独木帆 >首页 >科学 >正文

我们从何而来,人类是怎么来的?

科学有故事 2018-06-11 14:35:16 阅读:

达尔文和孟德尔虽然互不相识,但俩人却为二十世纪全部的生命科学奠定了基础。达尔文看到了一切生物均有联系,它们最终“都可以追溯到一个简单而共同的祖先”;而孟德尔的工作则解释了这一切是如何发生的。这样一来,尽管还存在着太多不是很清楚的问题,但我们终于可以大致回答人从哪里来这个问题了。

1871年,达尔文出版了《人类起源》一书,终于明确表达了人类与猿类是近亲的观点。但这个结论非常大胆,因为当时并没有多少化石能证明这一观点。在当时,唯一发现的早期人类的化石是著名的尼安德特人化石,是在德国发现的。还有几块不能确定的颌骨化石碎片,许多大权威并不相信它们是远古人类。总的来说,《人类起源》是一本比《物种起源》更容易引起争议的著作。但当它问世时,这个世界已经不像以前那样容易激动,它引发的争论也没有之前那么激烈了。

我们从何而来,人类是怎么来的?

图:达尔文故居

达尔文晚年所研究的课题基本上与自然选择理论关系不大。他花了巨多的时间收集鸟粪,仔细检查鸟粪中包含的东西,目的是为了搞明白植物种子是怎么从一个大陆传播到另一个大陆的。他还花了大量的时间研究蚯蚓。他对蚯蚓做过的一个实验是对着它们弹钢琴,当然不是为了取悦它们,而是研究声音和震动对它们产生的影响。他第一个发现蚯蚓对于培育肥沃土壤起着至关重要的作用。他在《由蚯蚓活动引起的土壤腐殖层》一书中写道,“在世界历史上,恐怕很难找到比蚯蚓发挥作用更大的动物了。”这本书其实比他的《物种起源》更加流行。

实际上,达尔文还写过很多书,在那个年代,绝对算的上是畅销书作家。例如,《英国及其他国家兰花经由昆虫授粉的各种创新》、《人类与动物的情感表达》(这本书上市第一天就卖出了差不多5300册)、《植物王国异花受精和自花受精的效果》(这本书的主题与孟德尔的研究极其相近,却没有得出孟德尔那样的深刻见解),达尔文的最后一本书是1880年11月上市的《植物运动的力量》,而达尔文是在差不多一年半后的1882 年4 月去世的。他还投入了大量精力研究近亲繁殖的后果,这是有他私人原因的。达尔文娶了自己的表妹,而他们的孩子总有一些生理和心理上的缺陷。因此,他很悲哀地怀疑这些都是由于他的族谱缺乏多样性导致的。

达尔文的一生获得过众多的荣誉,但都不是因为《物种起源》或《人类起源》。皇家学会隆重地授予他科普利勋章,表彰他在地质学、动物学和植物学上所做的贡献,但这次颁奖与进化论无关。林奈学会在授予他荣誉时,刻意回避了他的一些激进的观点。虽然他被安葬在威斯敏斯特大教堂,紧挨着牛顿的墓,但他却没有被封为爵士。达尔文于1882年4月19日去世,孟德尔也于2年后去世。

达尔文的理论直到二十世纪三四十年代才被广为接受,生物学家们把他和孟德尔以及其他人的理论融合在了一起,统称为“现代综合进化论”。这个翻译有点约定俗成的味道,尽管生物学家们都更喜欢把进化论改称为演化论,这更符合自然选择的本意。和达尔文类似,孟德尔的理论大放异彩也是在他去世后,但到来的要比达尔文早一些。1900 年时,欧洲有三位独立开展工作的科学家几乎同时发现了孟德尔的作品。其中有一个叫雨果·德维里斯的荷兰人想把孟德尔的成果据为己有,还好他的对手据理力争,挫败了他的计划,人们这才意识到真正功勋卓越的修道士已经长眠地下,几乎被人彻底遗忘。

人类终于开始大致明白我们是怎么来到这个世界的,又是怎么互相影响着彼此,但一切都还不甚明了。想想也真是令人吃惊,直到二十世纪初以及之后的很多年,世界上最好的科学头脑也没法有理有据地告诉你,人是从哪里来的?

你可能还记得,他们中的很多人认为,科学已经快发展到尽头了。但是他们显然错了,21世纪突破最大的学科之一就是生物学。接下去,我要来给你讲讲21 世纪的生物学进展。让我们先从孩子经常会问的问题开始:妈妈,我是从哪里来的?

如果你的父母没有在某一个恰当的时间结合,这个时间可能要精确到秒,甚至可能要精确到毫秒,就不会有你。而你父母的父母如果没有在一个同样精确的时间结合,也不会有你。我们可以继续往上推,所有父母的父母都得这么干,否则,就一定确定以及肯定不会有你了。

越是往前追溯,你欠下的人情债也就越多。仅仅回溯到 8 代之前的时间,也就是差不多咸丰皇帝和曾国潘出生的年代,决定了你的存在的“父母”总人数就要超过 250 人了。如果继续往前追溯到李时珍尝百草和五月花号到达美洲的时代,你会有 16384 个祖先,是他们的结合并交换基因物质,才最终奇迹般地造就了你。

往前 20 代,祖先的人数就会增加到 1048576 人。再往前 5 代,则不会少于 33554432 个男人和女人是你的祖先。如果按照这样的逻辑做纯数学的计算,到了往前 30 代,这一数字的总数——记住,不算你的表亲、堂亲和你的任何远亲,仅仅是你父母的父母这一线上去——将超过 10 亿。如果追溯到 60 代之前,也就是罗马帝国时代,这一数字将接近 10 亿亿,是地球上曾经生存过的人类总数的几千倍。

很明显,我们的数学计算肯定是在什么地方出错了。出错的原因你可能会有兴趣知道,那是因为你上面的这根族线是不纯的。没有一定程度上的亲戚联姻,是不会有你的。尽管人们为了优生会小心翼翼地避开近亲婚姻,但这种事情其实很多!在你族谱上面的几百万个祖先当中,会有很多对夫妻,一方是来自你母亲这边的亲戚,一方是来自父亲这边的亲戚。事实上,如果你现在的伴侣与你的国籍和种族都相同,那么极有可能你俩就是某种亲戚关系。实际上,如果你在公交车上、公园里、咖啡店中或是任何一个人多的地方环顾四周,你看到的大多数人很有可能都是亲戚。如果有人自吹是孔子的后代,你也可以立即回答他:“我也是!”我们其实都是一家人,这句话无论从象征意义上还是从生物学意义上来讲,都是正确的。

你可能听到过我们都有一个共同的祖先,在生物学上她被称为线粒体夏娃,我给你讲讲这是怎么回事。1987 年 1 月,丽贝卡·凯恩、马克·斯多金和亚伦·威尔逊在《自然》杂志发表了一篇论文,这是一枚重磅炸弹,让我们对于人类进化的理解又深了一层。在此之前,盛行的理论认为,不同的人类群体在距今二百万年前就开始在不同的地区分别进化,这就是多地区起源说,这一说法认为中国人的祖先是北京猿人。而这三位科学家开创性的工作表明,所有人类携带的线粒体 DNA 都可以追溯到一位生活在 20 万年前的女性,这位女性就此被称为“线粒体夏娃”。

线粒体是一种无核的细胞组织,是被人类单细胞祖先吞噬的古老细菌,后来进化成了细胞的“呼吸器官”,为细胞活动提供能量。1963 年时,又发现线粒体中也有 DNA。线粒体 DNA 的遗传方式十分独特。在脊椎动物精子的生成过程中,绝大多数的线粒体都被去除了,只保留极少数的线粒体提供精子运动的能量。接着,在受精时,精子中的线粒体 DNA 不会进入受精卵,即使个别闯入了,也会很快分解。下一代的细胞核基因,一半来自精子,一半来自卵子,但线粒体基因则全部来自卵子。也就是说,线粒体基因只属于母系遗传。如果一位母亲没有生下女儿,那么她的线粒体基因就失传了。

我们从何而来,人类是怎么来的?

图:线粒体

线粒体夏娃的研究成果在最初遭到了巨大的争议,但却几乎凭借一己之力把多地区起源说扫进了历史的垃圾堆。在此之前,旧有的人类起源观点认为:我们的前身直立人二百万年前离开了非洲,分散到了世界各地,然后这些不同的人群为了适应新环境而进化为智人,而他们身上持续交换与融合的基因使他们仍然能够被称为同一物种。当时,这一理论被认为可以解释在非洲、欧亚大陆和澳洲发现的所有直立人的化石样本。但是,后来的进一步的考古却发现了很多无法用这种理论解释的现象,于是,科学界又兴起了智人非洲起源学说,这个学说认为,现代人类都是智人的后代,最有可能起源于东非,距今 15-20 万年前。多地区起源说中所有其余地区发现的古化石追溯的人类,都已经灭绝。而线粒体夏娃的发现给这个新学说提供了最强有力的支持,目前是主流科学界接受度最高的学说。

但是,我们不要被夏娃这个名称误导,和《圣经》中的夏娃不同,她并不是那个时期地球上唯一的女性,那个时期生活着成千上万和她一样的女性,但她却是唯一一个将自己的线粒体遗传至今的女性。在有性生殖中,一个人只能传递一半的基因,后代的传递也将持续减半。只需要短短一千年,任何一个祖先绝大多数的基因差不多就会被降为零。但是现代人类,几乎完整地继承了“线粒体夏娃”的线粒体,并且我们的女性将会继续无限期地传递这位夏娃的线粒体。

线粒体 DNA 一般很难发生改变,平均要过 2 万年线粒体 DNA 才会发生微小的变异。通过追溯成千上万年积累下来的细微突变,我们可以找出哪些人种是密切相关的,并最终将线粒体夏娃的存在时间锁定为历史中的某一时间段。目前得出的结论是大约在 20 万年前。这几乎排除了多地区起源说存在的可能性,否则线粒体夏娃应该存在于几百万年前。之前提到过的《自然》杂志文章发表者之一的威尔逊就研究了世界不同种族居民的线粒体 DNA,他们发现全人类的线粒体 DNA 基本相同,差异很少,平均差异率仅为 0.32%。而通过追溯不同种族线粒体 DNA 的原型,威尔逊又进一步确认了现代人类线粒体 DNA 的发展谱系。他发现,现代人类的线粒体 DNA 分为两大类,第一类仅见于一些非洲人中,第二类则分布于包括其他非洲人在内的所有种族中,且第二类的最终源头也在非洲人中。这些研究成果都说明,线粒体夏娃是一位非洲女性,这也进一步奠定了人类单地起源说的科学地位。

对于我们所有人类的共同母亲,大家可能会抱有美好的幻想,但是,夏娃并不一定漂亮优雅或才华横溢。她只是当时生活着的人类中很普通的一员。只是完全出于偶然,其他的女性的后代没有延续到今天,她们线粒体的传递都终止了。你可能会觉得这事很不可思议,这样的几率是不是非常非常微小呢?其实不是,从上帝视角来看,只要经过的时间足够长,从数学上来说,这是逻辑必然,我们必然有一个共同的母亲。

我们从何而来,人类是怎么来的?

用同样的数学逻辑我们可以推断出,我们也拥有一个共同的父亲,当然这个共同父亲未必和夏娃生活在同一个年代,因为我们不能肯定夏娃只有一个性伴侣。而是遗传学上,有一位亚当,把他的 Y 染色体传递给了现在的人类。如果说母亲传给女儿的是线粒体 DNA,那么爸爸传给儿子的就是 Y 染色体。遗传学家通过与追溯线粒体夏娃差不多的方式,锁定了“Y 染色体亚当”。他生活在距今六至九万年前。

我们每个人都令人不可思议地相似。把你的基因与任何一个人类的基因相比较,平均来说,它们的 99.9% 是完全相同的。事实上,人类只有一个种族。区别不同种族最常用的特征,比如皮肤和眼睛的颜色,是由相对而言极少数的基因控制的。十万年只是历史长河中的片刻,在这短暂的人类进化史中,为了适应环境带来的巨大压力,这些极少数的基因发生了改变,例如,赤道地区的人皮肤变得黝黑,是为了减少紫外线辐射的伤害;而北方地区的人皮肤白皙,是为了在较弱阳光下,人体能产生较多的维生素 D。这些外表上的基因差异只占到所有基因的不到 0.1%。所以,其实中国人、美国人、阿拉伯人,我们都是人属、人科、人种,不管从生物学的角度还是从家谱的角度来说,地球人真的都是一家人。这千分之一的微小差异,就构成了我们每个人的独特个性。

我们从何而来,人类是怎么来的?

图:一个独一无二的“我”

近年来,科学家们为完成人类基因组计划做出了巨大的努力。准确地说,并不存在一个共有的人类基因组,每一个人的基因组都是不相同的,否则的话,我们每一个人就是一模一样的了。正是因为我们的基因组不停地重组,使得我们每个人都大体相同,但又不是完全一样。所谓龙生九子,各个不同,但又都属于同一物种。

到底什么是基因,什么又是基因组呢?这又要从细胞开始说起了。每一个细胞中都有一个细胞核,而每个细胞核中又都有一种叫染色体的东西,之所以叫染色体,就是因为字面意思,它首次被发现是因为染上了颜色。这是 46 束很复杂的物质,其中有 23 束来自你的母亲,23 束来自你的父亲。你身体中的几乎每一个细胞(约99.999%)都含有相同数量的染色体,只有极少数的例外(这些例外是红细胞、一些免疫细胞、卵子、精子,由于不同的组织结构方面的原因,它们并不携带完整的基因信息)。染色体包含一套完整的指令,用于创造出你,以及维持你的生命。这些指令是由一长串微小和神奇的化学物质构成,也就是脱氧核糖核酸,简称为 DNA,人们也称它们为“地球上最非凡的分子”。

我们从何而来,人类是怎么来的?

图:DNA

DNA 存在的原因只有一个,那就是制造更多的 DNA。你的身体中包含大量的DNA,差不多每一个细胞中都被压缩进了近 2 米长的DNA分子。而从上世纪九十年代开始,人类就向自己的遗传密码发起了一次超大规模的国际合作项目,这就是人类基因组计划。到了2001 年 2 月 12 日,由 6 国的科学家共同参与的国际人类基因组计划公布了一些重大进展。科学家经过初步解读,发现人类基因组一共约有 32 亿个碱基对,包含了大约 3 到 4 万个蛋白编码基因。请你看着镜子中的自己,然后想象一下这么一个事实:有 100 万亿个细胞在我的体内,几乎每一个细胞中又都含有 2 米多长,紧紧压缩在一起的 DNA。如果把你体内的所有 DNA 全部编成一条直线,足以从地球到月球再拉回来,而且远不止一个来回,是许许多多个来回。按照一个 DNA 长 2 米来计算,你体内的 DNA 总长度达到 2000 亿公里。

独木帆(www.xieshudeng.com)版权所有 桂ICP备17010736号 关于我们 | 广告服务 | 诚聘英才 | 联系我们 | 免责申明 | 举报投诉须知