奧薩瑪賓·拉登的同父異母兄弟擁有一家開發(fā)公司,2007年宣布要建造一座橋梁,橫跨連接紅海與印度洋的曼達布海峽。這個極富野心的計劃若成真,非洲的人們將可經由這座全世界最長的橋梁前往麥加朝圣,且從數十米的高空重現人類歷史上最值得紀念的遷徙旅程:在五六萬年前,一小群非洲人(幾百或幾千人)搭乘小船穿越這個海峽,再也沒有回頭。
我們無法完全參透那群人離開東非家園的原因,也許是氣候發(fā)生變化,或者曾經不虞匱乏的貝類消失了。但有幾件事是相當確定的:最初離開非洲的移民所擁有的身體與行為特征(腦容積很大、具有語言能力)完全就是現代人類的特征。從亞洲大陸(今天的也門)出土的營地遺跡看來,他們在數萬年間跨越各個大陸與陸橋,一路遷徙到南美洲最南端的火地島。
科學家費盡千辛萬苦,收集到許多化石骨骼和矛尖之類的工具,當然能對這段遷徙歷程有比較深入的認識。但古代遺物總是太少,無法為如此久遠的歷史提供完整的圖像。過去20年來,族群遺傳學家開始能夠填補考古人類學記錄上的這塊空白了,在他們眼中,現代人類早期一路遷徙,仿佛留下一路的“遺傳面包屑”可供追蹤。
人與人之間的DNA幾乎完全相同,也就是說。所有人的基因組都包含30億個核酸,這些“字母”有多達99.9%是相同的,但混雜其中的另外O.1%則是關鍵的差異所在。若是比較東非人和美洲原住民在這部分的差異,便可得出人類血統(tǒng)的關鍵線索,以及從一個大陸遷徙到另一大陸的確切過程。到了最近幾年,在遺傳學家服中,只由父傳子或母系遺傳的DNA已等同化石證據。最新的研究更使科學家調整關注焦點,現在他們不只看少數幾段單獨的DNA,而是放寬視野,研究散布在整個基因組里的幾十萬個核酸。
廣泛掃描DNA的結果,已經為人類在全球的遷徙過程提供了空前精確的路線圖,有些研究甚至是近幾個月才剛發(fā)表。這項研究能為“現代人類起源于非洲”的說法背書,也顯示非洲是遺傳多樣性的儲藏庫,從而涓滴流出到全世界各個地方去。這棵遺傳親緣樹的根部是從非洲桑人開始,最后新生的分支則是南美洲印第安人和太平洋島民。
人類遺傳歧異度的研究(可說是一種史學的全球定位系統(tǒng))可追溯到第一次世界大戰(zhàn),當時有兩位醫(yī)師研究駐扎在希臘第撒隆尼基的士兵,發(fā)現一種特定血型的出現率會依國籍不同而有所差異。20世紀50年代,卡瓦利·斯福札正式開始研究各個族群的遺傳差異,方法是檢視各自的血型蛋白,而這些蛋白質之所以不同,是因為制造它們的基因并不相同。
接著在1987年,美國加州大學伯克利分校的肯恩和威爾森發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文,他們分析經由母系代代相承的線粒體(細胞里制造能量的胞器)DNA后指出。人類所有族群都是20萬年前一位非洲女性的后代。媒體以“線粒體夏娃”為重點內容頭條報道了這項發(fā)現(盡管以《圣經》中的人物為名,這個夏娃并不是第一個女性,只是她的血統(tǒng)一路傳承至今)。
一切都與夏娃有關
在線粒體當中,無益也無害的中性突變發(fā)生速度快、幾率相對可預測,因此它就像個“分子時鐘”,只要計算兩群人或兩個譜系之間突變數量的差異(就像時鐘滴答了幾下),研究者就可繪制遺傳樹圖,回溯出共同的祖先,即“線粒體夏娃”或繁衍出新譜系的另一位女性。比較各地區(qū)不同譜系的繁衍時間長短,就可建構出人類遷徙的時間表了。
1987年之后,人類多樣性的數據庫益發(fā)擴充,又加入了只由父傳子的性染色體“Y染色體”。這種男性遺傳的DNA含有好幾千萬個核酸,比只有16 000個核酸的線粒體DNA多了很多,大大提升了研究人員分辨各族群的能力。仔細分析各族群的線粒體DNA和Y染色體DNA,可以得到幾百個遺傳標記。
人類在幾萬年間由非洲遷徙至美洲,現在我們已經可以描繪出當時的路徑,那就像是旅行者在彼此相接的高速公路上前進,只不過速度極其緩慢。我們可以借用“英文字母加數字”的道路標示方式來表示各個遺傳標記,以Y染色體來說,先由M168公路(等同遺傳標記)跨越曼達布海峽,沿著M89向北穿越阿拉伯半島,接著在M9右轉,經過美索不達米亞,一直走到中亞的興都庫什山北方區(qū)域。再于M45左轉,到了西伯利亞之后,右轉沿著M242一直向東走,最后跨越陸橋來到阿拉斯加,此時走M3,繼續(xù)前進至南美洲。
線粒體DNA和Y染色體至今仍是很有用的分析工具,美國國家地理學會、國際商業(yè)機器公司(IBM)和韋特家族基金會集資4000萬美元,預計推動一項運作至2010年的研究,便有賴這些工具來完成。這個“基因地理”計劃獲得10個區(qū)域性學術機構的協助,要在全球各地收集10萬名當地居民的DNA。計劃主持人韋爾斯說:“我們的重點是要研究人類遷徙過程的細節(jié)?!毖芯咳藛T在一篇近期發(fā)表的論文中指出,經過了10萬年,南非的郭依桑人一直與其他非洲人擁有不一樣的遺傳特性。另一項研究則發(fā)現,黎巴嫩人的一部分基因庫顯示,他們也同時擁有著不同種族的血統(tǒng)。
有力的分析工具
沿著已發(fā)現的遷徙路徑,遺傳研究者采集了許多居民的DNA,然而這些資料看似確切,有時卻仍存疑問。因此跟譜系樹比起來,研究人類起源的科學家寧愿相信握在手上的化石,因為化石是用放射性同位素來定年,DNA則看突變,而突變率會隨著不同段DNA而有變動。
但是考古人類學家深陷一個困境:化石遺物太稀少,而且常常不完整。舉例來說,透過線粒體和Y染色體的遺傳物質,可以看出人類最早由非洲遷徙到澳洲的過程,但路徑沿線的實體人工制品多半已消失無蹤。
因此,缺乏石頭與骨頭的解決方案是:更多的DNA,不管哪里來的都好。為了支持遺傳證據的可信度,研究人員更著手探尋在人類身上搭便車的微生物,檢查它們的基因是否呈現類似的遷移模式。這些白吃白喝的家伙包括細菌、病毒甚至虱子。除了研究微生物,人類基因組計劃與其他廣泛檢視整個基因組的相關研究也發(fā)展出一系列有力工具。這些工具有助于彌補遺傳研究方法的不足之處。美國加州大學戴維斯分校的人類學教授韋弗說:“從很多個人與族群的基因組中可看到如此多的差異,由這些差異來測試不同的假說,會得到比較顯著的統(tǒng)計結果。”
近10年來,研究人員同時比較了散布在整個基因組30億個核酸之間、各式各樣的不同位置,結果得到戲劇化的發(fā)現。第一個針對全基因組的研究在將近10年前進行,重點是比較不同族群之間稱為“微衛(wèi)星基因座”的短段重復DNA片段有何差異。最近的全基因組掃描又讓我們眼界更寬,2008年2月,《科學》和《自然》各刊登一篇至今最大規(guī)模的人類多樣性研究論文,兩個研究都測試過50萬個以上的“單核酸多型性”(SNP,DNA一個特定位置的核酸換成另一種核酸),材料來自“人類基因組多樣性群集”,這是取自全球51個族群約1000個人身上的細胞株,保存于法國巴黎的“人類多型性研究中心”。
兩個研究團隊以不同的方法分析大量數據,一方面直接比較各族群的SNP。另一方面也檢視各種“單倍型”(即DNA片段包含很多個SNP,經過多個世代一直完整遺傳下來)。一個將論文發(fā)表于《自然》的研究團隊更發(fā)展出一項探討人類差異度的新技術,他們于整個基因組選取一些長達100萬個核酸的DNA段落,比較不同人之間這些段落的重復或缺失情形(稱為復制數變異),很符合在基因組里尋找更多遺傳變異標記的研究主流。這篇論文的領銜作者、美國密歇根大學安娜堡分校的羅森博格說:“基因組的任何一段都有其歷史,但不見得能夠反映整個基因組的自古源流?!辈贿^他又說,若能同時檢視許多區(qū)域,便可克服上述問題:“只要握有數千個標記,便有可能說出人類遷徙的完整故事?!?/p>
研究人員檢視數十萬個SNP之后,便能解答各個族群的來源與身份,即使遷徙到遠方,也能看出族群間的親疏關系。舉例來說,南美洲原住民的血統(tǒng)可追溯至西伯利亞人及一些亞洲民族:貝都因人身上同時有來自歐洲、巴基斯坦和中東的血統(tǒng)。
這些發(fā)現與先前的人類學、考古學、語言學和生物學(包含前面提到的線粒體與Y染色體DNA部分)研究結果相互印證,也為“遠離非洲”假說提供更廣泛的統(tǒng)計基礎,可以支持一小群人由非洲向外遷移的說法。這群人在新家園繁衍壯大,直到這些“最早的祖先”分支出另一個子群,并再次出走;這樣的過程反復發(fā)生,直到最后全世界都有人類居住。與此同時,這些徒步旅人壓縮了其他古代人類族群(包括尼安德特人和直立人)的生活空間,也很少或幾乎沒有機會與這些族群混血。由新的DNA研究結果可看出,每回分支出一個較小的族群時,源自非洲族群的遺傳多樣性就少一點,一旦遷徙距離(與時間)離非洲越遠,多樣性益發(fā)減少,這也就可以作為追蹤族群移動的工具。例如美洲原住民是最后一群大規(guī)??缰捱w徙的移民,與非洲人比起來,他們基因組內的多樣性只剩下一半。