,而不是看作對科學的一個階段性總結。

在本書中,我將引領讀者一起來進行一場發現之旅。每一章節都像是一場討論會,每個讀者在一開始時或許都有自己的一個觀點,而結束一個章節時,讀者會發現結論大相徑庭。其實這就是本書的目的。我會以講述自己的相關工作為主,因為在這上面,我有極大的發言權。不過,我也會講述一些我沒有參與的、對整個故事都至關重要的工作。這種講故事的方式不成比例地突出了我的實驗室的成果,對此我表示道歉,特別是對那些做出了同樣重要貢獻、而我沒有提及名字的人士。我的首要任務不是書寫一篇科學綜述,而是通過講述基因組革命的奇妙和精彩,讓讀者沉浸在一個個引人入勝的故事里。

我還強調了一些正在浮出水面的主題,尤其是人們發現,在人類歷史上,高度分化人群之間的混血曾經反復出現、屢見不鮮。今天,許多人仍認為,人類可以按照生物學特征歸類到各種“原始”(primeval)群體中去,這與“種族”(race)的概念相對應,種族的起源就是數萬年前分居的人群。但是,過去幾年里,在新的數據面前,長期以來的“種族”觀點已經被證明是錯誤的。而且,這一新的批判與過去百年間人類學家對“種族”概念的批判截然不同。基因組革命帶來了一個令人震驚的發現,也就是即便在相對近期的時代里,人群之間雖然一直存在著巨大的差異,但彼此的分界線卻是今非昔比。從1萬年前的人類遺骸中提取的DNA告訴我們,當時的人群結構與今日有著本質的不同。今日的人類是過去的人群混血的結果,而過去的人類同樣也是混血的結果。所以,人群的大融合才是主線,不管是非洲裔美國人,還是美洲的拉丁裔人群,他們都只是這條主線上的最新一代而已。

本書分為3個部分。

第一部分,“人類的歷史深處”,描述了人類基因組不僅提供了受精卵發育所需的所有信息,還包含了我們物種的歷史。第1章,“我們是誰”,提出基因組革命的意義不在于揭示了人類和其他動物相比所具有的特質,而在于揭示了人類形成的歷史過程:人類的遷徙與融合。第2章,“尼安德特人”,敘述了人們是如何利用古DNA技術,突破性地獲取了尼安德特人的基因數據,從而發現人類的這個大腦袋親戚是怎樣與非洲以外的現代人祖先發生混血的。第3章,“丹尼索瓦人”,著重強調了古DNA如何幫助我們發現意想不到的歷史事件,以及古DNA如何初戰告捷,發現了考古學家從未預言過的古老型人類——丹尼索瓦人。而在當代新幾內亞人身上,也發現了其祖先與丹尼索瓦人發生過混血的痕跡。丹尼索瓦人的基因組序列同時帶動了一系列古人類種群及其混種的發現,這確切地證明了,大融合才是人類發展的中心要素。

第二部分,“人類的演化之路”,講述了基因組革命和古DNA如何改變了我們對現代人支系的認知,并以人類群體大融合為主旨,帶領讀者開始周游世界。第4章,“‘幽靈人群’”,介紹了這樣一種思路:人們可以借由遺留在當代人身上的遺傳物質,從蛛絲馬跡出發,重建那些早已不知蹤跡、未經混血的“純種”的人類群體。第5章,“現代歐洲的形成”,解釋了當代歐洲人是如何從3個高度分化的人類群體傳承下來,以及這3個人類群體如何在過去的9000年中逐漸融合在一起。在古DNA技術產生之前,考古學家們做夢也沒想到這一點。第6章,“碰撞中誕生的印度”,揭示了在不同時間、不同地點下,南亞人類群體的產生與歐洲人何其相似。兩者都經歷了兩次大融合。第一次是9000年前的近東地區農民的大規模移民,這些移民與原住的采獵者相融合。第二次是5000年前來自歐亞大草原的大規模移民,這一次又給南亞人類群體帶來了另一個祖先。與之同行的,也許還有印歐語系的語言。第7章,“追尋美洲原住民的祖先”,展示了如何通過對現代DNA和古DNA的分析證明,在歐洲人到來之前,美洲原住民的祖先可以追溯到來自亞洲的好幾波移民。第8章,“東亞人的基因組起源”,描述了東亞人的祖先有多少是源于中國的農業中心地帶的人口擴張。第9章,“不可或缺的非洲人類史”,特別講述了古DNA的研究如何掀開蒙在非洲大陸之上的層層面紗,揭示了過去幾千年來農民的大規模擴張,以及農民與原住民之間要么此長彼消、要么相互融合的深厚歷史。

第三部分,“顛覆性的基因組”,則將重點放在了基因組革命的社會意義上。我們將如何看待自己在世上的位置?如何構建與同樣活在當下的超過70億人口的關系?前有古人,后有來者,我們和他們又有何牽連?針對這些問題,基因組革命都能給我們一些新的啟示。第10章,“基因組中的不平等”,展現了古DNA研究如何揭露人群之間、性別之間、同一人群內不同個體之間社會權力不平等的深層歷史,以及這種不平等是如何決定了繁殖的成敗。第11章,“基因組中的種族和身份”指出,20世紀出現的一種所謂正統觀念早該壽終正寢了,這種觀念認為,人群之間的關系是如此的緊密,以至于平均說來,它們之間不可能存在著實質性的生物學差異。不過,本章同時也表明,長期以來種族主義的世界觀更是與遺傳學數據告訴我們的事實天差地別。本章中也提出了一種新的看待人類群體差異性的方式——一種由基因組革命所啟迪的方式。第12章,“古DNA的未來”,這是關于基因組革命下一步何去何從的討論。借助于古DNA,基因組革命終于實現了盧卡·卡瓦利-斯福扎的夢想。作為一種研究過去的人類群體的工具,古DNA一點也不比傳統的考古學和歷史語言學遜色。而且,古DNA和基因組革命還可以回答過去無法解決的深層次問題:發生了什么,也就是古人類之間有何等恩怨情仇,人類遷徙又如何促成了考古學記錄中的滄海桑田。古DNA技術對考古學家們來說應該是一種解放性的手段,考古學家們離這些問題的答案越近,他們就越能充分地研究最感興趣的話題,也就是,為什么會有這些變化?

在讀者全心投入本書之前,請容我講一個2009年我在麻省理工學院的一次客座講座中遇到的事情。我的那次講座是一門課程在學期末的最后幾堂課之一,目的是給該課程增加一些趣味性。這門課程旨在向學生們介紹,在尋找疾病治愈手段的過程中如何借助計算機進行基因組研究。我提到了印度人群的歷史,當時一位坐在前排中間的本科生一直盯著我看。我在做總結的時候,她笑著問我:“你是怎么獲得研究資金來干這事的?”

我嘟囔了一些關于人類歷史對遺傳變異的影響,以及為了識別疾病的風險因素,了解人類的歷史是如何如何重要之類的話。我舉了一個例子,講到在印度存在著數千個不同的人群,其中某種疾病的發病率很高,原因是導致這種疾病的遺傳突變恰好是由其人群奠基者所攜帶的,隨著群體規模不斷擴大,這種突變的頻率也在群體內大大增加了。后來,當我向美國國家衛生研究院提出基金申請的時候,我就是順著這種思路,建議找出在不同人群中發生頻率不同的疾病風險因素。自從2003年我組建實驗室以來,這類資助支持了我大部分的工作。

誠然,這些話都沒錯,但我希望當時我能夠理直氣壯地給出不同的回應。我們科學家,受困于科研資助體制,經常要證明我們的研究工作在衛生或科技方面有實用價值。但是,人類的好奇心本身難道不應該被認可嗎?對人類來說,回答“我們是誰”這樣的基本問題難道不應該作為我們這個物種的頭等大事嗎?一個開明、進步的社會,難道不應該推崇、重視智力活動嗎?哪怕這些活動可能沒有直接的經濟或者其他實用價值。我再次呼吁,對人類自身歷史的研究至關重要,無論是藝術、音樂、文學,還是宇宙學等。這些研究,可以讓我們對人類的共同處境保持警醒的認知。這些認知越是在意料之外,對人類就越是舉足輕重。

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