本书纸版由浙江人民出版社于2019年6月出版

    作者授权湛庐文化(Cheers Publishing)作中国大陆(地区)电子版

    发行(限简体中文)

    版权所有·侵权必究

    书名：人类起源的故事

    著者：大卫·赖克

    电子书定价：89.99元

    Who We Are and How We Got Here by David Reich

    Copyright ? 2018 by David Reich and Eugenie Reich.

    All rights reserved献给Seth和Leah大卫·赖克

    哈佛医学院遗传学系教授

    古人类DNA领域世界级领跑者《自然》杂志“年度十大人物”

    大卫·赖克现为哈佛医学院遗传学系教授，以古代人类的群体遗传

    学研究而闻名全球。2015年，赖克教授因其科学贡献被《自然》杂志

    评为“年度十大人物”之一。2017年，他荣获了奖金达百万美元

    的“丹·大卫奖”。

    1974年，赖克出生在美国华盛顿特区的一个犹太家庭。他的母亲

    托娃·赖克(Tova Reich)是小说家，父亲沃尔特·赖克(Walter

    Reich)是美国犹太人大屠杀纪念馆的首任馆长。大卫·赖克顺利地进

    入了哈佛大学读本科，开始时主修社会学，但后来转向物理学，最后又

    转到医学。本科毕业后，他去了牛津大学为申请医学院做准备。在那里，他遇

    到了大卫·戈尔茨坦(David Goldstein)博士。当时，戈尔茨坦正在

    比较当代人的DNA，寻找有关他们远祖的线索。赖克立即被这项研究

    所吸引，虽然戈尔茨坦认为这是一个科学的死胡同，但赖克还是不顾反

    对，把职业生涯押在了人类演化遗传学上。

    成为赖克博士导师的戈尔茨坦后来回忆道：“我第一次见到他的时

    候，立刻就发觉他很聪明，但给人的印象是有点害羞，性格不太强

    势。”事实证明，这个看似柔弱的年轻人的内心有着最为坚定的信念。

    他的路走对了。

    古人类DNA领域开创者

    2007年，古遗传学领域的开创者之一、德国马克斯·普朗克演化

    人类学研究所所长斯万特·帕博(Svante Paabo)向赖克抛来了橄榄

    枝：邀请赖克加入他组建的尼安德特人基因组国际分析团队。当时，帕

    博及其同事已经研发出了采集、检测古DNA的很多技术，为古DNA革

    命奠定了基础。而赖克在过去几年里成了研究人类群体混合的革新者，从而吸引了帕博的目光。

    自加入帕博的团队起，赖克就每年3次前往德国，在证实尼安德特

    人与部分现代人之间存在混血现象的过程中，发挥了重要作用。2010

    年的一天晚上，帕博带赖克去了一个啤酒屋，在他们喝酒闲谈的时候，帕博告诉赖克，他拿到了一根保存完好的古人类指骨，并邀请赖克参与

    全基因组数据分析。这次邀请被赖克称为他“科学生涯中最大的幸

    运”。

    从这仅存的一根指骨出发，赖克等人从DNA数据中发现了一种新

    的古老型人类——丹尼索瓦人，并随后在当代人身上发现了丹尼索瓦人

    的血统。这一成果创立了由基因组测序驱动考古学研究的新范式，彻底打开了古DNA革命的大门。赖克从这项研究中受到了极大的震动，对

    古DNA领域有了全新的思索。

    2013年，赖克在美国建立起世界顶级的古DNA实验室——“古基

    因组工厂”，使古DNA测序由手工作坊时代跨入了工业化时代。自那

    时起到2018年，赖克的“古基因组工厂”已经生产了7 000多份古人

    类全基因组数据，占全世界总量的一半以上。德国马普人类历史科学研

    究所所长约翰内斯·克劳泽(Johannes Krause)评价道，古DNA领

    域正是有了大卫才少走了至少30年的弯路。

    付巧妹、王传超的老师古DNA测序技术就像是17世纪发明的光学显微镜，打开了一扇通

    往从未被探索过的世界的大门。赖克和同事们开创了研究古DNA以追

    踪古代人类迁徙的大数据分析技术。他的工作揭示了人群混合是如何塑

    造现代人的，并阐明了不同人群的疾病风险因素。

    到目前为止，古DNA革命的中心一直都是在欧洲。赖克认为，在

    未来十年内，来自中亚、南亚、东亚和非洲的古DNA将同样带来巨大

    的惊喜。他致力于建立一本通古达今的古DNA地图集，将全球各地几

    十万年以来的所有人群高密度地记录下来，为人类历史提供基本参考框

    架。

    为了实现这一目标，赖克不遗余力地培养人才。他实验室的毕业生

    里，已经有3个人建立了自己的古DNA实验室。他对中国的古DNA领域

    抱有殷切的期望，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验

    室主任付巧妹研究员、厦门大学人类学研究所所长王传超教授都曾在赖

    克的实验室做博士后研究。

    回顾自己的研究经历时，赖克谦虚地把自己的角色定位为助产士，他不仅要将古DNA引入遗传学家的研究领域，还要把古DNA带到考古学家和公众的面前，让所有人都认识到古DNA的巨大潜力。

    作者演讲洽谈，请联系

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    刘慈欣

    著名科幻小说家，《三体》作者

    《人类起源的故事》以古DNA技术为依托，让我们对过去10万年

    人类迁徙和融合的历史有了全新认识。大卫讲述的这个故事，让我

    们对人类的未来有了更多的遐想：我们会迁徙到哪里，我们会遇到

    谁，双方是打一场遭遇战还是融合在一起？大卫是哈佛医学院的顶

    尖科学家，也是讲故事的高手，他的这本好书千万不能错过。

    付巧妹

    中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任

    古基因组学，如同碳-14测年法一般，为人类历史与演化研究领域

    带来了革命性的认知。这部书不仅介绍了世界各区域的最新研究动

    态，而且填补了之前语言学或考古学未能揭开的历史空白，使我们

    有机会认识到一个更为完整的、囊括不同地区的古代人群生活或交

    流互动的画面，尤其是针对近几万年到几千年的人类历史研究所发

    现的许多令人惊讶、意想不到的历史事件。可以说，这部书完成了

    一次对不同时期人类历史的整合，然而更为重要的是，它体现出相

    关研究者和实验技术在科研革新的不同进程里所发挥的重要作用以

    及亟待完善的地方，让我们留有空间，亦留有希望，去期待更多的

    研究和发现。

    万维钢

    科学作家，得到App《精英日课》专栏作者基因组测序是古人类学的颠覆性武器，我们以前所以为的所有关于

    人类演变的知识，凡是跟这本书所代表的当前科学理解不一样的，都只能改写。这本书至少会带给你两大思想冲击：第一，我们传统

    上以为人类原本是一支，后来就好像树干分叉一样分成了今天的各

    个种族——错了!根本不是一棵树。历史上有过跟今天完全不同的

    种族，各个种族一直在混合，今天我们看到的都是历史上重新混合

    出来的新种族。第二，中国人到底是怎么来的？这本书的第8章会

    让你大吃一惊。

    严锋

    复旦大学中文系教授，《新发现》杂志主编

    这是一本给全人类的寻根指南，人类大家庭如何开枝散叶，又如何

    脉脉相通，都将在大卫·赖克笔下一一铺陈开来。他的文字干净、克制，却带给我们一场好奇心的盛宴，偶尔透露出的深情更是感召

    我们反抗黑暗、成为更好的人。

    刘擎

    华东师范大学教授

    这是一部科普杰作，出自一位出类拔萃的年轻科学家。大卫·赖克

    以古遗传学最前沿的研究证据，破解了人类的起源和曲折演化之

    谜。他在清晰冷静的行文中讲述令人惊奇的故事，挑战流行的观念

    与常识，激发读者重新理解“我们是谁”以及“我们何以至此”。

    袁越(土摩托)

    《三联生活周刊》主笔

    要想知道人类从哪里来，DNA序列是目前最有效的分析手段，本书是目前该领域最新进展的一个阶段性总结，很多旧观念都被颠覆

    了。

    河森堡

    国家博物馆讲解员，《进击的智人》作者

    我一直相信，人类历史中的任何行为都有自然科学的底层逻辑，而

    本书所聚焦的古DNA正是用自然科学阐述历史的有力武器。

    小庄

    果壳联合创始人，科学艺术研究中心主编

    我非常着迷于赖克这种类型的科学家的研究，他们的工作使得历史

    研究范式都发生了改变，可篡写的部分越来越少，我们在看到数据

    时常常如大梦初醒。

    贾雷德·戴蒙德

    《枪炮、病菌与钢铁》作者

    几乎没什么问题能像人类的起源一样，让我们为之如此心醉神迷。

    如果你想弄清过去10万年间的人类进化史，这本书就是你的最佳

    选择。

    悉达多·穆克吉

    《众病之王：癌症传》《基因传》作者

    这本书清醒理智的表面之下，涌动着挑战思想极限的兴奋癫狂。我

    必须时不时猛然站起，让大脑散散热，才能继续阅读下去。用两个

    词来形容就是：惊心动魄、无比重要。丹尼尔·利伯曼

    哈佛大学人类进化生物学教授，《人体的故事》作者

    这本书将把你惊得目瞪口呆。赖克讲述了人类如何到达地球上每一

    个角落的惊人故事，而在他和其他科学家揭开古DNA的秘密之

    前，这个故事无人知晓。赖克在书中展现出来的勇敢、慈悲和高度

    个人化的情感高潮将彻底改变你对“祖先”和“种族”的看法。

    纳西姆·尼古拉斯·塔勒布

    《黑天鹅》《反脆弱》作者

    科学终于进入了历史领域。《人类起源的故事》是一个里程碑，而

    不仅仅只是一本书。这是一个新的文化项目的开端。你最好买两

    本，这样丢了一本也不怕。

    《自然》杂志

    这是一部带我们跟随祖先的脚步穿越时空的惊艳之作。基因组学和

    统计学已经拉开了新科学的帷幕，就像《权力的游戏》中的性爱和

    权力斗争那样的好戏即将上演。

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    什么是彩蛋

    彩蛋是湛庐图书策划人为你准备的更多惊喜，一般包括：①测试题及

    答案：②参考文献及注释：③延伸阅读、相关视频等。记得“扫一

    扫”领取。推荐序一

    古DNA——听DNA说前世今生

    杨焕明

    中国科学院院士，华大基因理事长

    古DNA是20世纪生命科学最亮丽的进展之一。

    生命的最主要特点是演化，现代生命科学的灵魂是演化论，君不

    闻“离开演化，生物学就成了空话”(Nothing in biology makes

    sense except in the light of evolution)之说。

    化石的发现和研究，为演化论提供了最有说服力的依据。可是化石

    能给我们讲的，还只是故事的第一段。它的发生“年份”，还只能借助

    发现那个化石的地质年份和物理参数(放射线的定时衰减)等非生物学

    的推论。那么，怎么让化石开口给我们讲更多、更动听的真实故事呢？

    关于演化的最直接且最可靠的研究，得益于20世纪生命科学经历

    的两场革命。2018年，我们庆祝了DNA双螺旋结构发现65周年。DNA

    的二级结构最圆满地解释了遗传物质通过“双链碱基”互补的复制，DNA的一级结构——4种基本单位ATCG的排列顺序贮存了所有生

    命的遗传信息。2018年，我们还庆祝了国际人类基因组计划(HGP)

    完成15周年，这一生命科学的“第二场革命”第一次初步分析了基因

    组DNA序列，并对DNA序列所蕴藏的生命奥秘进行了史无前例的全面

    探索。

    HGP哺育了科学研究的一种新的文化——合作的文化，即我们今

    天所颂扬的“HGP精神”所表述的“共需、共有、共为、共享”；创

    立了生命科学的一个新的领域——以基因组学为领头羊的“组学”，也使演化论进入一个新的阶段——“演化组学”；催生了一项新的技术

    ——DNA测序。一方面，DNA测序技术使我们对生命世界的多样性进

    行了史无前例的比较，通过比较动物、植物、微生物基因组序列的异

    同，为我们提供了前所未有的生命演化的间接证据；另一方面，这一技

    术催生了痕量的纳克(nanogram)以至于皮克(picogram，纳克的

    千分之一)的DNA的测序。新老技术的密切结合，使得古DNA成为现

    代科学中最亮丽的一颗明珠。

    近年来，经过全球各古DNA、基因组学中心的共同努力，针对各

    种材料的DNA提取与纯化技术获得了重大改进，使得经典定义的化石

    与拟化石生物残骸等古代生物材料，如人类的骨骼牙髓，还有近几年新

    发现的发丝、发根和耳骨等，尽管严重降解，尽管只是痕量，都能用于

    DNA的序列分析。古DNA的现代污染和异种污染的处理，所有组学大

    数据的比较和智能分析，特别是基因组变异发生年代的估计和蛋白质的

    分析等诸多方面已有了很大的改进。化石终于开口，开始给我们慢慢讲

    解它的前世今生。完全可以这样说，近年来古DNA(应称为考古组

    学，paliaomics)给我们提供的信息，特别是这几年的研究成果，可

    能大于几百年演化研究的总和。这些成果包括人类的最后一次“走出非

    洲”，人类向世界各地的迁移，尼安德特人和丹尼索瓦人与现代人类的

    亲缘关系的直接证据，以及迄今最为久远(可能距今70万～60万年)

    的始祖马的DNA等。

    本书的作者大卫·赖克是一位全球著名的遗传学家，以研究古代人

    类的群体遗传学而闻名。他是哈佛医学院遗传学系的教授，也是博德研

    究所的首席研究员(PI)。赖克教授在2015年因其对科学的贡献而成

    为《自然》杂志的年度十大人物之一。他于2017年5月获得全球著名的

    丹·大卫奖。在过去10年中，赖克团队有着多项重大研究成果，尼安

    德特人与非洲以外的所有现代人类的祖先杂交这一惊人发现，便包含了

    他的突出贡献。当然，他所做的不止这些，其研究所揭示的人类演化路

    径更为复杂和令人兴奋：人群分离和重新形成，人群在选择压力下发生变化，人群的移动和交换等。

    要向广大公众讲述演化这个故事，而不仅仅是写一篇供科学家阅读

    的专业文献，这是一个巨大的挑战。赖克很好地完成了这个挑战。正如

    考古学家和遗传学家图里·金(Turi King)在《自然》杂志上所写：

    赖克团队利用计算机开发了一些最复杂的统计和生物信息学技术，他们

    从古代个体的DNA碎片中精心重建基因组信息，然后深入研究这些信

    息并贡献了对人类历史的新认识。

    感谢此书的作者大卫·赖克，他用深厚的科学素养为其讲述专业领

    域发展和研究的故事注入了灵魂；感谢此书的译者，他们用精湛的文字

    将此精彩的作品作了精美的诠释。语言清新流畅，让读者得以饱览。

    推荐大家细心品读!推荐序二

    令人拍案叫绝的书

    王传超

    厦门大学人类学研究所所长，教授、博士生导师

    大卫·赖克教授是古DNA领域的顶尖学者。德国马普人类历史科

    学研究所的约翰内斯·克劳泽(Johannes Krause)所长曾评价说，古DNA领域正是有了大卫才少走了至少30年的弯路。而大卫将自己的

    角色定位为助产士，不仅要将古DNA引入遗传学家的领域，还要把古

    DNA带到考古学家和公众的面前。通过出版这本书，我想他确实是做

    到了。

    简学兄邀请我对大卫·赖克教授这本书的中译本进行校稿并写推荐

    序时，我是非常高兴和激动的，因为这本书我实在是太熟悉了!大卫·

    赖克教授是我的博士后导师，2015年6月，我们俩在他办公室第一次见

    面时所讨论的就是本书中的“南方路线”这一节。大卫的办公室有两面

    白板墙，我清楚地记得他当时在墙上画出欧亚人群的分支树形图，用来

    思考澳大利亚原住民是放在欧亚人群分支的内部还是外部。白板墙和树

    形图，这也是本书中大多数故事开始的地方，如果您觉得其中某些表述

    人群关系的段落晦涩难懂，不妨拿出纸笔随着大卫的文字也画一下分支

    树，或能豁然开朗。

    大卫是一个极其理性、严谨认真、追求完美的学者，实验室发表的

    每一份数据、每一个图表最后都经由他反复斟酌，每一个发现都要和不

    同的人反复讨论、无数次验证。我每次读大卫写的东西，都会非常安心

    和踏实，因为我知道他写的每一句话的后面都会有一堆的支持证据。这本书涵盖了大卫及合作者们多年来的众多精彩发现，包括尼安德特人、丹尼索瓦人与我们现代人的混血，印欧语系的起源，印度人群的混合，南岛语系人群的扩张，美洲原住民的源流，以及众多新石器时代和历史

    时期古代人群的迁徙。大卫是其中多数发现的主导者或主要参与者，他

    总结整理了纷乱繁杂的证据之后，用通俗易懂的语言如讲故事般将数十

    万年的人类起源、迁徙、演化和混合的历史娓娓道来。其中的许多故事

    可能会颠覆您对人类历史和族群源流的认识，而且每读完一个故事，您

    多半会为其严密的逻辑和缜密的论证而拍案叫绝。

    大卫虽是遗传学相关方向的科班出身，但他也一直在与语言学、考

    古学、历史学和人类学专家们沟通交流，非常虚心地向其他领域的专家

    学者们请教。他所写的故事也是多学科交叉的，既有自然科学的实证，又有人文社科的情怀，既重视知识的传播，又兼具趣味性和可读性，毫

    不枯燥。

    大卫在书中不仅像是讲故事，而且更像是一位导师在引导我们如何

    做学问，他通过众多例子不厌其烦地跟我们说要跳出传统观点的樊篱，分辨什么可信、什么不可信，敢于以实验数据说话。大卫还分享了他认

    为应如何正确理解和对待人群之间存在的差异，希望能够做到让每一个

    个体都受到尊重，并直言不讳地批评试图将人群间的差异“种族化”的

    作家和学者。

    书中还留有许多遗憾。在我结束博士后研究要离开波士顿的前一

    天，我陪大卫从哈佛医学院的新研究大楼一路闲聊走回他家，他说他非

    常遗憾人类现在对东亚的史前史还几乎一无所知，他重复了多遍他是多

    么期望东亚，尤其是中国也能像欧洲一样做出数千份的古人类全基因组

    水平的数据，我也回答了他多遍我们会努力弥补这一缺憾。现在我们在

    国内也建立了高水平的古DNA实验室，或许在他这本书再版的时候，就能加入更多来自东亚的故事。

    最后，郑重向您和您的朋友推荐这本书，希望它可以回答您关于“我们是谁？”“我们从哪里来？”的疑问，也希望能引发更多的问

    题与讨论。中文版序

    古DNA即将解开东亚人类历史之谜

    我非常高兴为我这本书的中文版写一个序言。借此机会，我也想特

    别为我的中文读者们指出，当下的中国在古DNA研究领域面临着前所

    未有的机遇。这项强大的技术在中国的应用将是我们解开东亚人类历史

    之谜的关键。

    当下我们对东亚人类历史的了解，远远少于对欧洲和西亚人类历史

    的了解。这并不是因为东亚的人类历史不重要，而仅仅是因为我们对东

    亚的研究不够。这种研究的缺乏在很大程度上是因为，全基因组的古

    DNA研究技术是在欧洲发明的，这项技术的发明者也就从他们的身边

    开始研究各种古人类遗骸。正因为如此，在我写这篇序言的时候

    (2019年3月)，西班牙这个欧洲的小国家已经发表了396个古人类基

    因组，而中国才只有一个。要知道，中国的国土面积可是西班牙的19

    倍，人口是西班牙的30倍。

    就算我们只考虑东亚临近地区，中国在全基因组层面的古DNA研

    究也是暂时落后的：相比于中国的一个古人类基因组，东南亚地区已经

    发表了43个，而太平洋岛国瓦努阿图也已经有26个了。

    不过，这种情况很快就要发生改变了。

    付巧妹博士——我有幸培养过的最有创造力的研究人员之一，已经

    在北京的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所建立了一个世界级的古

    DNA实验室。王传超博士——我有幸共同培养过的一位研究人员，也

    已经在厦门大学建立了一个实验室。王博士对遗传学和人类学的综合性

    的渊博知识，令人印象深刻。吉林大学的周慧博士及其同事也开始使用

    全基因组的古DNA技术了。一项由中国研究人员主导的“万人古人类基因组计划”也正在筹划当中。

    我很有信心，在接下来的几年里，来自这些或者其他项目的研究成

    果将转变我们对东亚地区久远的人类历史的认识。我们无法预测这些研

    究会发现什么，因为此前对不同历史时期和不同地理区域的古DNA研

    究都为我们带来了意想不到的发现。但我们可以肯定的是——正如读者

    在读完此书后会意识到的，这些发现将会是革命性的，它们将揭示人群

    与人群之间新的联系。引言

    以人为镜，可以明得失；以史为镜，可以知兴替

    本书的灵感来自一位有远见的梦想家，卢卡·卡瓦利-斯福扎

    (Luca Cavalli-Sforza)。他开创了利用遗传学手段研究人类历史的

    先河。我曾师从他的一位学生，所以也算是他学派里的一员。在他的愿

    景里，我们可以透过基因组来理解人类的过去。为此，我深受鼓舞。

    1994年，《人类基因的历史和地理》(The History and

    Geography of Human Genes )一书出版，这标志着卡瓦利-斯福扎

    的学术巅峰，它综合了当时考古学、语言学、历史学和遗传学上的发

    现，讲述了一个人类辗转发展的宏大故事。

    1 该书对人类遥远的过去做

    了一个概览，但它受限于那个时代的认知水平，当时的遗传学数据极为

    匮乏，跟考古学和语言学的信息比起来，几乎可以忽略不计。仅有的一

    些遗传学数据在某些情况下可以揭示某些与其他领域吻合的模式，但由

    于信息量不够丰富，还不足以让人们提出新颖的洞见。实际上，卡瓦利

    -斯福扎所提出的少数几个重要的新论点，最终都被证明是错的。20

    年前，无论是卡瓦利-斯福扎还是像我这样的初学者，都还在DNA数

    据的黑暗时代里摸索。

    1960年，卡瓦利-斯福扎进行了一次豪赌，这决定了他的整个学

    术生涯。他相信，我们基于当代人

    (1)

    的遗传多态性，就有可能把历史

    上的人类大迁徙给还原出来。

    2

    通过接下来50年孜孜不倦的工作，卡瓦利-斯福扎的研究不断取

    得突破，似乎马上就要取得胜利。在开始这项工作之初，研究人类遗传

    变异的技术还很薄弱，他唯一能做的就是测量血液中的蛋白质，然后观

    察不同个体之间的差异，就跟医生在给病人输血前做血型检验那样。到了20世纪90年代，卡瓦利-斯福扎和同事们已经收集了来自不同人群

    的100多种不同性状。利用这些数据，他们可以根据个体间携带相同性

    状的频率，准确地对不同的个体按照大陆来源进行聚类。例如，欧洲人

    之间、东亚人之间、非洲人之间的聚合度都很高。到了20世纪90年代

    和21世纪初，他们在技术上突破了蛋白质变异数据的限制，开始直接

    分析DNA数据，也就是我们人类的遗传密码。他们从散布在地球各处

    的约50个人群中提取了约1 000人的DNA，并检查了这些个体在基因

    组中300个位置上的差异。

    3 当他们利用计算机程序把所有的个体聚类

    成5个组的时候，虽然这些计算机内并没有存储任何与人群标签有关的

    信息，但结果与人们出于直觉所划分的深层血缘关系非常一致。计算机

    分的5个组是：欧亚大陆西部人

    (2)

    、东亚人、美洲原住民、新几内亚人

    和非洲人。

    卡瓦利-斯福扎特别感兴趣的是从人群历史的角度对当代人群的划

    分进行解读。他和同事们使用了一种特殊的技术来分析收集到的血液分

    组数据，可以从多个生物学差异性性状中识别出最有效的组合特征，并

    以这些组合来概括不同个体间的差异。在把这些血液分组的组合特征投

    射到欧亚西部的地图上之后，他们发现，其中一个组合特征在近东地区

    达到了最大值，然后沿着从东南到西北的方向朝着欧洲逐渐递减(见图

    1a)。

    4 他们解释道，这是农民从近东进入欧洲的迁徙过程所留下

    的“遗传足迹”，而从考古学的角度来看，在9 000年前以后，的确发

    生过这样一个迁徙过程。逐渐递减的变化趋势则表明，第一批农民到达

    欧洲后，他们与当地的采猎者

    (3)

    发生了人群融合，在不断扩张的过程

    中，农民人群积累了越来越多的采猎者的血统——该过程也被称为“人

    口扩散”(demic diffusion)。

    5 直到最近，很多考古学家仍将这个

    人口扩散模型当成一个考古学和遗传学交叉融合的经典例子。图1a 安纳托利亚农民祖先横跨欧洲示意图(卡瓦利-斯福扎版)

    卡瓦利-斯福扎在1993年绘制的等值线图(上图做了一定调整)。基于当代人群的血液分组变

    异模式，他重建了农民从东方朝欧洲流动的过程，从中可以看出，农民祖先血统占比最高的区

    域在欧洲东南部，靠近安纳托利亚 (5)

    的地方。

    上述模型在理论上很有吸引力，但却是错误的。其缺陷从2008年

    起开始显露出来。当时，约翰·诺文布雷(John Novembre)和同事

    们证明，即使没有人口迁移，也可以产生像欧洲那样的梯度变化。

    6 然

    后，他们又表明，采用卡瓦利-斯福扎的数学方法，农业由近东向欧洲

    扩张的过程有可能会出乎意料地产生一个与迁移方向垂直的梯度

    (4)

    ，而不是像真实数据中所呈现的与迁移方向平行的梯度(见图1b)。

    7图1b 安纳托利亚农民祖先横跨欧洲示意图(全基因组数据版)

    全基因组数据表明，欧洲农民祖先的主梯度变化方向非但不是东南到西北，而是几乎与此垂

    直。究其原因，主要是一支从东方迁徙来的游牧民族替代了大多数第一批达到的农民。

    随着从古代骨骼中提取DNA的技术突破，“古DNA革

    命”(ancient DNA revolution)横空出世，最终推翻了人口扩散模

    型。基于古DNA革命的技术手段，我们发现，哪怕在欧洲最偏僻的地

    域，例如不列颠群岛、斯堪的纳维亚半岛和伊比利亚半岛，最早进入欧

    洲的农民也基本没有与采猎者相关的血统。实际上，他们的基因组中来

    自采猎者祖先的比例甚至比当代欧洲各处的人口还要低。而且，在今天

    的欧洲，人类基因组中来自早期农民祖先的比例最高的地区，不是卡瓦

    利-斯福扎根据血型数据所推断出来的欧洲东南部，而是位于意大利西

    部地中海内的撒丁岛。

    8以卡瓦利-斯福扎的地图为例，我们就可以明白为什么他的豪赌出

    娄子了。他假设当代人群的遗传结构就像“回声”一样，可以反映人类

    历史上的一些重大事件，这点是正确的。例如，与非洲人相比，非洲以

    外人群的遗传多样性较低，这反映出在大约5万年前以后，人类走出非

    洲、从近东地区向外扩张，在此过程中逐渐丢失了遗传多样性。但是，当代人群的遗传结构并不能完美地复原古代事件的细节。难处不仅在

    于，相邻的人群会发生混血，从而模糊了历史事件所遗留下来的遗传信

    号。更大的困难是，我们现在已经从古DNA中知道，当今的人群几乎

    从未与同处一个地区的、远古时代的人群维持过严格的血缘继承关系。

    9 在这种情况下，任何试图通过当代人类遗传结构来重建历史上人口流

    动的努力都摆脱不了其局限性。卡瓦利-斯福扎在《人类基因的历史和

    地理》中写到，他的分析已经排除了已知的、由人类大迁徙产生的人

    群，比如有着欧洲人和非洲人血统的美国人，他们的祖先是大西洋彼岸

    的移民，再比如像罗姆人

    (6)

    和犹太人这样的欧洲少数民族。卡瓦利-

    斯福扎所赌的，就是过去比现在要简单得多，通过聚焦在那些已知的、没有受到过重大移民活动影响的人群，就能够研究古时候居住在同一地

    方的人类的直系后代。问题是，古DNA告诉我们，过去并不比现在简

    单，人类总是在不断地动荡、融合，以及相互更替。

    卡瓦利-斯福扎对人类史前史的开创性遗传学研究，使我想起了

    《圣经》中摩西那样有远见的领导者。卡瓦利-斯福扎的成就高于任何

    追随者，他创造了一个新的观察世界的框架。《圣经》里曾写道，“以

    色列中再没有兴起先知像摩西的”，但《圣经》同时也告诉我们，摩西

    是无法到达应许之地的。在带领他的人民行走旷野四十载后，摩西爬上

    尼波山，却发现对面的约旦河西岸可望而不可即。踏上这片应许之地的

    荣光，已经留给了他的继任者们。

    以上就是过去利用遗传学对人类历史进行研究的情况。卡瓦利-斯

    福扎敢为天下先，洞察到了遗传学揭示人类历史的全部潜力，但他的愿

    景远超前于实现它所需的技术。然而，今天的情况已经大为不同了。时至今日，我们拥有了数十万倍的数据，而且还具备了探究古DNA中丰

    富信息的能力。在传统的考古学和语言学工具之外，这些信息已经成为

    研究历史上人类流动的更加确切的数据来源。

    首批5个古人类基因组是在2010年公布的：几个古尼安德特人的基

    因组

    10 ，一个古丹尼索瓦人

    (7)

    的基因组

    11 ，一个在格陵兰发现的、约

    4 000年前的现代人个体的基因组

    12 。接下来的几年里，又出现了另外

    5个个体的全基因组数据，2014年则涌现了总计38个人的数据。到了

    2015年，古DNA全基因组分析领域的进展突飞猛进，出现了3篇论

    文，又分别添加了66个

    13 、100个

    14 和83个样本

    15 。到了2017年8

    月份，仅我的实验室就独立产生了超过3 000个古样本的全基因组数据

    (见图2)。现在我们生产数据的速度非常快，以至于数据生产后，还

    没等到发表，这个领域内的总数据就已经翻了一倍。

    图2 2010年以来拥有全基因组数据的样本累计总数

    现在，古DNA实验室生产数据的速度非常快，以至于数据生产和数据发布之间的间隔比将这个领域内的总数据加倍所需的时间还要长。

    与古DNA革命相关的很多技术的发明者都是斯万特·帕博

    (Svante P?bo)

    (8)

    ，以及他在德国莱比锡马克斯·普朗克演化人类

    学研究所的同事们。该研究所开发此技术的目的是研究极其古老的样

    本，例如尼安德特人和丹尼索瓦人。我的贡献则在于将此技术扩展到大

    量的、相对较新的样本上，尽管这里所谓的“较新”也有数千年历史。

    传统上，一个学徒的培训周期是7年，而从2007年起，属于我的古

    DNA学徒期启动了：在尼安德特人、丹尼索瓦人等基因组项目上，我

    开始与帕博一起合作。到了2013年，帕博帮助我建立了自己的古DNA

    实验室，也是美国第一个专门研究古人类全基因组的实验室。在这方

    面，我的工作搭档是娜丁·罗兰德(Nadin Rohland)，在加入我的

    实验室之前，她也曾在帕博的实验室里度过了自己的7年学徒期。我们

    的想法是让古DNA研究工业化，也就是利用欧洲开发的、研究少数样

    本的技术，建立一个美国式的基因组工厂。

    罗兰德和我意识到，要想将古DNA研究工业化，关键在于帕博实

    验室的马蒂亚斯·迈耶(Matthias Meyer)和付巧妹所开发的技术。

    迈耶和付巧妹的发明是由其研究需求所催生的：他们需要从来自中国的

    田园洞

    (9)

    、有大约4万年历史的早期现代人遗骸身上提取DNA。

    16 他

    们发现，从这个田园洞人的腿骨上提取的DNA之中，只有0.02%来自

    这个人自己，其余的都来自他死后侵入的微生物。这样一来，直接测序

    (direct sequencing)的成本就太高了，即便是采用大概在2006年之

    后出现的、成本已经低了数十万倍的技术还是不可取。为了解决这个问

    题，迈耶和付巧妹借鉴了医学遗传学家的做法：将最感兴趣的2%的基

    因组部分分离出来，再将剩下的98%丢掉。于是，他们两位从田园洞人

    腿骨的DNA里分离出属于人类的一小部分遗传序列，而丢掉了其余的

    部分。

    迈耶和付巧妹开发的DNA分离方法对古DNA革命的成功至关重要。早在20世纪90年代，分子生物学家们就改造了印刷电子电路时使

    用的激光蚀刻技术，用来将选中的数百万个DNA序列附着在硅或玻璃

    晶圆上，在特定的液体中，这些DNA序列可以被分子剪刀(工具酶)

    (10)

    剪切下来。迈耶和付巧妹利用了这种办法，首先人工合成出了许多

    52个字母长的DNA序列，它们互相交叠着覆盖了人类第21号染色体的

    绝大部分，就像是屋顶上的瓦片。借助于高度相似的DNA序列容易互

    相结合这一特性，他们以人工合成的序列为“饵”，从田园洞人的古

    DNA中“钓”取了他们感兴趣的DNA序列。通过这种办法获取的

    DNA，大部分都来自田园洞人本身的基因组，而且还恰恰都是他们梦

    寐以求的那些片段。数据分析结果表明，田园洞人是一种早期的现代

    人，是最终演化成当代东亚人的那个支系的一员。同时，他们还发现，田园洞人身上古老型人类(archaic human)的遗传成分并不多，在

    几十万年前，古老型人类和现代人的支系就已经隔离开了。这就推翻了

    先前人们根据骨骼形状所做出的推断

    (11)。

    17

    罗兰德和我改进了这种技术以便于研究整个基因组。我们与德国的

    同事合作，人工合成了一系列52个字母长的DNA序列，这些序列覆盖

    了超过100万个人类基因组中的位置。在这些位置上，我们已经知道不

    同的人会有不同的字母。我们使用这些“诱饵序列”来钓取人类的

    DNA片段(而不是微生物的)，发现这种方法可以显著地富集我们感

    兴趣的DNA片段，有时候提取效率可以提升100倍以上。另外，因为我

    们只针对基因组中富含信息的特定位置进行处理，在效率上又有了额外

    大约10倍的增加。我们实现了整个过程的自动化，利用机器人来处理

    DNA，使得一位研究人员可以在几天内同时研究超过90个样本。我们

    聘请了一批技术员将古代的遗骸取样并研磨成粉末，然后从粉末中提取

    DNA，再将提取出来的DNA转化成我们可以测序的形式。

    以上是古DNA研究的实验室工作部分，但这仅仅是一个开始。除

    了这些，还有一项同样复杂的任务，那就是将测序得到的几十亿个

    DNA序列归类到它们所属的样本，并剔除掉那些已经受到污染的样本，最终生成一个便于使用的数据集。绍普·马利克(Shop

    Mallick)是一位物理学家，他6年前加入了我的实验室，并建立了整个

    计算机系统来完成上述这些工作。而且，随着数据性质的改变和数据规

    模的增加，他也在不断地对计算机数据处理的策略进行升级。

    结果比我们预想的还要好。生产全基因组数据的成本降到了每个样

    本低于500美元。这比全基因组暴力测序(brute-force whole-

    genome sequencing)便宜了许多倍。更棒的是，采用我们的方法，在我们选择的骨骼样本中，有大约一半能获得全基因组数据。当然，成

    功率取决于所研究的骨骼的保存完好程度。例如，在俄罗斯寒冷条件下

    获得的古样本，其成功率为75%左右，而对取自近东地区炎热环境下的

    样本，我们的成功率只有30%上下。

    这些进展意味着，对古DNA展开全基因组研究时，再也不需要事

    先筛选大量的骸骨，才能找到一个可分析的DNA样本了。相反，相当

    一部分曾被筛除的过去1万年内的样本，现在都可以转化为全基因组数

    据了。得益于新方法的使用，在单个研究中一次性分析数百个样本也是

    游刃有余。有了数据，人们就可以重建人群在流动过程中的诸多精致的

    细节，而这些细节将颠覆我们对历史的认知。

    到了2015年底，我在哈佛的古DNA实验室已经发布了全世界一半

    以上的古人类全基因组。我们发现，北欧的人类群体在很大规模上曾经

    被5 000年前来自东欧大草原的一次大迁徙所替代；

    18 1万多年前，农

    业在近东地区多个高度分化的人群中发展起来，这些人群随后又与农业

    文明一起向四面八方扩散和融合；

    19 而3 000年前到达太平洋偏远岛屿

    (12)

    的第一批人类移民并不是今日当地居民的唯一祖先。

    20 同时，我启

    动了一个调查当今人类多样性的项目，该项目使用了一种我与合作者一

    起为研究人类历史而设计的专用微芯片。我们使用这种芯片研究从全世

    界范围内1 000多个人类群体中选择出来的上万个个体——由此而产生

    的数据集，不仅在我的实验室，也在世界上其他研究遗传变异的实验室里，发挥着中流砥柱的作用。

    21

    古DNA革命对历史事件的解析、还原程度令人惊叹不已。我快博

    士毕业那会儿的一次晚餐，至今仍然让我念念不忘。当时跟我一起进餐

    的有我的博士生导师大卫·戈尔茨坦(David Goldstein)和他的妻子

    卡维塔·纳亚尔(Kavita Nayar)，他们两位都是卡瓦利-斯福扎的

    学生。那是1999年，也就是全基因组古DNA技术发明的10年之前。我

    们在一起畅想，利用历史遗留下来的痕迹，我们到底可以在多大程度上

    将历史事件准确地重建出来。现在想想，当时如同做白日梦一般。一个

    手榴弹在房间里爆炸了，我们能把每一个残存的碎片都拼凑起来，把墙

    上的每一个弹片都考虑在内，从而得到爆炸前每一个物体的准确位置

    吗？一门语言早已绝迹了，我们能开启一个洞穴，利用尘封在内的、至

    今仍激荡着的数千年前话语的回声，把它复原出来吗？今天，古DNA

    技术使这一切细致入微的重建工作都成为可能。

    如今，人类基因组变异分析在研究远古时期人口变迁中所起到的作

    用早已超越了传统的考古学工具——对文物的研究。

    22 这几乎对所有

    人都是件惊喜的事情。卡尔·齐默(Carl Zimmer)是《纽约时报》的

    科学记者，经常撰写这个新领域的文章。他告诉我，当初被报纸分配来

    报道古DNA研究成果的时候，他还抱着一种过来给科学报道团队帮帮

    忙的心理，反正他的主攻方向是演化和人体生理学，穿插着跟进一下就

    可以了。他本来的设想是每隔6个月左右写篇文章，一两年之后相关的

    工作成果也就偃旗息鼓了。没想到，现在齐默发现，每隔几周就会有一

    篇重磅论文发表，而且还有愈演愈烈之势。

    我们这本书所讲述的，就是在人类历史研究中的基因组革命。这场

    革命源自全基因组数据，由一系列连珠炮似的发现所组成。全基因组意

    味着对所有的遗传信息进行一次性的分析，而不是仅对其中像线粒体

    DNA(mitochondrial DNA)这样的小片段进行分析。从古人类遗骸

    中提取全基因组DNA的新技术则使这一次基因组革命如虎添翼、威力大增。在本书中，我没有试图去追踪以前人们通过遗传学手段来研究历

    史的过程，几十年来，人们从对骨骼差异的分析起步，已经发展到对人

    类基因组中极少数片段的遗传差异进行研究。尽管所有这些努力都对人

    群间的关系和迁徙给出了新见解，但在2009年以后涌现出来的海量数

    据面前，这些见解都显得如此苍白无力。在2009年前后，对基因组中

    个别位置的研究或许凑巧会引出某些重要的发现，或者为某种假说提供

    一些支撑性的证据。但总的来说，在2009年之前，这些遗传学的证据

    都属于无心插柳的产物，在主流考古学中始终处于从属的地位。然而，到了2009年以后，全基因组数据开始大展身手，破天荒地对考古学、历史学、人类学，甚至语言学中某些习以为常的观点提出了挑战，而且

    还开始解决这些不同领域之间的矛盾之处。

    古DNA革命正在以摧枯拉朽之势改变着我们对人类历史的看法。

    然而，目前还没有一位正投身于这场革命的遗传学家开始撰写书籍，阐

    述其影响、解释其机制，并描绘出新的科学方法是怎样帮助科学家们去

    伪存真的。古DNA革命的方方面面需要从晦涩难懂、充满术语的科学

    论文中提炼出来，更不用说这些论文有时还带着几百页密密麻麻的描述

    实验方法的附件了!因此，本书的目标是以古DNA这个非凡的视角，向读者提供一个人类历史的清晰画卷——一本专家和外行都能雅俗共赏

    的、讲述古DNA的故事的书籍。我无意于写一本集大成的综述，因为

    在这个领域里，变化一日千里，当本书到达读者的手中时，它所描述的

    一些先进的东西或许已经落伍，甚至被推翻了。在我写作此书的3年

    中，又有许多新的发现爆发出来，所以我在这里所描述的大部分内容都

    是我开始写作后才显现的成果。因此，我希望读者能够将本书中的话题

    看作是全基因组研究所能发挥的爆发性威力的例子，而不是看作对科学

    的一个阶段性总结。

    在本书中，我将引领读者一起来进行一场发现之旅。每一章节都像

    是一场讨论会，每个读者在一开始时或许都有自己的一个观点，而结束

    一个章节时，读者会发现结论大相径庭。其实这就是本书的目的。我会以讲述自己的相关工作为主，因为在这上面，我有极大的发言权。不

    过，我也会讲述一些我没有参与的、对整个故事都至关重要的工作。这

    种讲故事的方式不成比例地突出了我的实验室的成果，对此我表示道

    歉，特别是对那些做出了同样重要贡献、而我没有提及名字的人士。我

    的首要任务不是书写一篇科学综述，而是通过讲述基因组革命的奇妙和

    精彩，让读者沉浸在一个个引人入胜的故事里。

    我还强调了一些正在浮出水面的主题，尤其是人们发现，在人类历

    史上，高度分化人群之间的混血曾经反复出现、屡见不鲜。今天，许多

    人仍认为，人类可以按照生物学特征归类到各种“原

    始”(primeval)群体中去，这与“种族”(race)的概念相对应，种族的起源就是数万年前分居的人群。但是，过去几年里，在新的数据

    面前，长期以来的“种族”观点已经被证明是错误的。而且，这一新的

    批判与过去百年间人类学家对“种族”概念的批判截然不同。基因组革

    命带来了一个令人震惊的发现，也就是即便在相对近期的时代里，人群

    之间虽然一直存在着巨大的差异，但彼此的分界线却是今非昔比。从1

    万年前的人类遗骸中提取的DNA告诉我们，当时的人群结构与今日有

    着本质的不同。今日的人类是过去的人群混血的结果，而过去的人类同

    样也是混血的结果。所以，人群的大融合才是主线，不管是非洲裔美国

    人，还是美洲的拉丁裔人群，他们都只是这条主线上的最新一代而已。

    本书分为3个部分。

    第一部分，“人类的历史深处”，描述了人类基因组不仅提供了受

    精卵发育所需的所有信息，还包含了我们物种的历史。第1章，“我们

    是谁”，提出基因组革命的意义不在于揭示了人类和其他动物相比所具

    有的特质，而在于揭示了人类形成的历史过程：人类的迁徙与融合。第

    2章，“尼安德特人”，叙述了人们是如何利用古DNA技术，突破性地

    获取了尼安德特人的基因数据，从而发现人类的这个大脑袋亲戚是怎样

    与非洲以外的现代人祖先发生混血的。第3章，“丹尼索瓦人”，着重强调了古DNA如何帮助我们发现意想不到的历史事件，以及古DNA如

    何初战告捷，发现了考古学家从未预言过的古老型人类——丹尼索瓦

    人。而在当代新几内亚人身上，也发现了其祖先与丹尼索瓦人发生过混

    血的痕迹。丹尼索瓦人的基因组序列同时带动了一系列古人类种群及其

    混种的发现，这确切地证明了，大融合才是人类发展的中心要素。

    第二部分，“人类的演化之路”，讲述了基因组革命和古DNA如

    何改变了我们对现代人支系的认知，并以人类群体大融合为主旨，带领

    读者开始周游世界。第4章，“‘幽灵人群’”，介绍了这样一种思

    路：人们可以借由遗留在当代人身上的遗传物质，从蛛丝马迹出发，重

    建那些早已不知踪迹、未经混血的“纯种”的人类群体。第5章，“现

    代欧洲的形成”，解释了当代欧洲人是如何从3个高度分化的人类群体

    传承下来，以及这3个人类群体如何在过去的9 000年中逐渐融合在一

    起。在古DNA技术产生之前，考古学家们做梦也没想到这一点。第6

    章，“碰撞中诞生的印度”，揭示了在不同时间、不同地点下，南亚人

    类群体的产生与欧洲人何其相似。两者都经历了两次大融合。第一次是

    9 000年前的近东地区农民的大规模移民，这些移民与原住的采猎者相

    融合。第二次是5 000年前来自欧亚大草原的大规模移民，这一次又给

    南亚人类群体带来了另一个祖先。与之同行的，也许还有印欧语系的语

    言。第7章，“追寻美洲原住民的祖先”，展示了如何通过对现代DNA

    和古DNA的分析证明，在欧洲人到来之前，美洲原住民的祖先可以追

    溯到来自亚洲的好几波移民。第8章，“东亚人的基因组起源”，描述

    了东亚人的祖先有多少是源于中国的农业中心地带的人口扩张。第9

    章，“不可或缺的非洲人类史”，特别讲述了古DNA的研究如何掀开

    蒙在非洲大陆之上的层层面纱，揭示了过去几千年来农民的大规模扩

    张，以及农民与原住民之间要么此长彼消、要么相互融合的深厚历史。

    第三部分，“颠覆性的基因组”，则将重点放在了基因组革命的社

    会意义上。我们将如何看待自己在世上的位置？如何构建与同样活在当

    下的超过70亿人口的关系？前有古人，后有来者，我们和他们又有何牵连？针对这些问题，基因组革命都能给我们一些新的启示。第10

    章，“基因组中的不平等”，展现了古DNA研究如何揭露人群之间、性别之间、同一人群内不同个体之间社会权力不平等的深层历史，以及

    这种不平等是如何决定了繁殖的成败。第11章，“基因组中的种族和

    身份”指出，20世纪出现的一种所谓正统观念早该寿终正寝了，这种

    观念认为，人群之间的关系是如此的紧密，以至于平均说来，它们之间

    不可能存在着实质性的生物学差异。不过，本章同时也表明，长期以来

    种族主义的世界观更是与遗传学数据告诉我们的事实天差地别。本章中

    也提出了一种新的看待人类群体差异性的方式——一种由基因组革命所

    启迪的方式。第12章，“古DNA的未来”，这是关于基因组革命下一

    步何去何从的讨论。借助于古DNA，基因组革命终于实现了卢卡·卡

    瓦利-斯福扎的梦想。作为一种研究过去的人类群体的工具，古DNA

    一点也不比传统的考古学和历史语言学逊色。而且，古DNA和基因组

    革命还可以回答过去无法解决的深层次问题：发生了什么，也就是古人

    类之间有何等恩怨情仇，人类迁徙又如何促成了考古学记录中的沧海桑

    田。古DNA技术对考古学家们来说应该是一种解放性的手段，考古学

    家们离这些问题的答案越近，他们就越能充分地研究最感兴趣的话题，也就是，为什么会有这些变化？

    在读者全心投入本书之前，请容我讲一个2009年我在麻省理工学

    院的一次客座讲座中遇到的事情。我的那次讲座是一门课程在学期末的

    最后几堂课之一，目的是给该课程增加一些趣味性。这门课程旨在向学

    生们介绍，在寻找疾病治愈手段的过程中如何借助计算机进行基因组研

    究。我提到了印度人群的历史，当时一位坐在前排中间的本科生一直盯

    着我看。我在做总结的时候，她笑着问我：“你是怎么获得研究资金来

    干这事的？”

    我嘟囔了一些关于人类历史对遗传变异的影响，以及为了识别疾病

    的风险因素，了解人类的历史是如何如何重要之类的话。我举了一个例

    子，讲到在印度存在着数千个不同的人群，其中某种疾病的发病率很高，原因是导致这种疾病的遗传突变恰好是由其人群奠基者所携带的，随着群体规模不断扩大，这种突变的频率也在群体内大大增加了。后

    来，当我向美国国家卫生研究院提出基金申请的时候，我就是顺着这种

    思路，建议找出在不同人群中发生频率不同的疾病风险因素。自从

    2003年我组建实验室以来，这类资助支持了我大部分的工作。

    诚然，这些话都没错，但我希望当时我能够理直气壮地给出不同的

    回应。我们科学家，受困于科研资助体制，经常要证明我们的研究工作

    在卫生或科技方面有实用价值。但是，人类的好奇心本身难道不应该被

    认可吗？对人类来说，回答“我们是谁”这样的基本问题难道不应该作

    为我们这个物种的头等大事吗？一个开明、进步的社会，难道不应该推

    崇、重视智力活动吗？哪怕这些活动可能没有直接的经济或者其他实用

    价值。我再次呼吁，对人类自身历史的研究至关重要，无论是艺术、音

    乐、文学，还是宇宙学等。这些研究，可以让我们对人类的共同处境保

    持警醒的认知。这些认知越是在意料之外，对人类就越是举足轻重。目录 推荐序一 古DNA——听DNA说前世今生

    推荐序二 令人拍案叫绝的书

    中文版序 古DNA即将解开东亚人类历史之谜

    引言 以人为镜，可以明得失；以史为镜，可以知兴替

    第一部分 人类的历史深处

    基因组革命揭示了人类形成的核心过程：迁徙与融合。科学家利

    用古DNA技术，先后发现了人类祖先与尼安德特人和丹尼索瓦人

    的混血事件。随后，一系列古人类种群及其混种纷纷被发现，彻

    底改写了我们对人类历史的传统认知。

    01 我们是谁

    写在基因组里的人类编年史

    “古DNA之父”帕博的新发现

    十万个亚当和夏娃

    我辽阔广大，我包罗万象

    “我们是谁”没有简单的答案

    02 尼安德特人

    不期而遇

    尼安德特人的DNA

    尼安德特人和非洲以外人群的密切关系

    从将信将疑到确信无疑

    融合于近东

    自然选择在抹除尼安德特人血统

    正反合

    03 丹尼索瓦人来自东方的惊喜

    一根指骨里找出来的丹尼索瓦人

    混血，原本就是人之常情

    突破赫胥黎线

    认识一下南方丹尼索瓦人

    丹尼索瓦人血统帮助了现代人

    超级古老型人类

    “走出非洲”还是“走回非洲”

    迄今最古老的DNA

    第二部分 人类的演化之路

    科学家在古NDA革命中发现，全球各地的人类都是多次人群迁

    徙、融合后诞下的混血儿。所谓“纯种”的祖先早已不见踪迹，他们只占据了我们的部分基因组，成了活在DNA里的“幽灵人

    群”。人类历史就是一个又一个人群分离与融合的大循环。

    04 “幽灵人群”

    推断出了个“古代欧亚北部人”

    马耳他男孩

    基部欧亚人

    早期欧洲采猎者经历的五大事件

    当代欧亚西部人是怎样炼成的

    05 现代欧洲的形成

    奇怪的撒丁岛

    建造巨石阵的人都去哪儿了

    横空出世的颜那亚人

    草原人闯入中欧

    英国陷落

    印欧语系的起源

    06 碰撞中诞生的印度印度河文明的衰落

    交锋之地

    小安达曼岛上与世隔绝的人群

    都是混血儿

    血统中的“权力的游戏”

    文明暮色中的人群融合

    历史悠久的种姓制度

    击退遗传厄运

    两块次大陆的故事：印欧的平行历史

    07 追寻美洲原住民的祖先

    人类起源的故事

    遗传学研究陷入困境

    为争夺遗骸对薄公堂

    第一批美洲人的遗传学证据

    基因组学“复活”了约瑟夫·格林伯格

    Y群体

    第一批美洲人之后

    08 东亚人的基因组起源

    “南方路线”假说的失败

    现代东亚人的早期历史

    长江和黄河流域的“幽灵群体”

    东亚周边的重大混血事件

    09 不可或缺的非洲人类史

    重新审视我们的非洲家园

    造就现代人的一次混血

    农业文明的扩张和语言的传播

    重建非洲采猎者的历史

    非洲人类历史研究的前景 第三部分 颠覆性的基因组

    基因组里镌刻着人群之间、性别之间、阶层之间的社会权力不平

    等，这种不平等根深蒂固，但这不是我们接受它的理由。基因组

    里也镌刻着人群之间的生物学差异，但这种差异与种族主义的世

    界观判若鸿沟。古DNA革命将继续书写翻天覆地的篇章，回

    答“我们是谁，我们从哪里来”。

    10 基因组中的不平等

    伟大的融合

    开国元勋

    基因组里的“不平等”信号

    人群融合过程中的性别偏差

    社会不平等的遗传学研究前景

    11 基因组中的种族和身份

    存在“生物学种族”吗

    描述血统的语言

    真实的生物学差异

    来自基因组革命的独到见解

    个人身份的新基础

    12 古DNA的未来

    考古学迎来第二次科学革命

    建立全人类的古DNA地图集

    助人类生物学一臂之力

    古DNA实验室开疆辟野

    尊重古人的遗骸

    致谢

    图片注释

    正文注释译者后记

    出版说明写在基因组里的人类编年史

    要理解遗传学为什么能够揭示人类的过去，就先要了解基因组是怎

    样记录信息的。所谓基因组，就是我们每个人从父母那里继承而来的所

    有遗传密码的集合。1953年，弗朗西斯·克里克(Francis Crick)、罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)、詹姆斯·沃森(James

    Watson)、莫里斯·威尔金斯(Maurice Wilkins)

    (13)

    向人们表

    明，人类基因组是由两条长链上的约30亿个化学单元(总计60亿个)

    写就的，每一个化学单元都可以被编码成为字母表中的字母：A(腺嘌

    呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)和T(胸腺嘧啶)。

    1 我们所说

    的“基因”(gene)指的就是这些链条上的微小片段，通常每一段包

    含大约1 000个字母。细胞中大部分的生理活动都需要蛋白质来执行，而基因就是组装这些蛋白质的模板。基因与基因之间是未经编码的、没

    有意义的片段，有时也被称作“垃圾”DNA。通过使用某些仪器，我

    们可以启动DNA片段上的化学反应，当这种化学反应沿着DNA序列发

    生的时候，会依次发出特定的光亮，每个字母A、C、G和T发光的颜色

    都是不一样的，如此一来，再加上一个相机，我们就可以将字母的顺序

    扫描进入计算机了。

    虽然绝大多数科学家关注的主要是每一个基因中包含的生物学信

    息，但需要注意的是，DNA序列之间也偶尔会存在一些差异。这些差

    异是由于过去某个时刻在基因组复制的过程中发生的随机错误所导致

    的，这种随机错误就是突变(见图3)。这些差异发生的概率大约是每

    1 000个字母发生一次，在基因和“垃圾”序列中同样存在。正是这些

    差异使得遗传学家可以去探索过去的事件。不相干的基因组之间在总共

    大约30亿个字母中通常会存在300万个不同之处。由于遗传突变累积的

    速率或多或少是恒定的，两个基因组之间在任一片段上的差异密度越

    大，说明这两个片段距离最近共同祖先的时间就越长。所以，差异密度就是一个生物计时器，记录了历史上的某一个关键事件是在多久以前发

    生的。

    图3 基因组和突变

    基因组包含大约30亿对核苷酸，均可以利用字母来表达：A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌

    呤)和T(胸腺嘧啶)。两条对齐的字母序列中大约99.9%是相同的，但最后剩下的0.1%是不同

    的，从这些不同中可以反映出突变累积所花的时间。通过这些突变，人们可以辨识出两个人之

    间亲缘关系的远近。同时，这种突变也精确地记录了历史上的信息。

    遗传学在研究人类历史的问题上第一次崭露头角是从线粒体DNA

    开始的。线粒体DNA是基因组的一小部分，只占总数的20万分之一左

    右，它由母系遗传，从母亲传给女儿，再由女儿传给外孙女。1987

    年，艾伦·威尔逊(Allan Wilson)和同事们对世界各地不同人群的几

    百个线粒体DNA进行了序列分析，通过比较这些序列之间的差异，他

    们得以重建了人类的母系系谱树。

    2 他们发现，这棵系谱树上最深的一

    个分支，也就是最早离开主干的分支，只存在于今天撒哈拉以南非洲

    (Sub-Saharan African)

    (14)

    的人里，这表明，现代人的祖先在非

    洲。相反，所有今天非洲以外的人都位于这棵系谱树位置较高的分支上。这一发现成功地整合了考古学、遗传学，以及20世纪80年代和90

    年代出土的骨骼化石证据，有力地支持了现代人源自几十万年前的非洲

    这一学说。根据已知的遗传突变速率，威尔逊他们估计，离我们最近的

    所有现代人的非洲祖先，即“线粒体夏娃”，生活在大约不到20万年

    前。

    3 对这个数字，目前最佳的估计是16万年前。但是人们必须清

    楚，这个由遗传学推导出来的日期并不精确，主要原因就是我们对人类

    遗传突变的实际速率并不确定。

    4

    人类最近共同祖先的发现掀起了轩然大波，因为它推翻了“多地区

    独立起源假说”(multiregional hypothesis)。根据这种假说，生活

    在非洲和欧亚大陆很多地方的当代人类，实质上都是从至少180万年前

    扩散到此的直立人演化而来的。直立人(Homo erectus)是一个能制

    造粗制石器的古人种，大脑容量约是现代人的23。多地区独立起源假

    说意味着，直立人的后代是在非洲和欧亚大陆间平行演化的，今天居住

    在某一区域的人群是由当地的祖先繁衍而来的。因此，根据多地区独立

    起源假说，我们可以给出如下预测：当代人的线粒体DNA是在近200万

    年前分离出来的，也就是从直立人开始扩散之日算起。然而，遗传学数

    据却与此预测相悖。事实是，当代人类很大程度上是在一个晚得多的时

    间点才走出非洲的，其线粒体DNA的共同祖先生活的时间要比直立人

    扩散的时间晚将近910。

    人类学方面的证据给我们勾勒出了一幅可能的画面。最早的具

    有“解剖学意义上的现代人”特征的遗骸可以一直追溯到30万到20万

    年前，而且都出自非洲。

    5 所谓“解剖学意义上的现代人”也就是说，该遗骸的性状，例如球形头骨，处在当今各式人类的正常差异范围内。

    在非洲和近东地区以外，并没有任何令人信服的证据表明上述性状出现

    在10万年前，就连5万年前的证据也非常有限。

    6 考古学证据也指出，大约在5万年前，石器工具的样式出现了巨大变化。这个时期，对欧亚

    西部的考古学家们来说，就是他们所熟知的旧石器时代晚期(Upper

    Paleolithic)；对非洲大陆的考古学家们来说，则是石器时代晚期(Later Stone Age)。经过这个时期后，石器的加工工艺出现了巨大

    的变化，而且每隔几千年就有一次革新，比之前快得多了。在这个时期

    人类的遗留物中，也增加了很多能够反映他们的审美观点和精神生活的

    文物：由鸵鸟蛋壳制成的串珠，抛过光的石手镯，以红色氧化铁为颜料

    的身体绘画，还有世界上最古老的具象艺术(representational

    art)。人类已知最早的雕像是一个大约4万年前的、由猛犸象象牙制成

    的史前狮子人雕像，出土于德国的霍伦施泰因-施达德尔

    (Hohlenstein-Stadel)。

    7 同样，在法国的肖维岩洞(Chauvet

    Cave)里，也发现了一些大约3万年前的、描绘冰河时代之前的某些兽

    类的绘画。这些绘画，哪怕以今天的眼光来看，也是技艺精湛、美轮美

    奂的。

    我们在考古学记录中发现的、从大约5万年前开始的变化急剧加速

    的现象，也反映在人群的变化之上。尼安德特人，从40万年前起就在

    欧洲大陆上繁衍生息，他们之所以被称为“古老型”人类，是因为他们

    的骨骼形状远超出了现代人的变化范围。而在41 000年到39 000年前

    之间，他们从其最后居住的西欧地区销声匿迹了，而这段时期正好处于

    现代人到来的几千年之内。

    8 在欧亚大陆的其他地区以及南非

    (15)

    地

    区，人群替换的现象同样存在。在南非地区，遗址被废弃、石器时代晚

    期文化突然出现等证据，都证实了人群的替换。

    9

    对于上述变化的原因，一种很自然的解释就是：解剖学意义上的现

    代人不断扩散，其祖先就包括“线粒体夏娃”。他们代表了更为新颖、丰富的文化，并在很大程度上将各地的原住民取而代之了。

    “古DNA之父”帕博的新发现

    针对人类的起源，人们曾提出过各种争论不休的假说，等到了20

    世纪80年代和90年代，人们猛地发现遗传学这门学科可以干净利落地去伪存真，禁不住群情激昂、跃跃欲试。有些人甚至在考虑遗传学是否

    能做得更多，而不仅仅是为大约5万年前的现代人从非洲和近东地区向

    外的扩散提供证据。或许，基因本身也是这种人类扩散的原因呢？或

    许，对于我们在考古学记录上发现的加速变化现象，遗传学能够提供一

    个像DNA的四个字母那样简洁而优美的解释呢？

    理查德·克莱因(Richard Klein)是一位人类学家。他笃信遗传

    变异可以解释为什么现代人的行为方式和先辈们如此迥然不同。他提

    出，无论是非洲的石器时代晚期革命，还是欧亚西部的旧石器时代晚期

    革命，现代人行为方式的突然爆发，都是由5万年前以后某个遗传突变

    的频率上升所引发的，而正是由于这个基因能够影响大脑的生物活动，人类才具备了制造新型工具和实施复杂行为的能力。

    按照克莱因的理论，这种突变频率的升高可以使人类获得一些起

    到“赋能”作用的性状，比如使用概念性语言(conceptual

    language)的能力。克莱因认为，没有这种突变，就没有人类现代意

    义上的行为。支持他的想法的是其他物种的例子，这些物种基因上的一

    点点变化就会带来性状上的巨大适应性改变。例如区区5个遗传改变，就可以将墨西哥的野草类蜀黍的细小果穗转变为现在我们在超市里买得

    到的玉米棒子。

    10

    此言一出，克莱因的假说就受到了强烈的批评，特别是受到了来自

    考古学家萨利·麦克布里雅蒂(Sally McBrearty)和艾莉森·布鲁克

    斯(Alison Brooks)的反对。他们指出，几乎每一个克莱因所认为的

    明显的现代人行为特征，在非洲和近东数万年前的考古记录中都是有据

    可查的，而且都发生在欧亚旧石器时代晚期和非洲石器时代晚期过渡阶

    段之前。

    11 但是，就算是没有任何一项行为特征是新出现的，克莱因

    的假说还是有可圈可点之处的。在5万年前之后，现代人的行为特征的

    确是得到了大大强化，这点毋庸置疑。问题是，这背后是否有任何生物

    性的变化在起作用？就在这个群情激昂的年代，大家纷纷致力于利用遗传学的魔力为各

    种未解之谜寻找简单解释，这时候，一位遗传学家——斯万特·帕博走

    到了前台。在“线粒体夏娃”刚被发现后不久，他就加入了艾伦·威尔

    逊的实验室。之后，他还会在古DNA革命所需的各项技术发明上独领

    风骚，而且还将在尼安德特人的基因组测序工作中大展身手。2002

    年，帕博及其同事们发现了FOXP2基因中的两个突变，而有可能就是

    FOXP2这个基因推动了5万年前之后人类各种创造性行为的大爆发。在

    此前一年，医学遗传学家们发现，如果FOXP2发生了突变，患者会出

    现一种蹊跷的症状：他们仍保持着正常的认知能力，但就是无法掌握包

    括大部分语法在内的复杂的语言能力。

    12 帕博他们觉察到，自从黑猩

    猩和鼠类从它们的共同祖先那里演化出来以后，在超过一亿年的演化过

    程中，FOXP2所控制的蛋白质都几乎没有改变。然而，当人类和黑猩

    猩从它们的共同祖先那里开始分离、各奔前程的时候，这个基因的演化

    在人类这一支系上突然提速了，其所控制的蛋白质出现了两个变化。

    13

    通过后续的工作，他们又发现，用人类的FOXP2基因改造过的老鼠与

    正常的老鼠相比并无大的不同，唯独就是老鼠们吱吱叫的方式出现了很

    大的差异，这跟人们关于此基因的突变会影响到发声方式的设想非常吻

    合。

    14 然而，FOXP2的这两个突变跟人类在5万年前之后的演化应该

    没有关系，因为在尼安德特人的身上，我们也发现了同样的突变。

    15

    帕博他们穷追不舍，终于发现了第三个突变，这个突变是今天几乎所有

    的现代人都携带的，它可以控制FOXP2在何时、在什么细胞里被转变

    为蛋白质。在尼安德特人身上就找不到这个突变。所以，在几十万年前

    现代人与尼安德特人分离后，也许就是这个突变对之后现代人的演化起

    到了重要作用。

    16

    不管FOXP2本身对现代人是否重要，帕博认为，之所以对古老型

    人类基因组进行测序，原因之一就是寻找现代人行为的遗传学基础。

    17

    在2010年到2013年间，他领导了一系列研究，发布了包括尼安德特人

    在内的古人类全基因组序列。在他的论文中，帕博特别强调了一张包含了基因组中大约10万个位置的临时清单。在这些位置上，几乎所有的

    当代人都携带着遗传变异，而尼安德特人则没有。

    18 这份清单里一定

    藏着什么生物学上的重要变化，但我们仍然还处在解读“这是什么”的

    初级阶段。这也反映了一个更加基本的问题：在搞懂“基因组在说些什

    么”这件事上，我们还只是处于幼儿园水平!尽管我们已经学会了怎样

    解读一个个单词，也就是我们已经知道了DNA的字母序列如何转化为

    蛋白质，但对怎样解析一个个句子，我们还一无所知。

    不无遗憾的是，像FOXP2遗传突变这样的例子，我们扳手指头就

    数得过来：在自然选择的压力下，人类祖先的某些遗传突变频率得以增

    加，我们只是凑巧对个别突变基因的功能还略知一二。即便是在这些例

    子中，每一个发现背后都是成年累月、短兵相接的艰苦工作，为了探索

    遗传突变的生命奥秘，许许多多的研究生、博士后科研工作者都在不辞

    辛苦地对老鼠或鱼进行着基因改造。这一切都说明，要想搞清楚每一个

    现代人携带而尼安德特人缺乏的突变，我们需要开展一个曼哈顿工程。

    完成这个演化生物学领域的曼哈顿工程，是人类作为一个物种义不容辞

    的责任。但即使这项工程得以开展，我预计其结果将无比晦涩繁杂，毕

    竟，导致人类如此与众不同，该有多少种遗传变异啊!也许很少有人能

    够全面、充分地理解这些突变的意义。虽然这个科学问题至关重要，但

    我估计，如果我们想为现代人的行为寻找一个在理性上简洁优雅、在感

    性上令人满意的分子层面的解释，也许注定是徒劳无功的。

    但是，就算是对基因组中个别位置的研究无法为我们现代人行为方

    式的演化提供满意的解释，基因组革命也已经给我们带来巨大的惊喜

    了，因为它引出了一个前所未有的视角——人类历史的视角。通过超越

    以往局限于线粒体DNA和Y染色体上的有限信息，转而拥抱全基因组中

    记录的关于我们所有的祖先的故事，我们已经能够绘制出一幅关于人类

    历程的崭新画卷，在这幅画卷上面，人类演化的足迹历历在目。这本书

    的主题，就是基于人类迁徙和人群融合两大事件，对人类的历史做出解

    释。十万个亚当和夏娃

    1987年，当记者罗杰·勒温(Roger Lewin)将今天所有人的共

    同母系祖先称为“线粒体夏娃”的时候，他唤起了一个新的创世故事

    ——一位女性的创世故事。这位女性就是我们所有人的母系祖先，她一

    个人的后代遍布全世界。

    19 这个名字激发了大众的想象力，不仅公众

    喜闻乐见，很多科学家也使用这个称号。但其实这个名字很具误导性，它会造成一种错误的印象，也就是我们所有的DNA都分毫不差地来自

    两位具体的祖先个体，如果要研究人类的历史，只要追踪由线粒体

    DNA所代表的纯粹母系，以及Y染色体所代表的纯粹父系就可以了。正

    是受到这种可能性的鼓舞，美国国家地理学会于2005年启动了“基因

    地理工程”(Genographic Project)，收集了来自不同人群的近百万

    线粒体DNA和Y染色体的数据。但是，这个工程甚至在它开始之前就已

    经过时了。它在很大程度上只有娱乐意义，几乎不会有任何有意思的科

    学发现。其实，人们已经把线粒体DNA和Y染色体所携带的、与人类历

    史有关的信息挖掘得差不多了，但是别忘了，全基因组中还隐藏着大量

    的更加丰富多彩的故事，正等待着我们去挖掘呢!

    基因组中包含了许多不同的人类祖先的来龙去脉——事关成千上万

    的、独立演化的支系，绝不仅仅是Y染色体和线粒体DNA所记载的两个

    支系。为了理解这一点，人们需要认识到，除了线粒体DNA外，基因

    组并不是来自某一个祖先的连续序列，而是由多个不同祖先的基因组经

    过重新组合而形成的。人体细胞内的46条染色体各自携带着独立的

    DNA长链，它们就像46块瓷砖一样拼接在一起。一个基因组内包括23

    条染色体，每个人从父母那里各自继承了一个基因组，所以染色体数目

    总计是46个。

    但是，染色体本身也是由更小的单元拼接组成的。举例来说，一位

    女子的一个卵细胞在卵巢里的发育过程中发生了染色体的拼接重组，将来自父方和母方的染色体副本混合在一起，结果是卵子中染色体的前

    13来自她的父亲，而后23来自她的母亲。在女性产生卵子的过程

    中，平均会出现约45次新的染色体拼接重组，男性产生精子过程中则

    平均有26次，总计每一代会产生71次。

    20 于是，如果我们从每一代人

    开始回溯的话，一个人的基因组就可以看作是由其祖先们的染色体片段

    拼接形成的。

    这说明，在我们的基因组内有众多祖先留下的遗传成分。每一个人

    的基因组都来自自己携带的47段DNA，也就是来自母亲和父亲的46条

    染色体，再加上线粒体DNA。向前倒推一代，这个数字成了从父母那

    里遗传得到的约118段(47+71)DNA。倒推两代，就变成了从4个祖

    父母那里得来的约189段(47+71+另一个71)DNA。倒推回去十代，就是约757段从祖先那里来的DNA，而这一代祖先个体的总数是1 024

    位，这就意味着有好几百个祖先的DNA并没有被继承下来。倒推二十

    代，祖先个体的数目就要比基因组中留存下来的DNA片段数量多出上

    千倍了。可以确定的是，任何一个人，都无法从他的绝大多数家谱中的

    祖先那里继承哪怕是一点点的DNA(见图4)。图4 绝大多数祖先没有直接对你的DNA做出贡献

    每回溯一代人，祖先的数目就加倍。然而，能对你产生遗传贡献的DNA片段在每一代中只增加大

    约71个。这意味着，如果你追溯到八代或者更多代以上，几乎可以肯定有一些祖先的DNA没有遗

    传给你。追溯到第十五代，某个祖先能直接对你的DNA做出贡献的比例就微乎其微了。

    这样的计算结果表明，如果要给一个人建立家谱的话，从历史记录

    中得到的结果和从实际基因组传承中得到的结果是不一样的。在《圣

    经》和王室编年史中，都记录了很多代“谁生了谁”这样的信息，比如

    诺曼底公爵威廉一世(William of Normandy)在1066年成为英国国

    王，人们相信他是女王伊丽莎白二世(Queen Elizabeth II)的第二十四辈祖先。

    21 但即便家谱是准确的，女王伊丽莎白二世也几乎不可能

    从他身上继承任何DNA。这并不说伊丽莎白二世没有从她的第二十四

    辈祖先那里继承DNA，而是说在这一代总计16 777 216个祖先中，只

    有1 751位对她的DNA产生了贡献。这个比例实在太低了，威廉一世要

    想成为伊丽莎白二世的遗传学意义上的祖先，那得从成千上万条的

    DNA传承路径中脱颖而出才行。即便考虑到英国王室较高的近亲结婚

    比例，这点也是几乎不可能的。

    我们回溯的时间越长，一个人的基因组就被分散到越来越多的祖先

    DNA片段中，涉及的祖先人数也会越来越多。如果追溯到5万年前，我

    们的基因组将会分散到超过10万个祖先的DNA片段上去，这个数字可

    比当时任何一个人群的人口都要多。所以，对于那些生活在遥远过去的

    个体，只要他们的后代数目足够多，我们都可以几乎肯定，现在的每一

    个人都从他们那里继承了部分DNA。

    尽管如此，通过比较基因组序列的方法来获取古代历史信息也有一

    定的局限性。对于基因组里的每一个位置，只要我们往回追溯的时间足

    够悠久，那么一定能碰到一个节点，这个节点就是当今所有个体的共同

    祖先，超过了这个节点我们就无法再获得更久远的信息了。从这个角度

    来看，基因组中的每个位置上的共同祖先就仿佛是天体物理学中的黑

    洞，一旦到了这个节点就没有信息可以从中逃逸了。对线粒体DNA而

    言，这个节点是在16万年前，也就是“线粒体夏娃”生活的时代。而

    对基因组中剩余的部分，绝大多数的黑洞发生在500万年至100万年

    前。所以，分析这些部分的信息，可以让我们追溯到比线粒体DNA所

    能提供的要深远得多的历史。

    22 但是如果再要往回看，那就只有漆黑

    一片了。

    在众多的遗传支系中追踪历史、寻幽探微，这种做法威力无穷。从

    我看来，基因组并不是一个当下之物。我常常抚今思昔，将其看成一幅

    挂毯，上面的每一丝都代表着某一个遗传谱系，每一缕都记录着人类从古至今、代代相传的DNA。通过条分缕析，我们能追溯到遥远的过

    去，越来越多的祖先会现身说法，向我们诉说每一代人类群体的规模和

    组成结构。例如，如果我们说一个非裔美国人拥有80%的西非人血统和

    20%的欧洲人血统，这等于是在昭告天下，大约在500年前，在欧洲殖

    民主义所掀起的人口迁移和融合之前，这个人的祖先中，有80%的部分

    可能住在西非，其余的部分则可能住在欧洲。这样的表述，就像一部电

    影里的静态帧一样，仿佛是在过去的某个时间点上截了一张图。同样，我们也可以说，10万年前，当今非裔美国人这个支系上的祖先们，绝

    大多数都住在非洲。

    我辽阔广大，我包罗万象

    2001年是第一个人类基因组测序完成的年头，也就是说，在这一

    年，人类基因组中绝大部分的字母都被解读出来了。这些序列的70%来

    自一个非裔美国人

    23 ，剩下的则来自其他人。到了2006年，有一些公

    司开始销售新的基因测序机器，将解读DNA字母的成本降低到万分之

    一以下，而且很快又降低到十万分之一以下，这就使得绘制更多的基因

    组图谱变成了一件经济可行的事情。于是，人们终于可以不再局限于基

    因组里少数孤立的位置上，例如线粒体DNA，而是直接比较全基因组

    的信息。这样一来，我们可以重建每一个人基因组里成千上万的遗传路

    线。科学家们研究人类历史的方式彻底改变了。他们可以收集比以前多

    上好几个数量级的数据，以此来检验全基因组所反映的历史与从线粒体

    DNA、Y染色体中挖掘出来的信息是否一致。

    在2011年，李恒和理查德·德宾(Richard Durbin)发表了一篇

    论文，终于将这种想法从纸上谈兵变成了切实可行的成果。他们表明，从一个人的基因组中的确可以挖掘出众多祖先的信息(见图5)。为了

    从DNA中解码出一个人群的发展历史，李恒和德宾利用了这样一个事

    实：任何一个人类个体携带的基因组都不是一个，而是两个，一个来自父亲，一个来自母亲。

    24 所以，通过计算一个人的两个基因组之间差

    异的密度，我们就可以推断这两个基因组在不同位置上的共同祖先所存

    在的时间。把基因组内成千上万的共同祖先按照他们所存在的时间划

    分，李恒和德宾就推导出不同时代的祖先人群的大小。在一个规模较小

    的人群中，两个随机选择的基因组序列来自相同的亲本基因组序列的概

    率还是挺可观的，只要携带这对基因组序列的两个个体正好有同样的父

    母就可以了。然而，如果人群规模比较大，那这种概率就微乎其微了。

    (16)

    所以，只要能找到在什么时间段，基因组很多位置的共同祖先都集

    中分布在此，那就说明那个时候人类的群体规模较小。图5 确定人类遗传学共同祖先出现的时间

    这不禁让我想起了诗人沃尔特·惠特曼(Walt Whitman)，在《我自己的歌》(Song of Myself )中，他写道：“我自相矛盾吗？

    那好吧，我是自相矛盾的，(我辽阔广大，我包罗万象)。”

    (17)

    惠特曼的诗歌恰到好处地演绎了李恒和德宾的努力，似乎早就告诉了我

    们小中蕴大的道理：一个人的基因组内能记录众多祖先的历史，一个人

    身上能承载一个人群的过去。

    李恒和德宾的研究还有一个意想不到的发现——在非洲以外人群和

    非洲人群分离之后，非洲以外人群的规模曾经在较长的一个时期内变得

    很小，其证据是在这个长达几万年的时间段内存在着许多共同祖先。

    25

    这个发现本身并不新鲜，以前人们就知道非洲以外人群历史上发生过一

    次“人群瓶颈事件”(bottleneck event)，也就是历史上人口突然减

    少的事件，当时的少数个体衍生出今天大量的后代。

    但是，在李恒和德宾的研究之前，我们对这一事件的跨度只有一个

    很模糊的认识，而且之前认为该阶段也就是持续了几代人的时间而已，比如说，一小群人越过撒哈拉大沙漠进入了北非，或者从非洲进入了亚

    洲。人们原来曾设想，大约5万年前以后，现代人就开始势如破竹地在

    非洲内外迅猛扩张，而李恒和德宾发现的证据则与此不符，我们祖先的

    人口规模在很长的一段时间里都很小。现代人的历史也许没有这么简

    单，并不是一伙占据优势地位的现代人群体到处无往而不利的故事。

    “我们是谁”没有简单的答案

    在过去的几十年中，技术的飞跃使我们得以重新审视人类生物学，并且更加细致地重建人类历史。借助全基因组之力，那些从线粒体

    DNA中得到的结论，现在看起来就像是寥寥数笔的简笔画。那些在非

    洲和欧亚大陆多个考古遗址观察到的现代人行为的大爆发事件，曾被假

    定为是一两个遗传突变的产物，现在，这种观点已经站不住脚了。

    2016年，我和同事们改造了李恒和德宾的方法

    26 ，并将世界各地的人群和现代人系谱图中最早的一个分支进行了比较。这个分支对现存

    的一个人群有着很大的遗传贡献：非洲南部桑人采猎者的血统中最大的

    那部分就来自该分支。从我们

    27 以及其他人

    28 的研究中都可以看到，桑人和非桑人的分离在大约20万年前开始，并在不晚于10万年前的时

    候完成。其中的证据在于，将桑人和非桑人区分开来的遗传突变的密度

    自始至终都很高，暗示着在过去的10万年里桑人和非桑人的共同祖先

    数目非常少。类似地，我们同样可以证明，来自中非森林的“袖珍

    人”(Pygmy，俾格米人)群体的血统也非常独特。也就是说，这些独

    特的人群都是从极其久远的时代就开始与世隔绝了。之前的假说认为，在欧亚旧石器时代晚期和非洲石器时代晚期之前的很短时间内爆发的独

    特的现代人行为，是由个别的遗传突变导致的。我觉得这个假说与事实

    是矛盾的。假如在这个时间段内，真有这么一个关键性的遗传突变出现

    了，那么到了如今，这个遗传突变的频率在某些人群里，也就是在那个

    突变发生的人群的后代人群里应该非常高，而在其余的人群中应该没有

    或者占比很低。但这样一来就很难自圆其说了，毕竟当今所有的现代人

    都能够掌握概念性语言，也都在按照现代人的方式创新着自己的文化。

    (18)

    关于存在着一个启动了现代人行为的“遗传开关”的想法，还有第

    二个问题。当我们应用李恒和德宾的方法对基因组进行分析的时候，这

    个问题凸显出来了。我们试图在基因组里找到一些特殊的位置，希望在

    这些位置上，所有现代人的基因组的共同祖先都生活在欧亚旧石器时代

    晚期或非洲石器时代晚期之前的那个历史时期。基于以前的研究，FOXP2是最有可能拥有这个“遗传开关”的基因。然而，结果是，对

    FOXP2基因而言，当今全体人类的共同祖先(也就是说，所有现代人

    所共享的FOXP2基因都是从这个祖先开始衍生出来的)生活在大约

    100万年前。

    29

    将此分析扩展到全基因组，我们发现，除了线粒体DNA和Y染色体

    以外，没有任何位置的共同祖先的历史短于32万年。这可比克莱因的假说提到的时间点要早多了。如果克莱因是正确的，那么在除线粒体

    DNA和Y染色体之外的某个基因组位置上，一定要存在那么一个在过去

    10万年内的共同祖先。但我们找不到这个位置。

    我们的结果并没有完全否定存在单个关键性遗传改变的假说。在基

    因组中的确有那么一小部分，由于过于复杂，很难着手，所以并没有被

    包括在我们的研究之中。但是，如果这样的关键基因真的存在的话，那

    么它几乎是已经无处可藏了。基因组革命所揭示的人类这个物种独自进

    行遗传演化及人群分化的时间尺度，远比此前人们基于线粒体DNA和

    其他遗传学数据所得到的结论要长得多。所以，如果我们希望在基因组

    里找到能够解释现代人为什么与众不同的线索，那么极有可能，我们无

    法靠一个或者少数几个遗传突变来回答清楚了。

    21世纪的技术革命之后，基于全基因组的研究方法开始得到应

    用，人们很快就清晰地认识到，自然选择是不可能像克莱因所想象的那

    样，简单地通过少数基因的改变就能够进行的。当第一批全基因组数据

    发布时，包括我自己在内的许多遗传学家都开发了一些方法，用于搜索

    基因组内与自然选择有关的遗传突变。

    30 实际上，当时我们寻找的是

    那些“靠近地面的果子”——受到强烈自然选择的那些突变。这样

    的“果子”有：让成年人能够消化牛奶的突变，使肤色变深或变浅、以

    适应当地气候的突变，能够遗传且抵抗传染性疟疾的突变等。通过科学

    家们的齐心协力，我们已经成功地锁定了这些突变。它们的出现频率从

    低到高的变化非常迅速，导致大量的当代人要么共享一个近期的祖先，要么两个在其他方面很类似的人群在这些突变上的频率差异巨大。总

    之，这样的事件在基因组遗传变异的模式上能留下很深的痕迹，将它们

    检测出来并不是一件太难的事情。

    就在人们以为又找到了一座科研大金矿的时候，莫莉·普热沃尔斯

    基(Molly Przeworski)主导的一项工作给这股热情降了降温。她研

    究的是自然选择对整个基因组产生影响的几种可能模式。2006年，普热沃尔斯基及其同事们指出，针对当代人类的遗传变异所采取的基因组

    扫描方法，会错过大多数自然选择起作用的实例，因为现有的统计学方

    法没有足够的能力去把它们检测出来，这些方法本身对不同类型的自然

    选择也有着不同的检出能力。

    31 2011年，她所领导的一项研究表明，在人类的演化过程中，只有一小部分演化事件才会涉及对新产生的、存

    在适应性优势的遗传突变有强烈针对性的自然选择。

    32 所以，那些容

    易检测到的强烈自然选择事件，例如使成年人获得消化牛奶的能力的自

    然选择现象，实际上只是个特例。

    33

    如果自然选择的主要作用模式不是针对新出现的单个突变加以选

    择，并使其频率在人群里迅速增加，那么它又是什么呢？一项关于人类

    身高的研究给出了重要的提示。2010年，医学遗传学家们对大约18万

    人的身高信息和基因组进行了分析，找到了180个相互独立的、在相对

    较矮的人群中更为常见的遗传变化。也就是说，这些遗传变化，或者与

    它们临近的其他变化会直接降低身高。2012年，第二项研究又表明，在这180个位置，南欧人倾向于携带降低身高的变化，而且这种趋势是

    如此明显，以至于唯一可能的解释就是自然选择——也许就是这个原

    因，使得在南欧人和北欧人的支系分离后，北欧人的身高增加了或者南

    欧人的身高降低了。

    34

    2015年，在我的实验室工作的伊恩·马西森(Iain Mathieson)

    进行了一项古DNA研究，为这个身高的故事又增加了更多的细节。我

    们收集了从230位古欧洲人的骨头和牙齿上得到的DNA信息并加以分

    析，发现这些模式的确反映出自然选择在对遗传突变起作用，而这些遗

    传突变的组合从8 000年前起降低了南欧农民的身高，或者从5 000年

    前起增加了北欧人祖先(那时他们居住在东欧草原上)的身高。

    35 身

    高变化带来的优势一定是增加了他们生存下来的后代的数目，从而使得

    这些遗传变异的频率发生了系统性的变化，直到在一个新的平均身高上

    达到平衡。继人类身高之后，别的科学家们又记录了其他各种受自然选择影响

    的人类复杂性状。2016年的一项研究分析了几千名当代英国人的基因

    组，发现自然选择青睐以下性状：身高更高，头发颜色更淡，眼睛颜色

    更蓝，婴儿头部更大，女性臀部更丰满，男性生长陡增期延迟和女性青

    春发育期延迟。

    36

    这些例子表明，只要发挥全基因组的威力，同时检查基因组里数千

    个独立位置，我们就有可能突破莫莉·普热沃尔斯基所定义的障碍

    ——“普热沃尔斯基上限”(Przeworski's Limit)

    (19)。而且，我们

    当下还有一个独特的优势，我们已经知道了基因组内大量的会导致相似

    生物性状的遗传变异。这些信息来自“全基因组关联分析”(genome-

    wide association studies, GWAS)。自2005年以来，这类研究已经

    收集了超过100万人的各种性状的数据，从而发现了1万多个遗传突

    变，这些突变都跟某一种性状(例如身高)明显相关，它们在拥有这种

    性状的人群里频率明显增加。

    37 GWAS在帮助我们了解人类健康和疾

    病这个方面所起到的作用一直饱受争议，原因是这些筛选出来的特定突

    变实际上只有很小的影响，很难真正用来预测谁会得病、谁不会得病。

    38 然而，GWAS所带来的另一方面的价值往往被忽视了——它为研究人

    类的演化历史提供了强有力的资源。通过利用GWAS检测这些突变的频

    率变化方向是否一致，我们可以获得特定生物学性状受到自然选择的证

    据。

    随着GWAS研究的不断推进，有一些项目开始去寻找与人类的认知

    和行为特征相关的遗传变异。

    39 这些类型的研究，正如此前对身高的

    研究，使我们有可能去探索，在我们祖先身上出现的各种现代人行为，到底是不是由自然选择所驱动的。这也给了我们新的希望，我们或许真

    有可能通过遗传学研究来解答一直困扰着克莱因的谜题——到底是什么

    推动了欧亚旧石器时代晚期和非洲石器时代晚期的人类行为大转折。

    但是，即便自然选择同时对基因组多个位置上的突变产生作用，使得这些遗传变异真的能够带来新的认知能力，这种情况还是和克莱因所

    设想的一个或者少数几个“遗传开关”天差地别。在这种情况下，遗传

    变异并不是现代人行为突然产生的原动力，而只是对外部施加的非遗传

    压力做出反应。同时，一个人群如果对环境无法适应，不会是因为没有

    人携带足以产生新的生物学能力的遗传突变。相反，人类行为大跃进，以及在欧亚旧石器时代晚期或非洲石器时代晚期出现的各种能力所需

    的“遗传配方”，其实并不是那么神秘。那些能够促进现代人行为产生

    的各种突变其实早就已经存在了，为了适应概念性语言的发展或者其他

    环境条件的变化，在自然选择的作用下，这些突变的不同的组合可以一

    起增加频率。这不仅诱发了新行为的诞生，而且还可以进一步促进人类

    生活方式和创新活动的改变，从而形成了一个自我强化的循环。因此，虽然突变的频率增加的确很重要，但是根据我们现在对自然选择的实质

    的认识，以及对众多生物学性状的遗传基础的了解，我们还是会得到这

    样一个结论：遗传突变的首次出现，基本上不可能引发巨大变化。假如

    我们一定要在非洲石器时代晚期和欧亚旧石器时代晚期过渡阶段之前突

    然出现的少数突变中去寻找“我们是谁”的答案，那么我们注定是要无

    功而返的。

    率先以基因组来研究人类演化的科学家是分子生物学家。这也许是

    因为他们的专业背景，以及他们在使用还原论的方法解决诸如遗传密码

    之类的生命奥秘问题上已经是驾轻就熟了。分子生物学家们希望遗传学

    能够帮助我们理解人类和其他动物的不同之处。考古学家们和普罗大众

    对此也是兴趣盎然。但是，这项重要的研究工作仍然只是处于起步阶

    段，因为答案并不会简单。

    有意思的是，基因组革命迄今为止取得的巨大成就是帮助我们了解

    人类迁徙的历史，而不是发生在分子生物学家一开始追求的领域——解

    释人类独特性状的遗传学基础。在过去的几年里，基因组革命，而且是

    经过古DNA“涡轮增压”的基因组革命，已经向我们展示了各个人群

    是如何以一种前所未料的方式联系在一起的。各种故事还在层出不穷地涌现出来，而这些故事与我们在孩提时代所学到的、从民间传说中所听

    到的，都完全不一样，其中充满了种种令人啧啧称奇之处：不同人群之

    间的大融合，大范围的人群替代和扩张，史前时期的人群划分与今天大

    不一样。人类大家庭如何开枝散叶，又如何脉脉相通，都将在这些前所

    未闻、意料之外的故事中一一铺陈开来。不期而遇

    今天，所有的人类个体都只属于一个特定的亚种——现代人。在这

    个星球上，我们是孤独的。我们曾经战胜，甚至是消灭了其他的人类亚

    种。现代人扩张的时间基本上不早于5万年前，从那时起，现代人就开

    始席卷欧亚大陆，同时，在非洲大陆上也出现了人类大规模的流动。时

    至今日，现存的、跟我们血缘关系最近的亲戚是非洲猿类：黑猩猩、倭

    黑猩猩和大猩猩。然而它们都还不能制作复杂工具或者使用概念性语

    言。但是，一直到大约4万年前，世界上还生活着多种古老型人类的群

    体，生理上他们与我们相差甚大，但已经能够直立行走，也具备了很多

    现代人的能力。这些古老型人类和我们到底有什么关系？要回答这个问

    题，考古学记录已经是江郎才尽，而DNA记录正好能够大展身手。

    在尼安德特人身上，这个问题显得更加急迫一些。大约4万年前以

    后，欧洲被一群大个头统治着，他们的脑容量比现代人的平均水平还稍

    微大一些。1856年，一群矿工在德国尼安德山谷(Neander Valley)

    的一个石灰石采石场发现了他们的化石，尼安德特人(Neanderthal，德语中“Thal”或“Tal”的意思就是“山谷”)也从此得名。多年

    来，围绕着尼安德特人发生了无休无止的争论：这些残骸，到底是来自

    一个发育畸形的现代人，一位现代人的祖先，还是属于一支早已远离现

    代人的支系？实际上，尼安德特人是第一种被科学认可的古老型人类。

    在1871年出版的《人类的由来》(The Descent of Man )一书中，达尔文认为，人类和其他动物一样，都是演化的产物。

    1 尽管达尔文自

    己没有意识到他们的重要性，但最终，尼安德特人还是被承认是一个与

    现代人关系更密切，而不是与现存的猿类血缘更近的人类亚种。这有力

    地支持了达尔文关于过去一定存在着这样的种群的理论。

    (20)

    在接下来的一个半世纪里，人们发现了越来越多的尼安德特人骸骨。研究表明，尼安德特人是在欧洲由更古老的人类演化而来的。在大

    众的观念中，他们还得到了一个野蛮、残忍的名声，但实际上，他们与

    我们的差异并没有那么大。这个原始人的名声，很大程度上来自1911

    年对法国圣沙拜尔(La Chapelle-aux-Saints)出土的尼安德特人骸

    骨所进行的一次漫不经心的重建工作。

    (21)

    但是，从我们所有的证据来

    看，在大约10万年前，尼安德特人的行为其实和我们的直接祖先一样

    复杂，而这些祖先已经是解剖学意义上的现代人了。

    不管是尼安德特人，还是解剖学意义上的现代人，都使用一种被称

    之为“勒瓦娄哇”(Levallois)的技法来打造石器。这种技法需要相当

    高的认知技巧和肢体灵活性，跟在约5万年前以后欧亚旧石器时代晚期

    和非洲石器时代晚期中涌现出来的工具制造技术不相上下。使用这种技

    法时，先要精心打理石核，再将石片敲下来，最后得到的工具跟原先的

    石核相比已经焕然一新，所以工匠们必须事先在脑海中构想好成品的形

    状，然后严格地执行每一个复杂的步骤，才能把工具制造出来。

    还有一些其他可以证明尼安德特人拥有复杂认知能力的证据，例如

    他们对病人和老人有意识的照顾。从伊拉克的沙尼达尔洞穴

    (Shanidar Cave)挖掘出来的9具骸骨有着刻意墓葬的痕迹，而且其

    中一具属于一位半盲、手臂萎缩的老人，这说明他在生前应该受到了朋

    友和家人的精心照顾，否则他不可能一直存活下来。

    2 尼安德特人也具

    备了某种符号表达的能力。例如，在克罗地亚的克拉皮纳洞穴

    (Krapina Cave)中，人们发现了用鹰爪制成的饰品，而这些饰品可

    以追溯到13万年前。

    3 还有，在法国的布吕尼屈厄洞穴(Bruniquel

    Cave)深处所发现的石圈建筑，更是可以追溯到18万年前。

    4

    尽管有如此多的相似性，尼安德特人和现代人之间还是有着很大差

    别的。一篇写于20世纪50年代的文章称，把一个尼安德特人扔到纽约

    地铁上也没人会注意。“只要给他洗澡、刮胡子，再穿上现代人的衣服

    就行了!”

    5 但实际上，尼安德特人突出的前额、浑身的肌肉还是会出卖他的。他们与当代人的差异，可比当代人之间的区别要明显得多。

    尼安德特人和现代人邂逅的场景也让许多小说家浮想联翩。诺贝尔

    文学奖获得者威廉·戈尔丁(William Golding)于1955年发表了

    《继承人》(The Inheritors )，其中就描述了一群尼安德特人被现

    代人所杀，后者又抚养了尼安德特人遗孤的故事。

    6 美国作家琼·奥尔

    (Jean Auel)1980年发表的《爱拉与洞熊族》(The Clan of the

    Cave Bear )，则讲述了一个现代女孩被尼安德特人抚养长大的故

    事。这本书的奇妙之处在于，将两个同样复杂的人类种群之间的密切关

    系以一种戏剧化的方式体现出来，彼此之间那种既相似、又陌生的关系

    一览无余。

    7

    有很多科学证据证明现代人和尼安德特人曾经相遇过。最直接的证

    据来自西欧，那里的尼安德特人在大概39 000年前就消失了。

    8 现代

    人到达西欧应该至少是在此前几千年发生的事情，意大利南部富马内洞

    穴(Fumane Cave)内的发现可以证明这一点，在那里，约44 000年

    前，具备尼安德特人特征的工具已经让位给了典型的现代人使用的工

    具。在欧洲西南部，人们在一批尼安德特人的骸骨中发现了具备现代人

    特征的工具，考古学家们称其具有查特佩戎风格

    (Chatelperronian)，而这些工具可以追溯到44 000年到39 000年

    前。有些人认为，尼安德特人是在模仿现代人的工具制作工艺，或者是

    两拨人在互相交换工具或原材料。还有一些考古学家持不同意见。总

    之，人们至今还在为这些查特佩戎风格的人造物到底出自谁手而争论不

    休。

    9

    我们几乎可以肯定，除了欧洲，尼安德特人和现代人在近东地区也

    相遇过。如图6所示，大约7万年前以后，一支强大的尼安德特人从欧

    洲出发，一路所向披靡冲到了中亚的阿尔泰山脉区域，并从那里进入了

    近东地区。而当时的近东地区都是现代人的地盘，从以色列迦密山的斯

    虎尔洞穴(Skhul Cave)、以色列下加利利地区的卡夫扎洞穴(Qafzeh Cave)挖掘出来的13万年到10万年前的现代人遗骸就证明

    了这一点。

    10 后来，尼安德特人进入了近东地区，并在迦密山的卡巴

    拉洞穴(Kebara Cave)中留下了他们的痕迹：一具60 000年到48

    000年前的骸骨。

    11

    图6 尼安德特人和现代人的往来

    大约从40万年前起，尼安德特人就一直统治着欧亚西部，统治范围向东一直延伸到阿尔泰山

    脉。在至少12万年前，现代人就曾涌入过尼安德特人的势力范围，但尼安德特人顶住了。然

    后，从6万年前起，现代人开始第二次从非洲进入欧亚大陆。这一次，没过多久，尼安德特人就销声匿迹了。

    我们别以为现代人每次都把尼安德特人打得落花流水，其实一开始

    是尼安德特人气势汹汹地走出欧洲，而现代人节节败退。然而，到了6

    万年前以后的某段时期，现代人开始在近东地区大行其道。这次轮到尼

    安德特人时运不济了，他们不仅在近东地区而且最终在欧亚大陆的所有

    地方都绝迹了。因此，在近东地区至少有两次尼安德特人和现代人的正

    面交锋：第一次是在大约10万年前或者更早，早期现代人首次聚集于

    此并形成了一个种群，与扩张至此的尼安德特人撞了个正着。第二次是

    在6万年到5万年前之间的某个时间里，现代人卷土重来，终于将尼安

    德特人驱逐殆尽。

    那么，这两个种群之间是否存在混血呢？尼安德特人是否是某些当

    代人类个体的直接祖先呢？固然，从骸骨上可以找到一些混血的证据。

    埃里克·特林考斯(Erik Trinkaus)从罗马尼亚的骨头洞穴(Oase

    Cave)中鉴定出了若干他认为是介于现代人和尼安德特人之间的骸

    骨。

    12 然而有时候，骨骼特征相同，只能反映他们遇到的外部环境压

    力相同，并不一定意味着两者拥有共同祖先。这也就是为什么考古记录

    和骨骼记录都不能百分百地确定尼安德特人和我们的关系。于是，基因

    组研究又要大放异彩了。

    尼安德特人的DNA

    早期研究古DNA的科学家们几乎都将注意力放在了线粒体DNA

    上，这有两个原因。首先，每个细胞中都有大约1 000个线粒体DNA的

    副本，而基因组其余部分大多只有两个副本，所以，提取线粒体DNA

    的成功率更高。其次，线粒体DNA的信息密度高：对于给定数量的

    DNA字母，与基因组内的大多数其他位置相比，线粒体DNA的差异性

    更大。只要DNA字母能被正确地解析出来，那么与其他位置相比，通过线粒体DNA对遗传学上的分离时间进行测量的精度就能更高。通过

    线粒体DNA数据，人们确定了尼安德特人和现代人共同母系祖先的时

    间，这一时间比原来预想的要早

    13 ——目前最好的估计是47万到36万

    年前

    14 。线粒体DNA分析也证实了尼安德特人非常独特。他们的DNA

    类型远远落在当代人类基因的变异范围之外，而尼安德特人和我们的共

    同祖先所生活的时代，比“线粒体夏娃”要久远好几倍。

    15

    尼安德特人的线粒体DNA是无法证实他们与现代人相遇的时候是

    否发生了混血的，但同时也无法排除他们对当今非洲以外人群贡献了高

    达25%

    (22)

    的血缘的可能性。

    16 谈到这点，我们之所以无法仅依靠线

    粒体DNA下断言，背后是有原因的。毕竟当时只有一个或者几个女子

    能够有幸将其线粒体DNA一直传承到现在，就算是当今非洲以外现代

    人的确携带着足够多的尼安德特人血统，如果当时的那几个女子都属于

    现代人，那么今天我们看到的线粒体模式也是说得通的。

    (23)

    所以，仅

    依靠线粒体DNA数据是无法下确定性的结论的，然而科学界的正统观

    点还是认为尼安德特人和现代人从未发生过混血。这种正统观点一直占

    据主导地位，直到斯万特·帕博的团队从尼安德特人身上提取到了全基

    因组DNA。有了全基因组的数据，我们终于可以研究尼安德特人全部

    祖先的历史了，而不仅仅是少数母系祖先的过去。

    在尼安德特人的线粒体DNA序列被解读后的十年里，古DNA技术

    在效率上取得了巨大提升，使得我们对尼安德特人的全基因组测序成为

    可能。

    2010年以前，古DNA研究的主要手段是一种被称为聚合酶链反应

    (polymerase chain reaction, PCR)的技术。这个技术需要先选择

    一段DNA作为目标，然后合成大约20个字母长的DNA片段，使之与目

    标片段两侧的基因组序列相匹配。通过这些片段可以挑出基因组特定的

    目标部分，再通过酶的作用对目标部分大量复制。结果就是样品中的一

    小段目标DNA片段被提取出来，并通过复制形成了大量的相同目标序列。这种方法抛弃了大多数DNA(非目标部分)，但无论如何，它提

    取出了一些我们感兴趣的DNA。

    新方法则完全不同，它所依赖的是对样品中的全部DNA进行测

    序，而不管其来自基因组的哪个部分，也不用根据目标序列预先选择

    DNA。它充分利用了新测序设备的强大能力——从2006年到2010年

    间，此项能力至少将测序的成本降低至万分之一。之后，再利用计算机

    对数据进行处理，将一个基因组的大部分拼接出来，或者从中挑出一个

    感兴趣的基因。

    帕博的团队克服了多项困难才将此项技术付诸实用。首先，他们需

    要找到一根可以提取出足够多DNA的骨头。人类学家经常与化石打交

    道，所谓化石，也就是完全矿化的骨头。但是，从真正的化石中是得不

    到任何DNA的。因此，帕博寻找的是没有完全矿化仍保留着有机物质

    的骨头，只有这样的骨头中才有可能保存着完好的DNA片段。其次，假设他们可以找到保存着完好DNA的“完美样本”，他们还要解决微

    生物DNA对样本的污染问题。一个个体死亡后，侵入骨骼的细菌、真

    菌等都可以造成这种污染。实际上在古样本中的大部分DNA都来自于

    此。最后，他们还要考虑研究人员，也就是考古学家或者分子生物学家

    们本身带来污染的可能性，这些研究人员在处理样品和化学试剂的过程

    中，都有可能在这些物品上留下自己的DNA。

    污染是研究古人类DNA的大敌。污染带来的基因序列会误导分析

    人员，因为处理骨头的现代人个体和被测序的个体之间即便亲缘关系极

    其遥远，也是相关的。要知道，在一个保存完好的样本中，尼安德特人

    的古DNA片段一般也就是40个字母长，而现代人和尼安德特人之间的

    差异是大约600个字母中有1个不同，所以有时的确无法判断一段特定

    的DNA片段到底是来自骨头还是来自操作人员。污染，屡次让研究人

    员头疼不已。例如，2006年，在全基因测序开始前，帕博的团队先做

    了个试验，尝试着对尼安德特人的约100万个DNA字母进行了测序。

    17结果发现，序列中有很高的比例其实是来自现代人的污染物，严重影响

    了研究人员对数据的正确解读。

    18

    为了将污染对古DNA分析的影响降至最低，研究人员自2006年开

    始就采取了很多现代化的措施，而且这些措施越来越精细，包括一系列

    强制性预防措施。帕博和他的团队在2010年成功地测序了一个未受污

    染的尼安德特人基因组。在这次测序中，他们借鉴了微芯片制造中使用

    的洁净空间工艺，建立了“洁净室”，并将每一块筛选出来的骨头都放

    入其中。房间顶部的紫外线灯和外科手术室中使用的是同一类型，只要

    房间内没人，灯就会打开，将污染的DNA转化为无法测序的形式。紫

    外线同时也会破坏样本外部的古DNA，但研究人员可以在样本上钻

    孔，以此来获取未被破坏的DNA。任何微小的灰尘，也就是任何超过

    一根头发宽度的千分之一的东西，都可能含有DNA，所以空气也都是

    被严格过滤的。同时，房间内经过加压后，空气只能从内向外流动，这

    样一来，实验室外的DNA就不会飘逸进来污染样本了。

    整套设施中有3个独立的房间。在第一个房间中，研究人员要穿上

    连身的工作服，戴上手套和面罩。进入第二个房间后，他们将用于取样

    的骨头放置到一个容器内，并将其暴露于高能紫外线辐射之下。同样，这么做的目的是将污染DNA转化为无法测序的形式。然后，研究人员

    使用无菌的牙科钻头在骨头上穿孔，将产生的数十或数百毫克的粉末收

    集起来，放在经紫外线照射过的铝箔上，最后再将这些粉末倾倒入紫外

    线照射过的试管里。在第三个房间中，他们将粉末投入化学溶液内以去

    除矿物质和蛋白质，然后再将溶液通过纯二氧化硅砂砾，这些砂砾在合

    适的条件下会把DNA留下来，而让其他杂物通过。这些杂物如果不去

    除的话，会对测序所需要的化学反应产生毒害作用。

    至此，研究人员就可以将得到的DNA片段转化为可以测序的形式

    了。首先，他们利用化学方法，将在地下埋藏了数万年、已经降解的

    DNA片段上破裂的两端去除。为了进一步去除污染影响，帕博和他的团队在DNA片段的两端附加上了一个人工合成的字母序列，也就是一

    个化学“条形码”。那么，在打上化学条形码后，任何进入实验过程的

    污染序列，都可以与古样本的DNA区分开来。最后一步，则是将分子

    适配器附着在DNA片段的任一端，然后就可以在某一台新仪器里进行

    测序了。就是这种新仪器，使得测序工作的成本降至以前的几万分之

    一。

    保存最完好的尼安德特人样本出自克罗地亚高原地区的凡迪亚洞穴

    (Vindija Cave)，这是3块有着近4万年历史的上肢和下肢骨骼。经

    测序后，帕博的团队发现，他们所获得的绝大部分DNA片段都来自已

    经定植在骨骼上的细菌和真菌。不过，在将数百万个DNA片段与当代

    人类及黑猩猩的基因组序列(作为参考基因组)进行比较之后，他们终

    于挖出了“金子”。这些参考基因组就像是拼图游戏盒上的图片，可以

    帮助他们将DNA的微小片段对齐。最终人们发现，这些骨骼中含有约

    4%的古老型人类的DNA。

    在2007年，帕博意识到我们已经能够对尼安德特人的几乎整个基

    因组进行测序了，于是他组建了一个由专家组成的国际团队，希望分析

    的专家能够充分地利用这难得的数据。我，以及我的首席合作伙伴——

    应用数学家尼克·帕特森(Nick Patterson)，就是在这个时候参与进

    来的。帕博之所以邀请我们参与，是因为在过去的5年里，我们已经成

    为研究人类群体融合的革新者。我曾多次前往德国，在证实尼安德特人

    和部分现代人之间存在混血现象的过程中，发挥了重要作用。

    尼安德特人和非洲以外人群的密切关系

    不幸的是，我们所分析的尼安德特人基因组序列充满了错误。之所

    以这么说，是因为单纯从数据的角度来看，在尼安德特人和现代人从两

    者的共同祖先分离后，尼安德特人支系上发生的突变居然是现代人支系的好几倍!大部分尼安德特人支系上的突变一定是假的。遗传突变发生

    的速率基本是恒定的，而尼安德特人的骸骨历史这么久远，比起当代

    人，他们离共同祖先的时间更近，所以他们积累的突变数目应该更少才

    对。根据这种“突变”过度发生的程度，我们估计在尼安德特人的基因

    组序列上，每200个DNA字母中就有一个错误，也就是错误率高达

    0.5%。这个差异看起来似乎很小，但它仍然比尼安德特人和当代人基

    因组之间真正的差异密度要高多了，所以，大多数我们所发现的遗传差

    异是由测量过程的误差所导致的，而不是真实情况。为了解决这个问

    题，我们将研究限制在那些已知在当代人类个体之间存在着差异的基因

    组位置上，而在这些位置上，0.5%的错误率并不会对分析结果产生干

    扰。正是在这些位置上，我们设计了一套数学检验方法，并借此测量尼

    安德特人到底跟哪些当代人的血缘关系更近一些。

    我们开发的这种检验方法现在被称为“四群体检验”(Four

    Population Test)，而且已经被广泛地应用到了不同群体的比较工作

    中(见图7)。该测试以4个基因组同一位置上的DNA字母作为输入：

    例如，两个现代人的基因组、尼安德特人的基因组、黑猩猩的基因组。

    在某些位置上，如果存在着一个突变，它既能将两个现代人的基因组区

    分开来，又存在于尼安德特人的基因组上，那么这种突变一定是在尼安

    德特人和现代人最终分离之前产生的。我们开发的测试方法会去检查尼

    安德特人与这两个现代人的匹配率是否不同。如果这两个现代人是同一

    个共同祖先种群的后裔，而且这个共同祖先与尼安德特人的祖先早已分

    离，那么这个突变就没有理由只在其中的一个现代人身上传承下来，于

    是，尼安德特人分别跟两个现代人的基因组之间的匹配率也应该是一样

    的。相反，如果尼安德特人只跟其中一个现代人的祖先发生过混血，那

    么，这个现代人就应该与尼安德特人共享更多的突变。图7 四群体检验

    我们可以通过“四群体检验”来测试两个群体与其共同祖先的关系。例如，与黑猩猩相比，尼

    安德特人的祖先曾发生一个突变，即上图中字母T。而尼安德特人与欧洲人所共享的突变数目，比与非洲人所共享的突变数目要多9%。这说明在历史上，尼安德特人曾与欧洲人的祖先发生过

    混血。

    在我们检验了多个当代人类群体后，我们发现，尼安德特人与欧洲

    人、东亚人和新几内亚人的血缘亲疏程度都差不多，但与所有非洲以外

    人群的血缘关系都比所有撒哈拉以南非洲人要更亲近些，后者包括相差

    很大的西非人、非洲南部的桑人采猎者等。差异并不大，但这种差异只

    是一种偶然事件的概率比11015 还要低。这就是数据告诉我们的结

    论。假如尼安德特人曾经与非洲以外人群的祖先发生过混血，而与非洲

    人的祖先没有产生过什么瓜葛，那么这种结论也就在预期之中了。

    从将信将疑到确信无疑当时我们对此结论持着怀疑的态度。原因很简单，这跟当时科学界

    的共识相抵触，而这种共识对我们团队中的很多人来说，早已成了根深

    蒂固的理念。早在1987年，帕博在实验室里开展博士后工作时，就发

    现在人类线粒体DNA系谱图上最深的分支都来自非洲，这有力地支持

    了现代人的非洲起源说。1997年，帕博的另一项研究表明，尼安德特

    人的线粒体DNA远远超出了所有现代人的差异范围，这再次加强了现

    代人全部起源于非洲的证据。

    19

    我在一开始加入尼安德特人基因组项目时，也是强烈反对尼安德特

    人与现代人混血的可能性的。我的博士生导师是大卫·戈尔茨坦，而他

    的导师是卡瓦利-斯福扎，卡瓦利-斯福扎曾构建过一个以完全的“走

    出非洲”为核心的人类演化模型，所以我对这个模型深信不疑。我所了

    解的遗传学数据都和“走出非洲”模型吻合得天衣无缝，所以在我看

    来，最严格的“走出非洲”假说，也就是那个不给尼安德特人和现代人

    的混血留下任何一点位置的版本，才是一个好的选择。

    正因为这个背景，我们对所发现的尼安德特人与现代人混血的证据

    深表怀疑，因此我们采用了一系列异常严格的测试，来找出这些证据中

    的问题。我们怀疑结果可能依赖于采用的基因测序技术，但我们从两种

    完全不同的技术所得到的答案是完全一致的。我们又认为这也许是古

    DNA测序中的高错误率所造成的假象，特别是我们已经知道某些特定

    的DNA字母更容易受到影响。然而，无论我们分析的是什么突变类

    型，结果都一样。我们又怀疑尼安德特人的样本是不是被当代人给污染

    了。尽管帕博的团队已经在实验室里采取了相应的措施，尽管我们已经

    对数据进行了检验以测量现代人DNA污染的程度，而且检验结果表明

    就算污染存在的话，也是非常小的，根本不可能导致我们所观察到的结

    果，我们依然无法放心、依然怀疑这可能是当代人DNA污染的结果。

    但是，即便真的存在当代人的污染，结果也不应该是现在这个样子。如

    果有污染的话，那么它更可能来自欧洲人，因为几乎所有尼安德特人的

    骨头都是由欧洲人挖掘、处理的。但是，我们所看到的尼安德特人的基因组序列与欧洲人、东亚人、新几内亚人的接近程度都差不多——这可

    是3种截然不同的人群。

    半信半疑的我们继续寻找是否还有什么没想到的因素可以解释我们

    的发现。2009年6月，我参加了一场在密歇根大学举办的会议，在那里

    我碰到了拉斯马斯·尼尔森(Rasmus Nielsen)，他一直在对来自世

    界各地不同人群的基因组进行全面的研究。在基因组的大多数区域，非

    洲人的遗传多样性都比非洲以外的人群高，而且在人类系谱图中最早分

    化出来的支系都在非洲，这些模式就跟从线粒体DNA上看到的是一样

    的。但是，尼尔森也发现了，在基因组上的少数几个位置上，非洲以外

    人群的遗传多样性比非洲人要更高，这是因为在这些位置上有一些只存

    在于非洲以外人群中的序列。这些序列很可能就是来自与非洲以外人群

    发生过混血的古老型人类。后来，尼尔森与我们一起合作，将他与同事

    发现的12个特定的基因组区域与我们的尼安德特人基因组数据进行比

    较。他发现，其中有10个与尼安德特人的基因组序列高度相似。这么

    高的比例绝不是偶然事件，说明尼尔森所找到的高度分化的DNA序列

    基本上就是源自尼安德特人。

    接下来，我们要知道与尼安德特人有关的遗传物质是在什么时候进

    入非洲以外人群的。为了达到这个目的，我们需要利用染色体自然存在

    的重组过程(见图8)。重组过程是指，在人类的精子或卵子的产生过

    程中，两个亲本DNA发生较大片段的交换，从而产生了新的拼接而成

    的染色体，并将其遗传到下一代。例如，假设一位女子是尼安德特人母

    亲和现代人父亲的第一代后代，那么在她的体细胞里，每一对染色体都

    包含一条完整的尼安德特人染色体和一条完整的现代人染色体。但是，因为卵细胞生成过程中存在着重组，她的卵细胞内则包含有23条混合

    染色体，卵细胞里的每一条染色体都有可能是前半段来自尼安德特人母

    亲，后半段来自现代人父亲。假设她与现代人再次混血，而且这种混血

    一代一代持续发生下去，在这个过程中，重组会像食物处理机里的旋转

    刀片一样，在每一代人的体内随机地切割着亲本DNA，多代以后，尼安德特人的DNA就会被切割成了越来越小的片段。通过测量当代人身

    上与尼安德特人有关的DNA片段的典型长度，我们就可以得知，从尼

    安德特人的DNA进入现代人的祖先体内起，时间已经流逝了多少代。

    (至于该典型长度，可以从当代人基因组中，与撒哈拉以南非洲人相

    比，更接近尼安德特人的序列长度得出。)

    图8 利用染色体重组判断混血发生时间当一个人产生精子或卵子的时候，他或她所携带的23对染色体中，每一对都只能向后代遗传其

    中的一条。而这条染色体本身也是从其父母那里继承来的染色体的拼接版本。这意味着，混血

    次数越多，现代人基因组上源自尼安德特人的DNA片段的长度就越短。图中是12号染色体的实际

    数据。

    采用这种方法，我们发现在86 000年到37 000年前，至少有部分

    尼安德特人的遗传物质流入了当今非洲以外人群身上。

    20 此后，通过

    对一具来自西伯利亚的现代人进行的古DNA分析，我们进一步修正了

    这个时间段。放射性碳定年法

    (24)

    表明这个现代人生活在45 000年前，而在他体内存在的、源自尼安德特人的DNA片段，比在当代人类身上

    发现的、源自尼安德特人的片段平均要长7倍，说明这个西伯利亚人生

    存的年代距离混血发生的时间要近得多，从而把混血发生的时间段精确

    定位到54 000年到49 000年前。

    21

    但一直到2012年，我们还是无法证明这种混血指向的就是尼安德

    特人。其中最严厉的质疑声来自格雷厄姆·库普(Graham Coop)，他不是不相信我们检测出了现代人和古老型人类之间的混血，而是指

    出，这种混血也许不是发生在尼安德特人身上。

    22 相反，也许存在某

    种未知的古老型人类，而且他们恰巧是尼安德特人的远亲。

    一年之后，我们终于有办法可以将库普提出的这种可能性排除在外

    了。帕博的实验室从南西伯利亚的一段足趾骨头上，提取出了高质量的

    尼安德特人基因组序列，年代是至少5万年前(如果一份样本的年代久

    于5万年，放射性碳定年法只能提供一个最近年代，所以其实际历史很

    可能比5万年要久远很多)。

    23 在这个基因组序列上，我们可以收集到

    比克罗地亚尼安德特人多将近40倍的数据。只要有足够的数据量，我

    们就可以对序列进行交叉检验并修正错误。最终得到的序列错误率比大

    多数从当代人身上得到的基因组序列都要低。如此高的质量使得我们更

    有条件基于突变的数目来判定尼安德特人与现代人的亲缘关系。我们发

    现，西伯利亚尼安德特人在过去的50万年内，与如今的撒哈拉以南非

    洲人之间几乎找不到任何共同祖先，然而，与非洲以外人群之间则能找到在过去大概10万年内的共同祖先。这个年代恰好与尼安德特人在欧

    亚西部定居的时间吻合。这就证明了混血的确发生在尼安德特人身上，而不是他们的远亲之类的群体。

    融合于近东

    那么，在今天非洲以外人群身上，到底有多少尼安德特人的血统

    呢？我们发现，当今非洲以外人群的基因组中，大概有1.5%～2.1%源

    自尼安德特人

    24 ，东亚人身上多一些，而欧洲人身上却少一些，尽管

    实际上欧洲是尼安德特人的老家

    25 。之所以如此，我们现在知道至少

    一部分原因是遗传稀释。从生活在约9 000年前的欧洲人身上的古DNA

    中发现，在农业社会前，欧洲人身上的尼安德特人血统所占比例和今天

    的东亚人是一样的。

    26 当代欧洲人身上尼安德特人的血统占比有所减

    少，这主要是因为在当代欧洲人的血统之中，还有一部分来自另一个祖

    先群体，而在与尼安德特人混血之前，这个群体就已经与其他的所有非

    洲以外人群分离了(从古DNA中已经发现了这个早期分离出去的群

    体，在本书的第二部分里我会讲述他们的故事)。源自这个祖先群体的

    农民在欧洲扩散后，就把来自尼安德特人的血统给稀释掉了，但这种扩

    散和稀释在东亚没有发生过。

    27

    如果仅看考古学证据的话，尼安德特人与现代欧洲人的混血似乎也

    是一件水到渠成的事情，毕竟欧洲是尼安德特人的发源地。但混血是不

    是主要发生在欧洲呢？遗传学数据就无法告诉我们准确答案了。遗传学

    数据可以反映人与人之间的亲缘关系，但考虑到人类即便是靠步行也有

    可能在一生中辗转数千公里，所以我们不能根据携带某些DNA的当代

    人住在哪里，就得出结论说历史上的某些遗传事件发生在哪里。如果说

    过去几年的古DNA研究揭示了些什么，那么最确定无疑的就是，当代

    人类生活的地理分布往往与其祖先的居住地南辕北辙。不过，这不能阻止我们对混血在地理上的起源做出一些合理的猜

    测。目前，在欧洲、东亚、新几内亚都发现了混血的证据，而欧洲在某

    种意义上是欧亚大陆的一个死胡同，现代人向东扩张的过程中不大可能

    绕道欧洲。于是，又回到了那个问题，尼安德特人和现代人是在哪里邂

    逅、融合，从而产生了一个人群，并随后向欧洲、东亚和新几内亚扩张

    的呢？考古学家们已经证明，在近东地区，13万年到5万年前的时间

    里，至少有过两次此消彼长的现象，尼安德特人和现代人互相交换了主

    导的地位。人们会很自然地猜想，也就是在这个阶段两者相遇了。这么

    一来，对于欧洲人和东亚人所共享的那部分尼安德特人血统，也就有了

    一个合理的解释。

    那么混血有没有在欧洲发生过呢？2014年，帕博的团队对罗马尼

    亚骨头洞穴中发现的骸骨进行了DNA测序。埃里克·特林考斯曾经根

    据其头骨与尼安德特人和现代人都相似的特性，将其解读为两者的混

    种。

    28 放射性碳定年法证实这具骸骨来自大约4万年前，而我们的数据

    分析则表明，这个骨头洞穴个体

    (25)

    拥有6%～9%的尼安德特人血统，远高于我们在当代非洲以外人群身上发现的2%。

    29 在这个个体身上，我们发现某些尼安德特人的DNA片段能够占到他的染色体长度的13

    ——长度很长而且还没有被重组打断，基于此，我们可以非常有把握地

    判断，如果在他的家族系谱中向前追溯的话，六代之内必定有一个真正

    的尼安德特人祖先。而且这种结果不是由污染造成的，因为假如有污染

    存在的话，尼安德特人的血统比例会被稀释而不是增加。同时，污染会

    导致与尼安德特人的匹配位置是在基因组里随机出现的，而不会像现在

    这样成片成片出现。只要找出哪些突变与尼安德特人而非与现代人更相

    近，并沿着基因组序列将这些突变的位置打印出来，我们用肉眼就可以

    识别出大块的尼安德特人DNA片段。有图有真相，混血的证据一目了

    然，甚至不需要什么统计学手段来证明了。

    这就说明了尼安德特人在他们的老家欧洲也曾与现代人发生过混

    血。但是，骨头洞穴个体所属的那个人群，也就是这个带有明显的欧洲尼安德特人印记的人群，似乎并未在当代人类中留下任何后代。我们也

    没有发现这个个体与欧洲人的亲缘关系比东亚人更近的迹象。这又说明

    了什么呢？骨头洞穴个体属于一个在演化上走进了死胡同的人群，也就

    是说，他们是现代人，早期曾作为先锋队抵达欧洲，与当地的尼安德特

    人发生了混血，却在昙花一现后黯然消失。诚然，骨头洞穴个体有力地

    证明了尼安德特人和现代人在欧洲也曾混血过，但证明不了今天的非洲

    以外人群身上的尼安德特人血统来自欧洲。目前为止，非洲以外人群身

    上的尼安德特人血统最有可能的来源还是：近东地区的尼安德特人。

    同时，根据与第一批抵达欧洲的现代人有关的考古学记录，也可以

    证明骨头洞穴个体所属的人群早就陷入了绝境。例如，他们制作的石器

    虽然五花八门，却毫无例外地与他们自己一样，存在了几千年后就突然

    消失了。然而，有一种被称为“原奥瑞纳文

    化”(Protoaurignacian)的风格一直延续到了39 000年前，据信这

    种文化源自近东地区的早期阿玛利安文化(Ahmarian)，并很可能演

    变成了奥瑞纳文化(Aurignacian)，也就是第一种广泛分布在欧洲的

    现代人文化。

    30 如果奥瑞纳工具的制作工艺并非来自骨头洞穴个体所

    属的本地早期现代人群，而是来自从欧洲以外迁徙而来的人群，这一切

    也就显得合情合理了。同时，这也可以解释为什么尽管骨头洞穴个体所

    属的人群与本地的尼安德特人混血程度那么高，但时至今日，当代欧洲

    人身上留下的尼安德特人血统却不是从欧洲来的。

    自然选择在抹除尼安德特人血统

    混血种的生育能力较低，可能也会降低尼安德特人血统在当代人身

    上所占的比例。这种可能性最早由劳伦特·埃克斯科菲耶(Laurent

    Excoffier)提出。他从动植物的相关研究中了解到，当一个种群迁移

    到一个新的区域，它与新区域本地的种群哪怕只发生一点点杂交，也足

    以在后代中产生一个高的混血比例——这比在当代非洲以外人群身上看到的、仅2%的尼安德特人血统占比可高多了。埃克斯科菲耶认为，假

    设某种处于扩张过程的现代人和其他种的现代人也发生了混血，那么这

    种混血的次数比与和他们居住在一起的尼安德特人发生混血的次数要多

    至少50倍，才能解释为什么现代人的基因组中残留的尼安德特人血统

    比例这么低。

    31 他认为一种可能性极大的解释是，在生育能力上，尼

    安德特人和现代人之间的后代要远远落后于现代人之间的后代。

    我对这种说法并不是很信服，而是倾向于另一种更简单的解释：由

    于社会因素，根本就不会发生太多的混血。时至今日，由于文化、宗教

    或者种姓的障碍，现代人中的很多群体也是相互之间不通婚的。那么，凭什么尼安德特人和现代人之间就会一见钟情、通婚无碍呢？

    但埃克斯科菲耶还是切中了要害。我们越是一点一点地将现代人群

    中遗留下来的尼安德特人DNA进行分析、在基因组上确定它们的位

    置，真相就变得越来越清楚。我实验室里的斯里拉姆·山卡拉拉曼

    (Sriram Sankararaman)专门对满足以下条件的突变进行了搜索：

    存在于尼安德特人的基因组序列内，但在撒哈拉以南非洲人的基因组序

    列中极少找得到。结果发现，在每个非洲以外人群身上我们都能找到大

    量源自尼安德特人的DNA小片段。通过观察这些小片段在基因组上的

    位置，我们发现与尼安德特人的混血对当代非洲以外人群的个体所带来

    的影响千差万别，平均下来的确是大约2%的占比，但其分布很不均

    匀。在超过一半的位置上，任何个体内都找不到尼安德特人血统的痕

    迹，但在某些特定的位置上，又有超过一半的DNA序列来自尼安德特

    人。

    32

    在非洲以外人群基因组的哪些位置上，尼安德特人的痕迹非常罕见

    呢？研究这些位置，对于我们找出尼安德特人的DNA遗传模式至关重

    要。对于任意一段DNA来说，找不到尼安德特人的血统并不奇怪，这

    只是偶然事件作用的结果。我们认为线粒体DNA就符合这种情况。但

    是，如果在那些承载着特定生物功能的基因组区域，尼安德特人的血统都被系统性地“抹除”了，那起作用的就只能是自然选择了。

    但是，这种系统性的、对尼安德特人血统的抹除恰恰就是我们所发

    现的现象。而且，非同寻常的是，这种自然选择对尼安德特人血统的系

    统性抹除，刚好就发生在基因组里两处已知与生育能力息息相关的区

    域。

    第一处就是在两条性染色体之一的X染色体上。这让我想起了好几

    年前我和尼克·帕特森共同开展并发表的一项研究

    33 ，那项研究关注

    的是人类和黑猩猩的祖先在历史上的分离。对X染色体来说，雌性携带

    两个副本、雄性只携带一个副本；而对其余的常染色体来说，不管雌

    性、雄性，大多数情况下都各携带两个副本。那么，在任何种群中，X

    染色体的三条副本就对应着常染色体的四条副本。这意味着，在每一代

    中，任意两条X染色体与任意两条常染色体相比，其拥有共同亲本的概

    率比是4:3——X染色体之间拥有共同亲本的概率更大。依此我们可以

    进一步推断，任意两条X染色体从共同祖先那里演化出来的平均时间是

    常染色体的34。但是，我们实际观察到的数字只有0.5甚至更低。

    34

    在那项关于人类和黑猩猩的共同祖先种群的研究中，我们一开始假想的

    多种历史场景都无法解释这种模式，比如雌性在群体内移动的比例较

    低，或者雌性的后代数量波动比雄性的要大，或者是种群的扩张、收缩

    等。然而，我们后来还是找到了一种可以用来解释这种模式的场景：一

    开始，人类的祖先和黑猩猩的祖先是相互分离的，后来，其中一个支系

    的部分成员通过杂交把血缘带进了另一个支系，从那以后，这两个支系

    就完全隔离了。

    那么，杂交混血是如何导致X染色体上的遗传变异远远少于基因组

    的其他部分呢？从对各种动物的研究中可以得知，只要两个动物种群的

    差异足够大，它们杂交的后代就会出现生育能力下降的情况。就拿和人

    类类似的哺乳动物来说，这种现象在雄性身上更为明显，而且与生育能

    力下降相关的遗传因素都集中在X染色体上。

    35 所以，当两个比较疏远的种群已经出现了杂交后代的生育能力下降的现象，但还是发生了杂交

    的话，就会出现强烈的自然选择，把那些导致生育能力下降的遗传因素

    清除掉。由于在X染色体上集中了导致不育的基因，这个自然选择的过

    程在X染色体上表现得特别显著。结果就是，针对X染色体的自然选择

    青睐那个能增加后代生育能力的种群，把来自这个种群的DNA片段保

    留在了杂交后代中。这就使得杂交种群所携带的X染色体几乎完全来自

    一个祖先种群。于是，杂交后的种群和其中一个祖先种群之间在X染色

    体上的遗传差异也被降低到了一个反常的水平。这正与我们在人类和黑

    猩猩身上看到的模式是一致的。

    这种理论上的预测似乎有些不可思议，但的确，在西欧家鼠和东欧

    家鼠的杂交品种身上，我们就能看到这种现象。这种杂交鼠生活的地

    带，大致沿着当年冷战时期的两方阵营分界线从南到北地穿过中欧。由

    于西欧鼠和东欧鼠的差异非常大，而杂交鼠身上又携带着来自两者的

    DNA，所以在大多数杂交鼠的基因组里，能够将杂交鼠和西欧鼠区分

    开来的突变密度都很高。但是如果只看X染色体，突变密度就小很多

    了，原因就是如果X染色体来自东欧种群，雄性杂交鼠就会丧失生育能

    力，最终造成杂交鼠从东欧种群X染色体中获取的DNA数量很少。

    36

    2006年我们发表了这篇论文，主张人类或者黑猩猩可能起源自古

    代的一次重大杂交事件，而在那之后，相关的证据也越来越强烈地支持

    我们的主张。2012年，米克尔·舒尔普(Mikkel Schierup)和托马

    斯·梅伦德(Thomas Mailund)及其同事们开发了一种新方法，利

    用遗传学数据来估算两个当代物种的祖先在发生物种隔离时的突然程

    度，其原理与李恒和德宾采用过的方法类似(我们在第1章曾描述

    过)。

    37 当他们研究黑猩猩和倭黑猩猩的隔离时间时，发现这次隔离

    是突然降临的，而这恰好与一种假说相吻合：这两个物种是被一条一两

    百万年前骤然出现的大河——刚果河分开的。相反，当他们如法炮制，去研究人类和黑猩猩时，他们却发现这两个种群在分化开始以后，仍延

    续了一段时间的基因交流，这恰好就是两者发生杂交的证据之一。

    38在舒尔普和梅伦德于2015年发表的一篇论文中，还有另外一个更

    为重要的发现。他们与其他同事们一起证明了，在非洲以外的人群中，X染色体上那些没有尼安德特人基因渗入的区域，在很大程度上也正是

    在人类和黑猩猩之间存在较小遗传差异的区域。

    39 这种现象与下述假

    设非常吻合：在混血种身上发生的、会降低生育能力的遗传突变不仅集

    中在X染色体上，而且还集中于X染色体的某些特定区域内，在这些特

    定的区域里，自然选择最终抛弃了那些携带着劣势血统的雄性。既然存

    在着把尼安德特人DNA从X染色体上清除的自然选择，也正说明了尼安

    德特人和现代人的男性混血后代的生育能力下降了。

    我们还发现了别的证据可以证明尼安德特人和现代人的混血后代不

    育的现象，而且这条证据与X染色体无关。当我们在雄性混血个体身上

    发现生育能力下降的迹象时，相应的致病基因一般在雄性生殖组织中会

    特别活跃，从而导致了精子功能障碍。当我把X染色体的证据给演化生

    物学家达文·普莱斯格瑞弗斯(Daven Presgraves)展示以后，他向

    我建议，如果这是真的，那么拿男性睾丸内的精子细胞和人体其他组织

    的细胞相比，在精子细胞内异常活跃的基因中，尼安德特人的血统占比

    应该相对较低。我们把实际的数据拿过来一看，果真如此!普莱斯格瑞

    弗斯的预言被证实了!

    40

    携带尼安德特人血统的现代人所面临的问题不只是生育力的下降。

    事实是，不仅仅在X染色体上那些对男性生育能力至关重要的基因周

    围，而且在绝大多数基因上，都出现了尼安德特人的血统被系统性清除

    的现象。相比之下，在那些几乎没有什么生物功能的“垃圾”基因组部

    分，尼安德特人的痕迹明显更重。与此相关的最清晰的证据，来自

    2016年的一项研究。在这项研究中，我们公布了过去45 000年里的超

    过50个欧亚人的古DNA全基因组数据集。

    41 从中可看出，在我们分析

    的大多数早期样本中，尼安德特人血统所占比例为3%～6%，而随着时

    间的流逝，广泛存在的自然选择对尼安德特人的DNA产生了清除作

    用，时至今日，它们的比例已经降到了约2%(见图9)。图9 尼安德特人的血统被自然选择清除掉

    在尼安德特人的大部分活动范围内，由于受冰河时期影响，他们所

    赖以生存的动植物群体经常会遭遇周期性的巨大打击，而居住在热带非

    洲的现代人祖先们则不大会受此折磨。遗传学上的证据也确认，尼安德

    特人的群体规模比现代人祖先的要小，因为他们基因组的遗传多态性大

    概是现代人祖先的14。一个种群如果在历史上存在过种群规模偏小的

    情况，对这个种群的遗传健康不是件好事。在这种情况下，每一代的遗

    传突变频率都会发生大幅度的波动，对某些突变而言，即便自然选择倾

    向于降低其频率，但是由于群体规模偏小引发的频率大幅度波动还是有

    可能把这些突变在整个种群内传播开来。

    42 所以，在尼安德特人和现

    代人分离之后的50万年时间内，尼安德特人积累了大量的遗传突变，这些遗传突变在尼安德特人和现代人发生混血后，对他们的后代产生了

    有害的影响。

    尼安德特人基因组中产生的这些有害突变，与后来各种现代人群之

    间的混血行为产生了鲜明对比，后者并没有出现受困于此的迹象。例

    如，在非裔美国人中，通过对大约3万人的研究，我们并没有发现任何

    针对非洲或欧洲血统的自然选择现象。

    43 对这件事的第一种解释是，当尼安德特人和现代人混血的时候，两者分道扬镳的时间太久了，比起西非人和欧洲人的分离时间来说长了10倍多，在生物不兼容的道路

    上，他们已经走了太远。

    第二种解释是这样的，根据对很多物种的研究成果，不育现象往往

    需要基因组上不同位置的两个基因相互作用才能形成。因为产生一个生

    物不兼容性现象需要两个基因上的改变，所以不育现象发生的速率是随

    着种群分离时间的平方而增长的，增加10倍的种群分离时间就相当于

    增加100倍的发生遗传不兼容的可能性。这么来看的话，我们没听说过

    当代人类的“混血儿”缺乏生育能力的事情，也在情理之中吧。

    正反合

    从18世纪开始，欧洲大陆哲学

    (26)

    的一个重要发展就是“辩证

    法”(dialectic)在各种思想运动中的使用：否定了再否定，最终达到

    统一。

    44 辩证法起自“正题”(thesis)，而正题必将产生其对立

    面“反题”(antithesis)，通过对二者的扬弃和统一，我们将超越对

    立，并形成一个“合题”(synthesis)。

    这正是我们对现代人起源的理解过程的真实写照。长久以来，很多

    人类学家支持“多地区独立起源假说”，认为世界上任何一个地方的现

    代人都是从本地区的古老型人类演化而来的。按照这个说法，欧洲人的

    血统大部分应该来自尼安德特人，东亚人源自100多万年前扩散到欧亚

    大陆东部的人群，非洲人则更是历史悠久、土生土长。现代人这么多的

    生物性差异一定是很早很早之前就已经形成了的。

    而多地区独立起源假说很快就遭遇了它的“反题”。“走出非

    洲”假说认为，现代人不是在世界各地孤立演化出来的，相反，所有的

    现代人都源自大概5万年前开始的一次从非洲和近东向外的大迁

    徙。“线粒体夏娃”生活的时代离我们现在比较近，以及其与尼安德特

    人的线粒体DNA之间存在的巨大差异，都为这个假说提供了一些完美证据。与多地区独立起源假说相反，“走出非洲”假说强调的是：与人

    类骨骼化石记录动不动就数百万年的历史相比，当代人群之间的差异性

    是最近才形成的。

    然而，“走出非洲”假说也不是完美无缺的。现在，我们到了“合

    题”的阶段。借助古DNA，我们发现了尼安德特人和现代人之间的基

    因交流(gene flow)。这样就催生了一个新的“走出非洲居

    多”(mostly out-of-Africa)的假说，同时，我们对那些曾与尼安德

    特人亲密接触的现代人的文化也有了更深刻的认识。的确，一个源自非

    洲的人类种群对外扩散、横扫世界，而非洲以外的现代人就是他们的后

    裔，但是现在我们也知道了，他们也与其他当地的古老人群发生过混

    血。所有这些故事，都“白纸黑字”、清清楚楚地写在了基因组里面。

    知道了这些，我们一定会对我们的现代人祖先以及他们邂逅过的古老型

    人类产生不同的想法。尼安德特人比我们想象的更像现代人，或许他们

    已经具备了很多原来我们认为只属于现代人的行为特征。在种群融合的

    时候一定也伴随着文化交流——威廉·戈尔丁和琼·奥尔在小说中的戏

    剧化描写也并不全然没有道理。我们也知道，尼安德特人其实也给非洲

    以外人群留下了一些生物遗产，比如说他们贡献了适应欧亚大陆上不同

    环境的基因。关于这一点，在下一章中我会再细细道来。

    在这个尼安德特人基因组计划结束的时候，我还沉浸于那种惊喜的

    状态之中不能自拔。自从发现了尼安德特人和现代人混血的第一个证据

    后，我就禁不住做噩梦，总觉得是哪儿出错了。但数据本身不会这样一

    惊一乍，始终向我们呈现出一致的结果：其实，混血的证据到处都有，工作越深入，我们遇到的模式就越多，而这些模式都毫无例外地反映了

    混血对现代人的基因组所产生的巨大影响。

    遗传学的数据多少让我们有些应接不暇。我们早已不是在证实已有

    的假说，而是在随时准备着迎接下一个惊喜。现在，我们知道尼安德特

    人和现代人混血的后代种群不仅生活在欧洲，而且横跨了欧亚大陆。许多这样的种群并没有存活下来，但有一些不仅存活了下来，还发展出来

    了大量的当代人类。现在，我们还知道了现代人和尼安德特人分离的大

    致时间，也知道当这两大种群再次相遇的时候，他们由于已经各自演化

    了很久，几乎形同陌路，到了生物兼容的极限了。这就引出了一个问

    题：尼安德特人是与我们的祖先发生混血的唯一古老型人类吗？在历史

    上，是否还存在着其他重要的混血事件呢？来自东方的惊喜

    2008年，俄罗斯考古学家在西伯利亚南部阿尔泰山脉的丹尼索瓦

    洞穴(Denisova Cave)中挖出了一小块骨头。这个洞穴是以18世纪

    住在那里的俄罗斯隐士丹尼斯(Denis)命名的。骨头上的生长板尚未

    闭合，说明它来自一个儿童。由于骨头太小，无法采用放射性碳定年

    法，所以骨头的时代并不确定。但它是从岩洞里的混合土层里挖掘出来

    的，同时出土的文物有的能追溯到小于3万年前，有的能追溯到超过5

    万年前。挖掘工作的领队阿纳托利·杰列维扬科(Anatoly

    Derevianko)推断骨头的主人可能是一名现代人，于是就如此给样品

    打上了标签。不过，在岩洞附近也发现过尼安德特人的遗迹，1 那么，也许这一块骨头属于一名尼安德特人呢？于是，杰列维扬科将骨头的一

    部分送到了德国的斯万特·帕博那里。

    帕博团队由约翰内斯·克劳泽率领，从中成功地提取出了线粒体

    DNA。

    2 结果发现，这个DNA序列的类型跟逾万名现代人以及7个尼安

    德特人的序列都不相同。当代人和尼安德特人的线粒体DNA上有大约

    200个突变差异，而这个新的、取自丹尼索瓦指骨的线粒体DNA上，跟

    当代人和尼安德特人相比，居然有差不多400个差异!根据突变累积的

    速率，可以估计出当代人和尼安德特人的线粒体DNA是在47万年到36

    万年前分离的。

    3 而从丹尼索瓦指骨上的线粒体DNA中找到的突变差

    异表明，这个种群的分离时间大体是在100万年到80万年前。这样一

    来，这根指骨就有可能属于一个我们从未记录过的古老型人类群体。

    4

    然而，这个群体的身份还是扑朔迷离。没有骸骨，也没有工具制作

    的风格可供参考，比起发现尼安德特人的时候条件差多了。如果说，对

    尼安德特人的研究是考古学发现推动了基因组测序的工作，那么面对这

    个新的古老型人类群体，就需要遗传学数据来当先锋了。一根指骨里找出来的丹尼索瓦人

    我是在2010年初才第一次听说这个不为人知的古老型人类群体

    的。当时我正在德国莱比锡访问帕博的实验室。自从加入了帕博在

    2007年组建的尼安德特人基因组分析团队后，我就以每年三次的频率

    到那里去工作。一天晚上，帕博带我去了一个啤酒屋，在我们喝酒闲谈

    的时候，他把这个新的线粒体DNA序列的事情告诉了我。有如神助一

    般，这根丹尼索瓦指骨居然是当时保存得最为完好的古DNA样本之

    一。帕博曾经在数十个尼安德特人样本中进行筛选，才从中挑出了几个

    样本携带有最多4%的灵长类DNA，而这根指骨携带的比例却高达

    70%。别看骨头小，帕博及其团队已经获得了比以前从尼安德特人身上

    拿到的所有数据还要多的全基因组数据(不仅仅是线粒体DNA)。他

    问我是否愿意帮助分析这些数据。这个邀请，是我科学生涯中最大的幸

    运。

    线粒体DNA上的信息告诉我们：丹尼索瓦指骨的主人来自一个人

    类种群，早在现代人和尼安德特人的祖先分离之前，这个种群就已经开

    始自立门户了。但是线粒体DNA仅记载了纯母系的信息，这只是对人

    类的基因组有贡献的、成千上万的支系中的一小部分。要深挖某个个体

    的历史，最有价值的方法就是检查所有与其相关的支系。拿这根丹尼索

    瓦指骨来说，其线粒体DNA中记载的信息跟全基因组中蕴藏的信息比

    起来，有很大的差异。

    从全基因组中获得的第一个信息是，尼安德特人和丹尼索瓦岩洞中

    出土的新人类种群之间关系不同一般，其亲近程度超过了他们两者中任

    何一个与现代人之间的关系。

    5 这就跟线粒体DNA上的发现有了很大

    差别。最终，我们估计尼安德特人和丹尼索瓦人的祖先种群分离的时间

    是47万年到38万年前，而这两种古老型人类的共同祖先种群和现代人

    的分离时间则是77万年到55万年前。

    6 根据线粒体DNA或者基因组的其他部分，都可以反映出种群间的亲缘关系，如果两者的结果存在差

    异，并不见得就是相互矛盾的。在DNA的任何位置上，两个个体拥有

    共同祖先的时间，一定至少不晚于他们的祖先分离成两个种群的时间，有时甚至会早很多。然而，通过研究全基因组数据，我们能够得知种群

    什么时候分裂。只要能认识到全基因组中包含了全部的祖先的信息，我

    们就能有的放矢，搜寻那种比较短的、突变密度相对较低的基因组片

    段，找到了这样的片段，就相当于找到了生活在种群分离前夕的共同祖

    先。我们的研究结果表明，虽然丹尼索瓦人是尼安德特人的近亲，但两

    者还是有着千差万别的。我们从化石记录中可以得到很多尼安德特人的

    特征出现的时间，而早在那之前，丹尼索瓦人和尼安德特人的祖先就已

    经分离了。

    至于如何来称呼这个新的种群，我们曾经发生过激烈的辩论，并决

    定使用一个通用的非拉丁名字“Denisovans”，即丹尼索瓦人，这是

    以首次发现他们的岩洞来命名的。这就跟以德国的尼安德山谷来命名尼

    安德特人如出一辙。我们有些同事对这个决定很苦恼，一直游说要采用

    一个新的物种名——也许是Homo altaiensis吧，这个名字出自丹尼索

    瓦岩洞所在的山脉

    (27)。如今，在俄罗斯新西伯利亚的博物馆中，在对

    丹尼索瓦的考古发现进行的讲解里，就采用了Homo altaiensis这个

    词。然而，我们遗传学家真心不愿意这样使用一个物种的名称。

    长期以来，人们一直在为尼安德特人是否构成了一个与现代人相分

    离的物种而争论不休。有些专家将尼安德特人认定为人属(genus

    Homo)下的一个单独的物种，并将其命名为Homo

    neanderthalensis。而另外一些专家则将其归类为现代人(智人)下

    的一个亚种，并将其命名为Homo sapiens neanderthalensis。如果

    要把两个群体划分为不同的物种，往往是基于以下假设：这两个群体之

    间没有发生过杂交混血。

    7 但我们现在已经知道了，尼安德特人曾经与

    现代人类成功地发生过杂交混血，而且还发生过多次，这样一来，尼安

    德特人是一个单独的物种的论点就被削弱了。那么，数据表明丹尼索瓦人是尼安德特人的近亲，既然我们不确定尼安德特人是否该被定义为一

    个单独的物种，丹尼索瓦人也应该存在同样的问题。对那些已经灭绝的

    种群，判断其是否足够独特到可以给出一个独一无二的物种名称，传统

    上我们是看骨骼形状，而丹尼索瓦人的遗骸恰恰很少，我们就更应该小

    心谨慎一些了。

    说到遗骸，仅有的一些发现的确很有意思。杰列维扬科和他的同事

    们给帕博送来了几颗丹尼索瓦岩洞中发现的臼齿，其中包含的线粒体

    DNA与上文说的指骨有很近的亲缘关系。这些牙齿巨大，远超以 ......