周海燕+廖世玉

摘 要： 我們來(lái)自哪里？我們又將去往何方？這既是一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題又是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，哲學(xué)問(wèn)題沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，但科學(xué)問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算得到精確的結(jié)果?，F(xiàn)有的研究表明，地理距離較近的群體一般也表現(xiàn)出遺傳上的相似性，這就像不同地區(qū)的人說(shuō)不同的語(yǔ)言一樣，不同的發(fā)音傾向于在不同的地區(qū)使用和傳播，同一區(qū)域的群體則往往傾向于同一來(lái)源和群體內(nèi)部的基因交流，從而帶上相同或相似的遺傳標(biāo)記，我們將這些遺傳標(biāo)記叫做單倍型。研究這些單倍群的來(lái)源和分布情況可以很好的反映人類起源和史前遷徙的歷史，線粒體DNA和Y染色體DNA就是這些單倍型的載體，能在人類繁衍過(guò)程中代代相傳。

關(guān)鍵詞： 線粒體DNA；Y染色體；單倍型；起源；遷徙

自從誕生之初起，人類從未停止過(guò)對(duì)自身起源的探索，無(wú)論是東方的女?huà)z造人還是西方的亞當(dāng)夏娃，每一種傳說(shuō)都蘊(yùn)含著人類無(wú)盡的想象力和美好的愿景。然而傳說(shuō)畢竟是傳說(shuō)，科學(xué)才是認(rèn)識(shí)世界的有力武器。現(xiàn)有的研究表明，地理距離較近的群體一般也表現(xiàn)出遺傳上的相似性，這是由于同一區(qū)域的群體往往傾向于同一來(lái)源和群體內(nèi)部的基因交流[1]，在進(jìn)化的過(guò)程中，不同的群體之間由于不斷累積隨機(jī)突變，發(fā)生遺傳漂變、自然選擇過(guò)程，使群體之間存在遺傳多態(tài)性，這也是當(dāng)今世界三大人種形成的原因。對(duì)現(xiàn)代人群的起源和遷徙的研究可以回答人類來(lái)源和現(xiàn)有分布格局產(chǎn)生是如何產(chǎn)生的科學(xué)問(wèn)題。

非洲被稱為人類起源的搖籃，解剖學(xué)上的現(xiàn)代人（Homo sapiens）于10-20萬(wàn)年前出現(xiàn)在東非，在約12.5萬(wàn)年前的第四紀(jì)最后一個(gè)間冰期到達(dá)非洲紅海海岸，并學(xué)會(huì)了利用海岸線上的食物和資源的技能。大約9萬(wàn)年前，現(xiàn)代人沿紅海海岸進(jìn)入阿拉伯半島，再沿印度洋海岸到達(dá)南亞和東南亞，隨后一部分人群向南遷徙到達(dá)東南亞大陸、太平洋島嶼和澳大利亞，另一部分則向北遷徙進(jìn)入東亞和西伯利亞以及美洲大陸[2]?，F(xiàn)代人的出現(xiàn)，取代了100萬(wàn)年前同樣起源與非洲的直立人（Homo erectus），如尼安德特人和丹尼索瓦人，成為現(xiàn)代人的祖先，這就是著名的現(xiàn)代人單地區(qū)起源假說(shuō)，又叫走出非洲假說(shuō)（Out of Africa）。

然而，科學(xué)的進(jìn)步需要不同思想的碰撞，1984年Milford H. Wolpoff、 Alan Thorne 和吳新志提出多地區(qū)起源假說(shuō)（Multiregional hypothesis）。他們認(rèn)為走出非洲假說(shuō)并不能解釋為何在歐洲、中國(guó)以及印度尼西亞挖掘的人類化石在形態(tài)學(xué)上具有連續(xù)性，同時(shí)在時(shí)間和空間上也有連續(xù)性[4]，多地區(qū)起源假說(shuō)將現(xiàn)代人的祖先追溯到分布在世界各地的直立人，在世界各地獨(dú)立進(jìn)化，并不像走出非洲假說(shuō)所提出的僅僅發(fā)生在非洲，同時(shí)由于不同地區(qū)群體之間一直不斷地進(jìn)行頻繁的基因交流，導(dǎo)致現(xiàn)代人在遺傳上的差異不像表型差異那么大。兩種學(xué)說(shuō)的主要分歧在于古人類到現(xiàn)代人進(jìn)化過(guò)程中是否發(fā)生物種分化，所有的變化是否發(fā)生在同一個(gè)物種內(nèi)。他們各自都有各自的證據(jù)，這種矛盾一時(shí)間變得不可調(diào)和。

基因組學(xué)的研究為解決這一矛盾提供了新的切入點(diǎn)。隨著分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的發(fā)展以及人們對(duì)基因組認(rèn)識(shí)的不斷加深，線粒體DNA（mtDNA）走上了研究人類群體歷史的舞臺(tái)，80年代初美國(guó)斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的研究者們將mtDNA應(yīng)用到人類群體歷史的研究中[3]。1987年，Allan C.Willson首次通過(guò)分析來(lái)自五大洲人群的147份樣本的mtDNA，繪制了世界上第一個(gè)現(xiàn)代人mtDNA系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，表明全世界的現(xiàn)代人都是20萬(wàn)年前生活在非洲的一位女性，即“線粒體夏娃”的后代。第一次從分子水平上證明了現(xiàn)代人的非洲起源假說(shuō)。

除了線粒體DNA，Y染色體的研究也為追溯人類起源和遷徙提供有力的手段和證據(jù)。人類Y染色體DNA（Y-DNA）總長(zhǎng)約60Mbp，大小是線粒體的三千多倍，蘊(yùn)含更多群體信息。此外，Y染色體由兩端的擬常染色體區(qū)（Pseudoautosomal regions，PAR）和中間的雄性特異區(qū)（Male Specific Region of Y Chromosome，MSY）組成（圖1），雄性特異區(qū)不與其同源染色體發(fā)生重組，在父系遺傳中能夠很好的累積傳代過(guò)程中所產(chǎn)生的突變。同時(shí)，Y染色體理論上的有效群體大?。‥ffective Population Size）是常染色體的四分之一，對(duì)遺傳漂變（Genetic Drift）群體事件非常敏感，能提供豐富的群體歷史信息。

Y染色體單倍型分析是重建人類群體父系歷史的有效手段。Y染色體上的單倍型遺傳標(biāo)記主要有兩種：一種是雙等位基因標(biāo)記（Y-SNP），另一種是短串聯(lián)重復(fù)序列（Y-STR）。Y-SNP的突變速率很低（2X10-8個(gè)/代），同一位點(diǎn)發(fā)發(fā)生回復(fù)突變的可能性幾乎為零，所以Y染色體上的突變反應(yīng)了人類漫長(zhǎng)的父系遺傳歷史。Y-STR的突變速率比Y-SNP要快許多（約為6.9X10-4個(gè)/代），存在回復(fù)突變和重復(fù)突變，可以記錄較為近期的群體事件，被用來(lái)估計(jì)人群的起源和分歧時(shí)間。因此，我們將Y染色體上的Y-SNP和Y-STR遺傳標(biāo)記結(jié)合起來(lái)，通過(guò)分析一定Y-SNP背景下的Y-STR分布結(jié)構(gòu)來(lái)推測(cè)攜帶某一Y-SNP的群體的群體歷史，這種方法比單獨(dú)用Y-SNP或者Y-STR取得的結(jié)果更為準(zhǔn)確。目前，這一分析方法已經(jīng)在研究世界各大人群進(jìn)化歷史中廣泛使用。

由于Y-SNP突變速率很低，并且不與其他染色體發(fā)生重組，一旦產(chǎn)生就會(huì)穩(wěn)定的傳遞給后代，這些突變?cè)赮染色體上按時(shí)間順序先后發(fā)生并在后代中完整的保留下來(lái)。以這一方式產(chǎn)生的多個(gè)Y-SNP在不同個(gè)體或群體間的差異構(gòu)成了Y-DNA的單倍型（Haplotype），祖先單倍型與后代單倍型共享相同的單倍群（Haplogroup），根據(jù)不同單倍群中的SNP的發(fā)生時(shí)間順序關(guān)系可以構(gòu)建單倍群譜系樹(shù)，即Y染色體系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。

在群體遷徙過(guò)程中，先產(chǎn)生的突變完整的保留在所以的子代中，后產(chǎn)生的突變也反映在不同的遷徙歷史中，呈現(xiàn)出一定的地理分布規(guī)律。如圖2所示，根部支系A(chǔ)和B只分布在廣袤的非洲大地，非洲以外地區(qū)則分布著C到Q支系，這些支系人群都帶有M-168、M294和P9.1突變位點(diǎn)，在CT支系中新產(chǎn)生的突變位點(diǎn)YAP定義的DE支系在非洲和亞洲都有分布[5]，突變位點(diǎn)M-130定義支系C主要分布在東亞、太平洋島嶼和北美；F-M89則在非洲以外地區(qū)廣泛分布；I和J支系是中東和歐洲人群的主要支系[6]；在東亞M-9定義的K支系具有最高的分布頻率。

根據(jù)不同支系在不同地區(qū)的分布頻率的差別，我們可以大致的推測(cè)出人類祖先在遙遠(yuǎn)的史前時(shí)期的遷徙路線，再次將人類的祖先追溯到遙遠(yuǎn)的非洲大草原，證明了走出非洲假說(shuō)的正確性。

線粒體DNA和Y染色體DNA為研究人類祖先起源和史前遷徙提供有力的工具，為考古學(xué)研究提供間接證據(jù)，同時(shí)相較于考古學(xué)又有更高的精確度和分辨率，我相信，隨著古DNA技術(shù)的發(fā)展和新的分析工具的產(chǎn)生，人類對(duì)自身的認(rèn)識(shí)將會(huì)更加透徹，真正的解決科學(xué)研究的終極目的：我是誰(shuí)？我來(lái)自哪里？我將去往何方？■

參考文獻(xiàn)

[1]Cavalli-Sforza LL， Menozzi P， Piazza A （1994） The history and geography of human genes. Princeton University Press， Princeton.

[2]Walter RC， Buffler RT， Bruggemann JH， Guillaume MM， Berhe SM， Negassi B， Libsekal Y， Cheng H， Edwards RL， von Cosel R， Neraudeau D， Gagnon M （2000） Early human occupation of the Red Sea coast of Eritrea during the last interglacial. Nature 405：65-69.

[3]Brown WM. 1980. Polymorphism in mitochondrial DNA of humans as revealed by restriction endonuclease analysis. Proc Natl Acad Sci U S A 77（6）：3605-3609.

[4]Brooks， A. S. & Wood， B. The Chinese side of the story.Nature 344， 288–289 （1990）.

[5]Underhill PA， Passarino G， Lin AA， Shen P， Mirazon Lahr M， Foley RA， Oefner PJ， and Cavalli-Sforza LL. 2001. The phylogeography of Y chromosome binary haplotypes and the origins of modern human populations. Ann Hum Genet 65（Pt 1）：43-62.

[6]Rootsi S， Magri C， Kivisild T， Benuzzi G， Help H， Bermisheva M， Kutuev I， Barac L， Pericic M， Balanovsky O et al. . 2004. Phylogeography of Y-chromosome haplogroup I reveals distinct domains of prehistoric gene flow in europe. Am J Hum Genet 75（1）：128-137.