1.4萬年前，歐洲人的眼睛和皮膚還是深色的

我是誰？我從哪裡來？白皮膚藍眼睛1.4萬年前可能根本不存在！我們的某個曾曾曾祖父母可能是尼安德特人…曾生活在北京的田園洞人雖是東亞人，但跟我們沒有直接關係，反而和美洲亞馬遜人更相近…中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古DNA實驗室主任付巧妹帶領我們顛覆古DNA的認知，探尋人類演化之謎。

出品："格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、古DNA實驗室主任、《Nature》中國十大科學之星之一付巧妹演講實錄：

我今天講的是「萬年前人類基因的記憶」。

我做的工作是什麼呢？

我通過古DNA了解我們的過去，了解我們從何處來。

那麼大家知不知道DNA在哪裡呢？

相信很多人都很清楚，它就是在這樣的染色體結構下。

染色體內部可以看到非常明顯的DNA雙螺旋結構，而DNA本身的複製就是通過兩條鏈分開，然後分別通過鹼基互補來實現。

在複製的過程之中，也就是產生新生代的過程中會產生一些突變，而這些突變就使得不同的人會有不一樣的地方。

我相信很多人都很好奇，人類跟黑猩猩有多大的不一樣呢？

人類和黑猩猩在DNA水平大概有百分之一的不一樣，但是人和人之間大概有千分之一的不一樣。

這種不一樣雖然比例上很少，但是數量巨大，為什麼這麼講呢？

因為我們總共有23對染色體，能達到30億個鹼基對，可以想到即使是千分之一，它的含量是非常高的。

在23對染色體中，其中有一個非常特殊的染色體，這個染色體就是一對性染色體。

這個性染色體就決定了我們的性別，也就是說當受精卵形成的那一瞬間其實性別就確定了，因為性染色體已經決定了。

除了染色體以外，其實在我們身上細胞內部還有一些別的遺傳物質，比如說線粒體。

古DNA的特點

我今天主要講的是核基因組，主要原因是核染色體中的DNA在重組傳給下一代之前，在父母雙方的體內會發生重組，而線粒體只來自母親，並且不發生重組。

所以相對來說核基因組能夠呈現給我們祖先更多的相關信息，即使是一個個體也會有很多信息。

我們會不由自主地回想，在過去曾經存在什麼樣的人類？通過圖片可以感受到當時人生存的艱難，即使幾萬年前，人類除了基本的生存，也有自己的精神文明。

圖中所有的物質，包括古笛、巖畫甚至雕塑，都是幾萬年前的人類生產的。

由此可以想像，當時的人是非常有意思的，那麼當時的人是什麼樣子的呢？

大家可以通過這兩個骨架猜測一下，哪一個是跟現代人一樣，哪一個是不一樣的個體呢？

其實右邊是現代人，左邊是尼安德特人。

大家可以明顯看到，左邊的尼安德特人的整個肋骨情況跟現代人是不一樣的。

現在我們僅僅能看到這些信息，如果我們能獲得相關的古DNA，那麼我們就能夠了解更多人類的過去。

古DNA是什麼呢？很多人有這樣的疑問。

古DNA研究對象並不局限，它可以是骨骼，甚至可以是土壤。

但是古DNA本身非常有特殊性：如上世紀90年代時，就已經有很多人研究古DNA了。

但是當時的研究出了很多想不到的問題。

如在這裡看到的琥珀、恐龍蛋，當時都認為從中發現了相關的遺傳物質，甚至是認為是屬於它們本身的，但是後來研究發現，它們都來自於汙染。

為什麼會這樣？

為什麼研究琥珀和恐龍蛋本身，而得到的DNA竟然是汙染呢？

主要是因為古DNA和現在DNA不一樣。

如圖中上部分就是現代DNA，如果我們獲得是血液，這個血液中獲得的DNA大多數屬於這個個體，而且含量非常高。

但是對古DNA來講，即使拿到的是這個個體的骨骼，但是內部由於埋藏環境的影響，會有非常多的微生物DNA。

圖中看到的綠色就可能是微生物的DNA，只有非常少量的內源DNA，也就是紅色DNA，甚至這些紅色的DNA有時候看不到。

如果這時候研究對象是人類，大家可以想像一下，當發現這些骨骼的時候，很容易在我們現在的人用手觸摸的過程中被汙染。

在這種情況下，如果有少量的汙染對於現在的DNA影響並不大，但是對古DNA來講，跟內源DNA相比它的影響非常大，這給古DNA研究造成了困難。

這些特點也就使得古DNA在上世紀相對發展比較緩慢。

但是在近十幾年，古DNA可以說發展非常迅速，因為我們可以利用高通量的數據結合很多古DNA技術，使得我們可以評估，同時又能夠獲得非常可靠的數據。

人類演化的歷史

回到今天的主題，就是關於人類演化本身的一些問題。

相信很多人已經非常了解，關於相關人類演化的背景。

我們都知道人類的祖先最早出現在非洲，雖然現在在東亞有很多爭議。

這種爭議並不是針對人類的祖先，主要針對現代人最後走出非洲的那撥人的後代，還是說，當時的現代人由本土人演化而來的。

不管怎樣，這兩方都認為人類的祖先最早是在180萬年前走出了非洲，而且幾十萬年以來不僅非洲有古人類，歐亞也有，如尼安德特人也曾經存在過。

在東亞也曾經存在過我們非常耳熟能詳的古人類，像北京人、大荔人、馬壩人等，唯一獲得基因組的滅絕古人類目前是丹尼索沃人。

在這個過程中我們就非常好奇，相關的現代人在這個過程中，對古人類影響什麼樣？

可以說2010年以前，幾乎所有人都認為現代人對於當時的古人類是完全取代的關係，沒有任何相互的交流。

一直到2010年，人們才通過尼安德特人的基因組草圖，了解到尼安德特人其實對於我們現代人的歐亞人群都有1%到2%的貢獻。

另外一點，丹尼索沃人很有意思。

丹尼索沃人並沒有像尼安德特人那樣，對那麼多的人群有影響，更多的影響是對於大洋洲的人群，對他們有4%到6%的遺傳貢獻。

通過一系列的研究，大家可能會不由地去暢想，在過去幾萬年階段裡，曾經的人類，尤其是我們現代人的祖先，在不同階段形成什麼樣的特點？

什麼時候才有東亞人？

什麼時候才出現所謂的歐洲人？

還有在不同的階段人群是不是有相互的影響？

此外，還有一個更重要的影響。

就是當時的現代人——也就是我們現在的祖先——他們曾經跟這些滅絕的古人類，比如尼安德特人、丹尼索沃人，他們在共存的時間裡面發生過什麼？

接下來我會通過兩方面向大家介紹我們的研究，一個是現代人自己的一些特點，還有一個是滅絕古人類和現代人共存的關係。

這張圖主要是想讓大家看到，關於過去4.5萬年到將近7千多年的人群，我們獲得了非常多的基因組。

這一時間段非常特殊，因為這是末次冰期前後，尤其在這個階段裡，還經歷了末次冰期裡最寒冷的階段，就是末次盛冰期。

在末次盛冰期階段裡人類的很多生存環境，如圖中看到的灰色區域已經被冰蓋覆蓋了。

可以想像當時的環境是非常惡劣的，大概一萬多年前的時候，也就是末次冰期快結束的時候，猛獁象、披毛犀都滅絕了。

在這樣嚴峻的環境下，人類何去何從？人類本身又是怎樣變化的？

之前並不是那麼清楚，但是通過古DNA，我們能夠抓取一些非常重要的片斷。

比如，我們知道了4萬年到4.5萬年，曾經存在過還沒有成為歐洲人或者亞洲人的人群。

以其中一個個體為例，這裡的西伯利亞的Ust』 -Ishim個體，這個個體至今4.5萬年，可以說他是目前除了非洲和近東以外，有最古老的直接測年的早期現代人。

通過對這個個體的線粒體、Y染色體和核基因組的分析，都發現他沒有出現和現在歐洲人、亞洲人更相近的情況，所以只能說他是一個歐亞大陸人。

這個結果說明了一個非常重要的問題，現在很多爭議是針對所謂的相關人群從南線進入到亞洲。

人類走出非洲的南線遷徙早期主要是針對大洋洲，晚期才進入到東亞。

如果我們這個個體歷史上也是南線進入東亞，我們應該看到他會跟東亞的人群更近，跟大洋洲人群會遠一些。

但是我們的研究並沒有發現這一點，這至少告訴我們，當時的早期現代人其實是一個輻射性的，並不是一個單一路徑的遷徙。

此外，歐洲人有什麼樣的特點呢？

就是在3.7萬年前的歐洲人，到1.4萬年的歐洲人，在這整個時間段裡，整個人群並沒有受到外來人群的影響，更多的是內部人群相互融合遷移。

其中有一個非常重要的現象，就是關於在比利時發現的一個3.5萬年前的歐洲人。

這個歐洲人並沒有直接對緊隨他之後的人群產生很大的影響，反而沉寂到了1.9萬年前，對1.9萬年到1.4萬年前的人群有影響。

如果大家對這個時間節點稍微有點概念，1.9萬年年是末次盛冰期剛結束的時候。

所以大家可以看到一旦環境相對適宜人類生存的時候，就會有很多未知的人群，甚至很古老的人群，對後期的人群有影響。

除此之外，我們還研究發現在1.4萬年之後的歐洲人和1.4萬年之前的歐洲人是不一樣的，不一樣主要體現在哪裡？

1.4萬年之後的歐洲人和外部人群，比如近東人群有很大的聯繫。 而且更有意思的是，1.4萬年以後的歐洲人才出現了我們現在都知道的藍色的眼睛。

也就是說，歐洲人在1.4萬年以前並不是藍色的眼睛，是深色的眼睛，甚至是深色的皮膚。

而在一萬四千年之後，雖然他們是藍色的眼睛，但是皮膚還是深色的，真正的淡色的皮膚出現的比藍眼睛的顏色還要晚。

在這個情況下大家就會有疑問，說了這麼多歐洲人、北亞人，關於我們東亞人是什麼樣子的呢？

非常幸運，在過去三個月裡，我們獲得了中國自己的古基因組。

這個是距今大概四萬年前，在北京的田園洞。

這個個體非常有意義在於，我們第一點要了解他到底是不是東亞人。

有人會好奇，認為既然在北京就應該是東亞人，那不一定。

我們舉一個實例，在歐洲就發現過4萬年前的的個體，但他遺傳上還不是歐洲人，所以即使這個個體在北京田園洞被發現了，也並不意味著遺傳上他就是東亞人。

後來我們通過研究明確了，他遺傳上確實是東亞人。

雖然他是東亞人，但他跟現在的東亞人還有一些地方不一樣。

這些不一樣在哪裡呢？

首先，他跟古歐洲人的某些人群有聯繫，這種聯繫我們目前分析不能明確到底是是遠古成分的影響，還是因為他與歐洲人和亞洲人的聯繫。

不管怎麼樣，我們都看到了他們之間的關係。

此外，我們還看到非常重要的信號，雖然在不同人群中他跟東亞人更近，但是東亞人內部裡面，有沒有誰跟田園洞人更近呢？

我們並沒有看到這樣的關係。

但是當我們看美洲土著人的時候，我們會發現美洲土著人內部有一些人群，相對別的美洲人群相對來說，跟田園洞人更近，這個人群就是亞馬遜人群。

很大程度上這些現象都讓我們知道，當時的東亞、亞洲，相對來說有非常複雜的遺傳歷史。

僅僅是這樣一個研究，就能告訴我們這麼多信息，這也就使得我們不由地去期待，當我們有更多的數據進行研究、分析的時候，我們就能了解更多的畫面。

這是關於我們現代人自己的演化歷史。

第二個問題，相信大家都很期待，就是我們現代人和曾經存在過的古人類，也就是滅絕的古人類有沒有過共存的關係？

有沒有可能通過當時一些現代人的DNA捕獲到圖片中這一幕？

有可能的。

古人類的影響

我先想讓大家了解到，這些滅絕的古人類到底對我們現代人有什麼影響？尤其是對我們東亞人有什麼樣的影響？

現在所有的歐洲人和亞洲人都有1%、2%的尼安德特人成分。

在座的大家，只要不是非洲人，就肯定有尼安德特的成分，但是東亞人會比歐洲人的尼安德特成分高一些。

此外，當我們看丹尼索沃人的時候，非常有意思，大家可以看到圖片裡，這些人從遺傳的成分來講是非常相似的，都是大洋洲人群。

但是在這些相似的人群中，並不是每個個體都有丹尼索沃人遺傳成分。

我們以此為鑑，所有的相關人群其實只有這一邊的人群有丹尼索沃人成分，另一邊是沒有丹尼索沃人成分。

這也就讓我們知道，古人類對我們現代人的影響非常多元、複雜的。

舉一個古人類對當時現代人的影響的例子，這個例子非常有意思，而且這個研究本身可以說是人類歷史上的一個幸運。

為什麼這麼講？

最主要的一個因素，就是當時的現代人的DNA，相對比我們現在的DNA，他跟當時發生的事件更近。

舉一個非常簡單的示意圖。

我們看到圖中，如果我們有一個尼安德特人和一個現代人作為父親和母親的時候，產生下一代過程中，其中有一半染色體的整個染色體長度來自尼安德特人。

隨著不斷的繁衍，尼安德特人片段由於重組關係不斷地被打斷、不斷地變小。

在這個過程中，如果我們還原尼安德特人片段，通過片段長度，我們就能反過來計算當時尼安德特人和現代人發生基因交流的時間。

在這個前提下，我來介紹一個個體。

這個個體很特別，這張圖中是4.5萬年到7000年甚至到現在，整個尼安德特人在現代人的尼安德特成分的變化。

其中有一個個體非常突出，他既不是年代最早的，但是他的尼安德特成分最高，能達到10%左右。

當我們把這個個體放在地圖上，他到底是誰呢？

他是羅馬尼亞的一個個體，距今大概四萬年，比我們剛剛說到4.5萬年前的人還要晚一些。

這個個體我們只取非常少的骨粉，大概只有30毫克，非常小的一個洞，對他整個形態的影響非常小。

在這種情況下，我們了解到尼安德特的成分在這個現代人中是非常不一樣的。

圖中現在看到的這些有顏色的這些片段，其實都是尼安德特在現代人基因組中的體現。

其中可以看到有一個叫做Ust』-Ishim的黃色條帶就是剛剛提到的是4.5萬年前的人，他的條帶長度比現在的人長很多。

但是這個4萬年前的個體基因組中，有一個綠色條帶佔有染色體非常長的區域，能夠達到染色體的一半，大概能到60Mb這樣一個程度。

這是什麼概念呢？

結合我剛剛給大家介紹的原理，就是重組把片段不斷打斷，大家很快反應過來，這個人的祖系上很有可能在很近的時候和尼安德特發生基因交流。

這只是一個染色體，從整個常染色體的情況來看，從1號染色體到22號染色體，除了剛剛看到的12號染色體之外，其他的染色體中都有長的片段。

我們利用這些長片段的分布，模擬這些片段產生的長度可能性，同時利用位點相關的差異和關聯性。

我們可以計算出大概對這個個體來講4到6代以前，他的祖先和尼安德特人發生了基因交流。

當我們把這個個體的關係放到家譜樹中，就能了解到如果用尼安德特的含量來說，大概能估算出2到4代、2到5代之前。

如果用剛才說的片段本身的分布和一系列的算法計算，我們得到的結果大概在4到6代之前。

大家可能對4到6代的概念不太清晰，用俗稱的語言就是說，這個個體的曾曾曾祖父母中有一個尼安德特人。

說到這個大家應該會想到那個小女孩和滅絕古人類的對話。

我們確實找到了一個明確的實例，告訴我們當時的古人類和當時的現代人，他們確實發生了這種基因交流。

不僅如此，它還告訴我們另外一個信息，是什麼呢？

考慮到這個結果，同時結合之前提到的尼安德特人對現在現代人的影響，整個歐亞大陸人群都受到尼安德特人的影響，除了非洲人以外。

大家會想到，這種基因交流很有可能在歐亞人群分離之前發生。

通過相關的研究，我們認為發生的地點時間很有可能是圖中的圓圈位置，就是近東區域。

而且通過不管是現在的DNA，還是當時早期現代人DNA，我們大概計算出來，它是距今五到六萬年前發生的。

這個個體就是剛剛提到的四萬年前，在歐洲的羅馬尼亞，時間是4萬年，而且是在4到6代之前發生的，不到200年以內發生這樣的事件。

這就不由地讓我們明確了，這個事件應該不是一次的，至少不是最開始我們推測的對我們現代人影響只有唯一的一次，很有可能有多次。

而且發生的地點不僅在中東，在歐洲等其他的地方也可能發生過。

這一系列的問題只是開了一個窗口，讓我們了解到遠古歷史，我們跟滅絕古人類的聯繫。

這僅僅是開始，我們會繼續努力探究我們是誰、我們從哪裡來。

「格致論道」，原稱「SELF格致論道」，是中國科學院全力推出的科學文化講壇，由中國科學院計算機網絡信息中心和中國科學院科學傳播局聯合主辦，中國科普博覽承辦。致力於非凡思想的跨界傳播，旨在以「格物致知」的精神探討科技、教育、生活、未來的發展。獲取更多信息。本文出品自「格致論道講壇」公眾號（SELFtalks），轉載請註明公眾號出處，未經授權不得轉載