用基因探索歷史的科學家

李欣

北美洞穴里的收獲

在美國俄勒岡州古老的佩斯利洞穴里，考古學家們常常會有不錯的收獲。在洞里的沉積物中，埋藏著大量的石器矛尖、動物骨骼、植物纖維、繩索和獸皮。放射性碳年代測試法表明，它們的年代都非常久遠了。2014年，一位名叫艾斯克·威勒斯列夫的丹麥科學家慕名而來，希望在佩斯利洞穴找到一些古駱駝或者古野馬的遺骸化石。他正在研究一個在“圈外人士”看來異常深奧難懂的課題——測序遠古生物的DNA，即，用科學的方法將遺傳物質從有著成千上萬年歷史的樣本中分離出來。

俄勒岡州立大學的丹尼斯·詹金斯教授就是一位“圈外人士”，他作為佩斯利洞穴考古項目的負責人，起初并不太看好威勒斯列夫的工作。詹金斯說道：“我覺得，他（威勒斯列夫）可以來這里考察并撰寫論文，但如果他的研究讓我不爽，那么我不會允許他帶走任何樣品?！钡罱K，威勒斯列夫不僅為哥本哈根大學的實驗室?guī)Щ亓斯篷橊労凸乓榜R的骨頭，另外還帶回了14塊人類糞便的化石。詹金斯后來承認，威勒斯列夫的考古結果讓他驚掉了下巴，因為威勒斯列夫從6塊糞便化石中提取出了線粒體DNA。這些線粒體DNA顯示出糞便的主人屬于單倍群A2和B2——本土印第安人的兩個主要遺傳譜系的起點，它們的年代甚至比北美已知最古老的克洛維斯人還要早1000多年。

很顯然，威勒斯列夫的發(fā)現(xiàn)會重新校準人們對美洲大陸早期原住居民的認識，這已經(jīng)不是威勒斯列夫第一次用古代基因重寫人類歷史了。他已經(jīng)測序過許多古人類的基因，比如格林蘭島上一個4000歲的古愛斯基摩人、西伯利亞凍土的一個24000歲高齡的小孩以及美國蒙大拿州的一個12000多歲的嬰兒。在短短幾年里，威勒斯列夫的這些研究解開了人類早期歷史中的許多秘密。

探險西伯利亞

威勒斯列夫并不是第一個試圖分析古生物遺傳物質的人，早在20世紀80年代，這種開創(chuàng)性的研究已經(jīng)應用在尼安德特人和古埃及木乃伊身上了。但是，威勒斯列夫很小的時候就對遠古歷史有著一種異常的癡迷，這使他能夠在這個競爭愈發(fā)激烈的研究領域長期處在前沿的位置。

威勒斯列夫出生于哥本哈根附近的郊區(qū)，孩童時期，他常常隨著家人到古老森林中做家庭旅行。登山、滑雪、伐木等活動使他對北極探險養(yǎng)成了興趣，而古代狩獵者的傳說又讓他迷上了生物學和歷史學。威勒斯列夫決定，等到差不多的年齡，自己一定要到更廣闊的凍土——西伯利亞探險一番。

進入大學后，威勒斯列夫覺得時機成熟了，他和雙胞胎弟弟一起劃著一葉扁舟，在西伯利亞的河網(wǎng)旅行，在河床的凍土地帶，他見到了一些遠古巨型動物的遺骸，比如猛犸象。威勒斯列夫聽說，在西伯利亞凍原的北部，生存著神秘的尤卡吉爾人。這些人是一群北極古代人的遺族，以捕獵麋鹿和駝鹿為生，由于他們長期在世界上氣候最嚴酷的地區(qū)生活，貧困、侵略和疾病已經(jīng)將尤卡吉爾人帶至了滅絕的邊緣?！皼]人知道他們在哪里，”威勒斯列夫說道，“當時在地圖上標有一些村莊，然而我卻連他們的影子都沒找到?！贝撕蟮膸啄昀?，威勒斯列夫沿著19世紀人類學家的腳步在西伯利亞苦苦追尋，終于，一位渾身傷疤累累的老獵人將威勒斯列夫帶到了尤卡吉爾人的部落。然而，令威勒斯列夫感到有些意外的是，尤卡吉爾人并不是一個完全與世隔絕的孤立部落，事實上，他們幾乎所有人的祖先都有俄羅斯人和其他族群的血統(tǒng)，威勒斯列夫也只找到了一個講尤卡吉爾人當?shù)卣Z言的老人。

復原古人類基因

博士畢業(yè)后，威勒斯列夫開始把尋找古人類基因作為重要任務，他希望能夠理清諸如尤卡吉爾人祖先的古代人的歷史。

2006年，威勒斯列夫和同事來到格陵蘭島，試著從帶有被獵殺痕跡的動物骸骨上尋找古代獵人殘留的DNA。在一個多月的時間里，威勒斯列夫潛入格陵蘭島的地下，穿上全套防護服，以免污染樣本。然而，當他們回到哥本哈根大學并對骸骨進行研究時，卻失望地發(fā)現(xiàn)其中沒有人類的DNA。幸運的是，威勒斯列夫卻從另一個意想不到的途徑獲得了古人類的基因。早在1980年代，科學家已經(jīng)在格陵蘭島找到了一束4000多年前的毛發(fā)。它被完好儲存起來，卻忘在了地下室。威勒斯列夫隨即找到了毛發(fā)，從那束毛發(fā)中提取了人類DNA，并以強大的新技術重建了古格陵蘭人的基因組。這是科學家首次復原出完整的古人類基因組。

通過這束毛發(fā)的DNA，威勒斯列夫可以推斷出許多信息。比如，這簇頭發(fā)來自薩卡克文明（古愛斯基摩文明的一種），它的所有者極有可能是一個健壯的男性，擁有黑色的皮膚與褐色的雙眼。其中，最有趣的是這束毛發(fā)屬于一個古愛斯基摩人，而且他并非格陵蘭島現(xiàn)在的居民——因紐特人的直系祖先。分析完此人的基因組之后，威勒斯列夫認為，古愛斯基摩人在大約5000多年前從西伯利亞離開，來到加拿大和格陵蘭島，并在那里生活了幾個世紀后滅絕了。古愛斯基摩人并非如今因紐特人的祖先，他們只是被因紐特人取代了。

格陵蘭島古人類基因組給了威勒斯列夫一些新的啟發(fā)。他原本認為，世界上的主要人種分布在世界不同的地區(qū)并且有十分獨立的遺傳歷史。然而，現(xiàn)在他發(fā)現(xiàn)，這種想法也許過于簡單化，早期人類的遷移歷史還有許多秘密需要揭開。

測序“瑪爾塔小孩”

和“蒙大拿嬰兒”

在首次成功復原出古人類基因組之后，威勒斯列夫繼續(xù)發(fā)表了一系列研究，從很大程度上改變了我們對人類歷史的認識。人類起源于20萬年前的非洲，然后一批批遷移到世界的各個角落。格陵蘭島的毛發(fā)就證明，古人類曾經(jīng)從西伯利亞來到了北美，然后又穿越北美大陸來到了格陵蘭島。為了進一步理解美洲移民的歷史，威勒斯列夫研究了一具埋在西伯利亞東部的古人類骸骨。

這塊骸骨樣本來自西伯利亞一個名叫瑪爾塔的小村莊，被稱作“瑪爾塔小孩”。威勒斯列夫從這具遺骸中獲得了高質量的DNA樣本，他測出了小孩的DNA序列。分析結果表明，這個孩子生活在距今2.4萬年之前，是個男孩，死時只有4歲。最令他吃驚的是，瑪爾塔小孩染色體上的DNA序列更加符合歐洲人的特點，卻完全沒有找到任何東亞人特有的遺傳標記。換句話說，他來自歐洲，同時并不是現(xiàn)代東亞人的祖先。而且，更奇怪的是，瑪爾塔小孩的基因組序列和美洲人非常相似，帶有大量只有美洲原住民才有的遺傳特征。這個結果讓威勒斯列夫大吃一驚，因為它和現(xiàn)有的人類學理論完全不同。

隨后，威勒斯列夫來到加拿大的蒙大拿州，開始著手測序一個12600歲的嬰兒的DNA。這個嬰兒名叫Anzick-1，在蒙大拿的一個農場中被發(fā)現(xiàn)，是北美大陸有史以來發(fā)現(xiàn)的最古老的人類的遺骸，男嬰死時約12到18個月大，他與100多件古物同葬，包括魚叉及鹿角制的工具等，這些古物顯示出，男嬰遺骸屬于北美洲的克洛維斯文化時期。

幾十年來，考古學家曾假設北美洲的第一批原住民是克洛維斯人，他們在約1.3萬年前于北美洲中西部和西南部留下了大量帶有特色的古物。威勒斯列夫的DNA測序結果也證實了這一點，Anzick-1的基因與所有現(xiàn)代土著居民的基因組都顯示出密切的親戚關系，而且Anzick-1顯示出自己是屬于亞洲人的后裔，而非歐洲人后裔。威勒斯列夫推斷，這證明克洛維斯人至少是當今80%甚至100%的本土印第安人的祖先，而且他們的祖先來自亞洲。

新的理論和新的問題

結合了“瑪爾塔小孩”和“蒙大拿嬰兒”的基因組，威勒斯列夫提出一種新的理論，試圖解決北美洲長期以來存在的關于土著居民血統(tǒng)的爭論。

此前已有的考古學證據(jù)表明，美洲原住民的祖先很可能是在1.5萬年以前跨過白令海峽到達美洲大陸的。當時地球正處于冰期，海平面下降導致白令海峽出現(xiàn)了一個陸橋，為遷徙的古人類提供了一條臨時通道。此后地球回暖，海平面上升，路橋被淹沒，亞洲和美洲又被分開了，直到哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸才又重新聯(lián)系上。但是，美國的一些考古學證據(jù)與這個理論不相符，比如，美國華盛頓州曾經(jīng)挖掘出具有歐洲人特征的古人類頭蓋骨。于是，考古學界又有一個新的理論，認為美洲原住民是歐洲和東亞人混血的結果，但該理論認為歐洲人是跨過大西洋，從東邊進入美洲大陸的。

威勒斯列夫的研究結果改進了這個新理論?！艾敔査『ⅰ彼鶎俚淖迦弘m然來自歐洲，但卻為美洲原住民貢獻了基因組，同時，大多數(shù)印第安人的基因組源自亞洲，但和許多東亞的古老族群又不完全一樣。威勒斯列夫認為最可能的解釋就是，這個瑪爾塔小孩所屬的族群最初從歐洲遷徙到西伯利亞，他們在這里遇到了另一支東亞族群，兩者發(fā)生通婚，大量基因交流融合在一起。隨后，這支新的人類族群在1.5萬年之前跨過了白令海峽，他們才是美洲原住民的真正祖先。

然而，這里還是有一個問題沒有解開——克洛維斯人是最早的美洲土著居民么？威勒斯列夫對佩斯利洞穴糞便化石的分析結果表明，化石中包含著北美大陸最古老的人類基因，距今已有14300年，其年代比克洛維斯人還早1000年?？死账沽蟹蛘J為，克洛維斯人和佩斯利山洞的居民可能都源于第一批從亞洲遷徙來的移民，但他們在何時與何地為何變成了兩個不同的族群，目前還是謎題。不過，威勒斯列夫對此并不擔心，他表示，我們已經(jīng)有了探尋歷史和真相的新方法——測序遠古DNA，這將為我們解答更多的古人類謎題。