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从化石研究到基因研究,依然年轻的古人类学 | 宇宙自然生命简史 69

科学有故事 2018-08-19 12:23:37 阅读:

上期我们讲到,阿舍利工具没有随着智人的迁徙出现在一些地区,这个问题还没解决,随后又出现了许多其他令人费解的问题。其中最令人困惑的一个问题出自澳大利亚的内陆地区。1968年在新南威尔士州的一个叫蒙戈的干涸湖床上,地质学家鲍勒(Jim Bowler)意外地发现了一块古人类的化石。当时认为,澳大利亚出现人类的时间不会早于 8000 年前,但蒙戈湖却是在 12000年前就干涸掉了。因此,是什么人到了这么一个荒凉的地方呢?

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图:地质学家 Jim Bowler

问题的答案是令人震惊的。放射性年代测定表明,那块古人类化石的年龄是 2.3 万年。在那时,蒙戈湖有很多的和鱼,足有 20 公里长,是一个很宜居的地方。在附近又发现了年龄达到 6 万年之久的古人类化石。这实在大大出乎人们的意料,似乎是不可能的事情,因为自从人科动物出现以来,澳大利亚都是一块独立的大陆,任何人想要到达这里,都必须渡过 1000 公里宽的海洋,并且还要有足够多的人口数量,才有可能生存繁衍下来。蒙戈人可能是在澳大利亚的北部上的岸,然后又向内陆深入了 3000 公里。这表明,澳大利亚出现人类的时间要早于 6 万年前。

他们是怎样到的那里?为什么要去那里?这些问题至今无法回答。而且,没有证据表明 6 万年前的古人类会说话,这就不可能有很强的协作能力。那他们如何能建造船只,横渡大洋,在新大陆上殖民呢?

古人类学者桑恩说,对于史前人类的活动,我们不知道的东西太多了。十九世纪的人类学家第一次来到巴布亚新几内亚时,吃惊地发现,当地人在高地上种植甘薯。而这种植物的原产地是南美洲。它们是怎么被带到巴布亚新几内亚的呢?我们完全没有概念。只有一点是肯定的,人类四处迁徙的时间要比过去认为的早得多,这些古人类不仅分享了信息,还分享了基因。

在地球上和保存人类骸骨能搭上边的地方并不多。要不是有几处像东非的哈达尔和奥杜威这样的地方,我们知道的东西会更少。整个印度只发现了一块大约 30 万年前的古人类化石。在伊拉克到越南的这 5000 公里之间,就发现了两块化石,除了那块在印度的,还有一块尼安德特人的化石是在乌兹别克斯坦发现的。没有多少东西可供研究的。只有很少的几个地方化石比较多,比如东非大裂谷和刚才说到的澳大利亚的蒙戈。而在这两个地区之间,几乎一无所获。所以也难怪古生物学家很难把这些零星的东西串起来。

人类迁移的主流观点认为,古人类从非洲扩散到欧亚大陆经历了两次浪潮。第一波是在大约200万年前,直立人以不可思议的速度离开非洲,几乎是与他们在非洲的出现同时开始的。他们在不同的地区定居下来,最后进化成不同特色的人种。在亚洲,成为了爪哇人和北京人。在欧洲,先是成为海德堡人,而后又成为尼安德特人。

第二波大约是在 10 多万年前,一种更加灵巧的人种在非洲平原上出现了,这就是智人,我们现代人类的直系祖先。他们开始向四周扩散。无论他们走到哪里,那些较为愚钝和不大灵活的直立人就会被取代。至于到底是如何取代的,专家们一直争论不休。没有屠杀的迹象,因此,大多数权威专家认为,智人是在生存竞争中胜出的,尽管也不排除其他一些因素,比如有可能我们把天花传染给了他们,真正的原因很难确定。只有一点是肯定的:我们活到了今天,而他们没有。

真正意义上的现代人类到底是首先在哪里出现的,至今依然是个谜。有意思的是,我们对自身起源的了解还不如对任何一支人科动物了解得多。这是挺奇怪的一件事,正如塔特萨尔所指出的,“在人类的进化史上,离我们最近的大事件就是现代人的出现,但恰恰是这个事件,可能是最扑朔迷离的。”第一块真正的现代人的化石目前还没有一致公认。有许多书里,把在南非克莱西斯河口发现的古人类化石,作为第一块现代人的化石,它距今 12 万年。但也有很多人认为那不是完全的现代人。塔特萨尔和施瓦茨就坚持认为:“现代人是它们中的一部分还是全部,尚待确认。”

2018 年 1 月份,在著名的《科学》杂志网站上刊登了一篇文章[1],指出一块在以色列出土的上颌骨化石是最古老的智人化石,年代测定的结果是距今 17 到 19 万年,比之前认为的智人 12 万年前走出非洲又大大提前了,如果这个结论最后被科学共同体广泛接受的话,那么智人走出非洲的结论又将被改写。但我一再提醒大家,一个已经形成共识的主流科学观点要被推翻是需要过硬的证据和时间的。哪怕是顶级的《科学》杂志发表的观点,只要它是足够惊人的,那么一样需要接受全世界同行的质疑和挑战。只有在经过了时间的考验后,才能成为一个新的主流科学界的共识,现在说智人走出非洲的历史已被改写还为时尚早。

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图:以色列出土的被认为是最古老的智人化石的上颌骨化石

在非洲北部,从未发现过尼安德特人的化石,但他们发明的工具却在那里随处可见。肯定是有人把工具带去了那里,这只有可能是现代人干的。我们还知道,在中东地区,尼安德特人与现代人共存了数万年,但我们不知道他们是在同一区域生活还是彼此为邻。现代人很乐于使用尼安德特人的工具,这就很难说清谁更占优势。同样奇怪的是,阿舍利工具在 100 多万年前的中东就出现了,但在欧洲出现的时间仅是在 30 万年前。问题又来了,为什么有能力制造工具的人不带着它们去欧洲,这也是一个谜。

很长一段时期中,人们认为,欧洲最早的现代人,也就是克罗马农人,在向欧洲大陆推进的过程中,将尼安德特人驱赶到了西海岸,除了跳海和灭绝,他们别无选择。事实上,现在我们已经知道,克罗马农人从东部向内陆前进时,在遥远的西部,也有他们的存在。但令人奇怪的是,克罗马农人来到欧洲的时期,欧洲大陆恰好从相对较温暖的气候进入了一段长期的严寒期(古气象学家称为波特利尔间冰期)。不论克罗马农人出于什么目的来到欧洲,肯定不是因为宜人的气候。

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图:还原出的克罗马农人

但从证据的角度看,要说尼安德特人在面对克罗马农人的竞争时一败涂地,也有点言过其实了。尼安德特人是很顽强的。在数万年的时间中,他们所要面对的环境,是只有极少数的现代极地科学家和探险家才经历过的恶劣环境。在冰川期最严酷的时候,飓风级的狂风掀起的暴风雪是家常便饭。气温常常低于零下 45℃,北极熊都已经在英格兰南部的雪谷中出没了。

在最寒冷的时期,尼安德特人也扛不住而朝南方后撤,但即便如此,他们所经历的气候条件也和现在的西伯利亚的寒冬一样可怕。毫无疑问,他们曾历经磨难。一个尼安德特人能活过 30 岁就已经是十分幸运的了。但是作为一个物种来说,他们具有超强的适应能力和不屈不挠的品质。他们至少生存了 10 万年,也可能是 20 万年。活动范围从直布罗陀一直到乌兹别克斯坦,这对于任何一个物种来说的,都算是相当成功的了。

尼安德特人到底长得什么样,至今依然众说纷纭、莫衷一是。直到二十世纪中叶,人类学界普遍接受的观点是,他们举止笨拙,躬着身体,拖着脚走路,是穴居人中的佼佼者。但是 1947 年发生在一个古生物学家身上的小悲剧,却促使科学家们重新审视之前的观点。

这位古生物学家叫阿拉姆伯格(Camille Arambourg)。有一次,他在撒哈拉沙漠考察,大中午的时候,躲在轻型飞机的翅膀下休息。谁知飞机突然爆胎了,机身猛地一倾斜,他被重重地撞了一下。他后来回到巴黎拍了张 X 光片,竟发现自己脊椎的排列方式与躬着身体的尼安德特人完全一样。这说明,要么他是原始的尼安德特人,要么我们之前对尼安德特人身姿的推测是错误的。答案显然是我们搞错了。

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图:古生物学家 Camille Aramborg

直到现在,还是有不少人认为,尼安德特人智力很低,他们与新来的智人根本无法在同一层面上竞争。有些书上的观点是这样的,现代人以更舒适的衣着、更先进的取火方式、更好的住所,战胜了尼安德特人身体强壮的优势。而尼安德特人处境尴尬,它们维持强壮的身体需要更多的食物。按这种说法,让尼安德特人成功存续了 10万年之久的身体优势,反而突然成了他们难以克服的劣势。

还有一个最重要的问题,几乎从来没有人提出过合理的解释:尼安德特人的脑容量居然比我们现代人要大很多。他们有 1.8 升,而我们只有 1.4 升。这个差别甚至比早期的智人与晚期的直立人的差别还要大,而我们基本不把直立人当做真正的人。对此的一种解释是说,虽然我们的脑容量较小,但却更高效。但我们拿不出这方面的证据。

最早的时候,我们认为现代人是“多地区起源说”。就是说,人类的进化是一个连续的过程,从南方古猿进化到能人和海德堡人,再进化到尼安德特人。因此,现代智人是从更为古老的人属进化而来的。根据这种观点,直立人并不是一个独立的种属,而只是一个过渡阶段。于是,现代中国人就是当时在中国的直立人后裔,欧洲人也就是在欧洲的直立人后裔,以此类推。

但多地区起源说一出来就立即遭到了反对。反对者认为,这个假说需要一个前提,那就是所有生活在远古世界中的人科动物,无论是在非洲、中国、欧洲,还是在偏远的印尼群岛,他们都得是同步进化才行,这个前提不大可能成立。还有一些反对者认为,多地区起源假说鼓励了种族主义思想,而这正是人类学致力于摈弃的观点。上世纪六十年代初,宾夕法尼亚大学著名的人类学家法恩认为,现代人类中的不同种族有着不同的起源,这就暗示了有些种族可能会比别的种族更优越。这个观点让我回想起另外一个更早一些的观点,说现代人中的某些种族,例如非洲的“丛林部落”和澳大利亚的土著比其他现代人更原始。

不管库恩自己是怎么想的,在很多人看来,他观点的言外之意就是有些种族生来就更优越。这种观点是极为令人反感的,但直到没多久之前,在许多正式的场合,这种观点依然挺有市场。时代生活出版社 1961 年出版的《人类的史诗》一书,是根据《生活》杂志上的一系列文章编撰的。在书里你可以读到这样的话:“罗德西亚人……生活在 25000 年前,他们可能是非洲黑人的祖先,脑容量接近于智人。”换句话说,非洲黑人的祖先仅仅是比较“接近”智人。

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让我们改变这些旧有的观点依靠的当然还是证据,否则嘴仗永远打不完。1999 年在葡萄牙发现了一副小孩的骸骨化石,距今 24500 年。这副骨架从总体上来说是一个现代人,但又同时具有某种古人类的特征,很可能是尼安德特人。他有着过于粗壮的腿骨,牙齿明显突兀。而且,在颅骨后部有一个锯齿状的凹痕(当然这一点是有争议的),但这明显是尼安德特人的特征。研究尼安德特人的权威专家特林考斯(Erik Trinkaus)宣称这个孩子是一个混血儿,是现代人和尼安德特人交配过的明证。但是,有些人并不完全赞同,他们觉得现代人和尼安德特人各自的特征在这个孩子身上没有真正混合起来,这是令人生疑的。有一个反对者打了个比方:一头骡子,它不会从前面看像驴,从后面看像马。

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图:还原出的这个小孩

塔特萨尔认为这个孩子只是一个生来特别强壮的现代人小孩。他承认或许现代人和尼安德特人有过“杂交”,但他不信这样的后代具有生育能力。(有一种可能是尼安德特人与现代人具有不同的染色体数量。这种情况是有可能的。比如马有 64 对染色体,驴有 62 对,它们交配后生出的骡子有 62 对染色体,但骡子没有生育能力。)

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图:塔特萨尔

由于在化石研究上很难有突破,科学家们越来越转向基因研究,尤其是对线粒体 DNA 的研究。线粒体 DNA 是在 1964 年被发现的。到了上世纪八十年代,加州大学伯克利分校的一些科研人员进一步发现,线粒体 DNA 可以充当某种分子钟,因为它具备两个特点:第一,它只能由母亲传给女儿;第二,它发生突变的概率是普通 DNA 核酸的 20 倍。通过跟踪突变率,科学家们可以绘制出基因谱系图,确定不同人群之间的渊源。

1987 年,威尔逊(Allan Wilson)领导了一个科研小组,分析研究了 147 个人的线粒体 DNA,最后宣布的结论是:现代人起源于 14 万年前的非洲,而且所有现代人都是同一支古人类的后代。这个结论是对多地区起源说的重创。但是,随后就有人对数据进行了更加细致的研究,又得出了一个极为重要的结论,这个结论差点儿推翻了威尔逊的成果。人们发现,用作研究样本的“非洲人”其实是非洲和美洲的混血儿。他们的基因在过去的数百年中显然已经融合了。接着,原先假定的基因突变率也遭到了怀疑。

1997 年,慕尼黑大学的科学家从一段尼安德特人的臂骨中成功提取出了 DNA。经过一番分析,他们发现尼安德特人的 DNA 是独特的,从基因的角度来说,他们与现代人没有联系。这是一个能站得住脚的证据。多地区起源说遭到了真正意义上的沉重打击。

然后,到了 2000 年,《自然》和其他一些杂志都报道了一项瑞典的线粒体 DNA 研究成果。通过对 53 个人的线粒体 DNA 研究表明,所有的现代人都来自非洲,时间不超过 10 万年。我们所有的祖先加起来也就 1 万人左右。没过多久,麻省理工基因研究中心主任兰德(Eric Lander)宣布:所有现代欧洲人,可能还包括更多地区的人,都是不超过区区几百个非洲人的后代,他们最迟于 25000 年前离开非洲。

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2010 年,德国莱比锡普朗克演化人类学研究所提取过尼安德特人的一个大约 60% 的基因组,这个样本来自克罗地亚一处洞穴中发掘出的化石。科学家发现,尼安德特人和如今的欧亚人共享一定的基因突变,但与现代非洲人并无共通之处。科学家得出结论,人类一定是在离开非洲大陆后和尼安德特人进行了混种繁殖。2013 年,普朗克研究所的研究团队重构了一名男性尼安德特人的完整基因组。这些基因来自西伯利亚阿尔泰山脉发掘的一块距今至少 5 万年的趾骨。通过比较阿尔泰山脉尼安德特人的基因组和现代人类的 DNA,确认了混种繁殖的存在。

有关尼安德特人的最新研究进展可以参考2016年2月23日《纽约时报》的一篇文章[2],文章中说,科学家发现,在除了非洲人之外的人类身上,有 1% 到 2% 的 DNA 来自尼安德特人。这份基因遗产,是大约 5 万年前尼安德特人和欧亚人的共同祖先混种繁殖的结果。近期的研究表明,尼安德特人的基因甚至影响着当今人类的健康,与包括过敏和抑郁在内的多个病状有关。科学家现在发现基因的流动是双向的。

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图:古人类学还有很长的路要走

在《自然》杂志 2016 年 2 月发表 的一篇研究论文中,一组科学家提交的案例表明,混种繁殖使得西伯利亚的尼安德特人带有部分人类 DNA。这群科学家由此得出结论,这种交融发生在约 10 万年前。但这一时间却引发了争议,因为大量证据显示,直到 5-6 万年前,如今不在非洲的人类的祖先才走出了非洲大陆。那么,这些尼安德特人有可能是从一群早期的神秘人类迁徙群体身上获得了 DNA 吗。围绕着尼安德特人的谜团依然等待着科学家们去破解。

这期节目,我给大家找了一个展示阿舍利工具的小视频,这把工具是在欧洲出土的,现在在博物馆中展出。科学有故事,咱们下期接着聊。

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