人類如何從無到有,先男先女?最開始人很少,為何沒有近交風險?

2020-12-18 科學美少男

本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。

世界上本沒有人,第一個人從哪裡來,是男是女?只有一個人如何產生下一代?剛開始人很少,為何沒有因為近親繁殖而滅亡?最近很有小夥伴提出這些問題,其實這是同一個問題,今天就來聊聊,人類是怎麼從無到有的。

主流科學對人類起源的解釋是進化論。此進化論為現代進化論,並非達爾文進化論,而是一門學科,除了達爾文的自然選擇,還綜合了古生物學、遺傳學。

起源的證據——男性與女性身上都一樣傳承了幾萬年的「傳家寶」

人類體內都有23對染色體,由DNA構成,其中有一對為決定性別的染色體,叫作性染色體。男性的性染色體為XY(非同源),女性為XX(同源),而後代的性染色體如下面所示:

從爸爸身上傳承到Y染色體的後代為男性,同源染色體之間會發生部分DNA互換,而Y染色體與X染色體不能互換,換句話說Y染色體傳男不傳女,Y染色體的DNA變化只能依靠基因變異,意味著可以通過Y染色體追蹤父系祖先的來源——Y染色體亞當說。

科學家通過對全球海量男性以及化石的DNA進行分析,發現80%現代男性的Y染色體DNA中,F-M89點位都發生了突變。而F-M89型人類都攜帶M168突變,關鍵是非洲本地沒有M168型,但M168型與非洲當地另外兩個突變型在其他多個相同點位上也存在相同的變異,因此可以判定全球的Y染色體源頭在非洲。

亞當說描述了智人源於非洲,一部分留守,一部分出走,而非洲之外的父系祖先是走出非洲的智人,然後又出現了以M89為主的另外幾個分支。中國漢族基本上都是K-M9類型的,通過對全球大量男性的Y染色體分析,我們還可以知曉全球突變型分布,從而分析出遷徙路線,並且推斷出時間。

在小蝌蚪進入母體卵細胞時只有DNA及少量蛋白,並沒有攜帶細胞器,而母體卵細胞內有完整的成套細胞器,其中線粒體內存在環狀DNA,也叫mtDNA。而卵細胞只存在於母體細胞,因此mtDNA傳女不傳,基於mtDNA的變異可以像Y染色體一樣推斷出人類祖母的起源,祖母們遷徙路線與時間,稱為線粒體夏娃說。

圖:線粒體夏娃

科學家發現夏娃說的結果與亞當說是一致的。另外從化石與現代人的DNA中,還發現人類的DNA並不「純」。現代人中,除了非洲本地人之外都混有1~4%的尼安德特人的基因。而尼安德特存在歐洲,意味著只有走出非洲的智人才能與尼人進行基因交流,這個結果與亞當夏娃得到的結果高度一致。三個分別獨立傳承的遺傳數據都把人類起源指向非洲,準確性極高。

起源的證據——進化論

從本質來說,人與其他動物並沒有什麼區別,體內所含的元素基本相同。達爾文的《物種起源》主要論述兩個觀點:

(1)物種並非一成不變的——進化,

(2)變化源於環境——自然選擇。

如果人類源於進化,那智人必然由某個物種基於基因變異,循序漸進而來,人類與該物種較多相似性。從現存的物種來看,最相似的是猿(猩猩科)。不過,人類特徵是直立行走,較大腦容量,這是有別於猿類的。

20世紀人類從東非挖掘出大量古猿、古人類化石,巔峰證據出現於1974年,衣索比亞,阿爾法地區的古猿化石。

圖:直立結構支撐,使發育大腦成為了可能。(左猩猩,右阿爾法南方古猿)

阿爾法南方古猿化石較為完成,它具備了直立的特徵,同時具有陸地行走的演化趨勢。簡單來說:身體幾乎是直立的,腳更像人類的腳,除此之外,還有大量關節特徵都與人類相似。

圖:猩猩,古猿,人

猩猩的腳更像是手,因為需要抓握樹枝,但南方古猿同樣是猿類腳更像是腳,與人類更相似。地球上最清晰、最的「傷疤」,是南方古猿被迫「走路」的原因。

自然選擇

2000萬年前,板塊運動,地球內部能量像石縫中發芽的小草一樣,不斷頂著非洲東部,最終地殼隆起、減薄、斷裂,形成東非大裂谷。由於地勢被抬高,東部原始森林向樹稀草原演化。

裂谷西邊與高地上的古猿依然在原始叢林中快樂地「當」猿,演化出了如今的各種猩猩。而東部沒了樹,古猿在自然選擇下被逼下地「當」人。南方古猿是由猿到人過渡的重要一環,但演化並不是一蹴而就的,物種與物種之間也並非涇渭分明。

圖:樹木消失,古猿下地後飲食結構改變,被迫走上了吃肉的路線,攝入了蛋白質開始發育大腦

古人類學家對人類的定義是在南方古猿的基礎上,腦容量達到750ml。人類設置的門檻是不具備生物繁殖特徵的,意味著200萬年前的一段時期內,人與猿是混雜的。比如:720ml的古猿與730ml的古猿有機率得到750ml的第一個人屬物種「能人」,而兩個能人也有可能孕育出740ml的古猿。

誰是第一個人,是男是女?這已經無法判斷,但是能人的繁衍並不存在近親繁殖,因為有大量的南方古猿作基數。

人屬物種的遷徙與興衰

人屬物種演化出了大量的分支,至少兩次走出非洲大陸。第一次是180年前的直立人,它們走到了亞洲孕育了「北京人」,走到了東南亞孕育出了「佛羅洛斯人」等等,但是從北京人遺址來看,此時的直立人尚未佔到金字塔尖,經常被劍齒虎等野獸捕食。

圖:基於全球各地化石的發掘以及分子生物等技術,科學家終於拼出了人類大致的演化路線。

70萬年前,直立人的一個分支海德堡人出現,一部分海德堡人來到了歐洲,在30萬年前演化出了尼安德特人,甚至走的更遠的丹尼索瓦人。

留在非洲的海德堡人演化出了智人,智人兩次闖關,在7萬年前終於突破了尼安德特人的封鎖走出了非洲,順帶與尼安德特人進行基因交流,從而適應了當時寒冷的歐洲環境,因此現代人體內留下了尼安德特人的基因。

尼安德特人消失於4萬年前,在最後的避難所—直布羅陀海峽洞穴中留下了人類最早期的壁畫。而丹尼索瓦人消失的更早,只在藏族人中留下了寶貴的抵禦高原反應的基因。

智人通過冰封的大陸橋、海峽、淺海遍布全球,而佛羅洛斯人於1.2萬年前滅絕與東南亞,原因尚未清楚。最終智人成為了笑到最後人屬物種,這就是主流科學人類的起源。

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