DNA,無所不能:聽DNA講述祖先的故事

2021-01-19 大科技雜誌社

無論是東方還是西方,人們對自己的祖先總是有許多美好的想像。西方人認為,他們的祖先是亞當和夏娃,他們因犯錯被神驅逐到了人間,成為了人類祖先。在中國,天神伏羲和女媧是人類始祖的傳說故事廣為人知,伏羲和女媧是有史以來第一對夫婦,他們生育了人類,並教給人類各種生存技能。

這些神話故事是不是真的呢?

DNA如何講故事

1987年,美國加州大學的生物學家瑞貝卡·卡恩和艾倫·威爾遜宣稱他們找到了「夏娃」,她是一名來自15~20萬年前的非洲女性,是全人類的「祖母」。

2000年,美國史丹福大學的生物學家昂德希爾找到了人類的「亞當」,全體人類男性的Y染色體基因全部來自6~9萬年前非洲的一位「祖父」。

2016年,復旦大學的生物學博士嚴實及其同事找到了六位中國人的「伏羲」,他們生活在約5000~6000年前,65%的現代中國人都是這六位超級祖父的後代。

原來神話傳說不都是騙人的?現今世界上幾十億的人類真的只由幾位祖先繁育而來?等等,「夏娃」和「亞當」的年紀可相差了幾萬年,這又是怎麼回事呢?

這一切都要從DNA溯源說起。我們知道,DNA是父母在生育過程中傳給子女的遺傳物質,子女的DNA跟父母的DNA非常相似,根據兩者DNA的相似度,很容易能判斷他們的親緣關係。那麼,很多年前的始祖,他們在生殖的過程中也會給後代傳遞DNA,我們能不能從現代人類的基因組中找到那些最古老的DNA,進而找到始祖呢?這就是基因家譜學要解決的問題。

一段DNA包含成千上萬對鹼基,當其中某一個鹼基發生突變時,我們稱之為單核苷酸多態性(SNP)。SNP在人體DNA中普遍存在,當祖先的DNA發生SNP時,它會被傳遞給後代,並且SNP發生過一次後要再過三千萬代才會二次突變,因此我們發現兩個人之間的SNP非常相似時,就說明他們有共同的祖先。

另一種突變標記短串聯重複序列(STR)與SNP連接在一起,就能指示SNP的發生時間。STR指的是一串在不同位置重複出現的特定的鹼基,它每次發生突變都會隨機地增加或減少一些鹼基。而STR發生突變的速度是可知的,平均每經歷一千個世代會有千分之一的STR發生突變,所以我們只要尋找到同一祖先的不同後代的STR最大的突變數,就可以推算出他們共同祖先的生活年代。

舉個例子,當兩個網友要在現實中見面時,他們可能會這樣說明自己的位置,「廣場上有個獅子雕像,從那裡往右邊走十步就能看到我」。在基因家譜學中,SNP就相當於獅子雕像,STR就是右走十步,我們得在現代人的DNA中找到一些始祖傳下來的DNA,再去判斷這些始祖DNA的具體年代,這樣才能最終定位到始祖。

DNA故事選著聽

當然,找到始祖SNP聽起來很容易,但僅僅一個人的DNA中可能就有百萬個SNP,這是他的歷代祖先一代代傳遞下來的,如何從海量的SNP中找到始祖傳遞下來的SNP呢?遺傳學家們會這樣縮小範圍,只找祖父一脈或祖母一脈傳下來的DNA,這樣能減少一半的工作量。

Y染色體是人類區分性別的染色體,含有Y染色體的為男性,不含Y染色體的為女性,因此Y染色體只能由父親傳給兒子。所以Y染色體上的DNA出現SNP時,只會是「祖父」傳下來的,從Y染色體上找「祖父」會簡單得多。

「祖母」該如何找呢?並不能從另一條性染色體——X染色體上找,因為男性和女性體內都含有X染色體,父母雙方都能將自己的X染色體傳給子女,X染色體的變化同樣很難追蹤。追蹤「祖母」靠的是研究線粒體DNA(mtDNA)的變化。

線粒體存在於細胞質中,它也攜帶有一些DNA。受精卵形成時,細胞質全部由卵細胞提供,因此孩子的mtDNA只來自於母親,只有傳給女兒的mtDNA才能繼續傳承下去,可以說mtDNA在女性中就如同Y染色體在男性中的存在。這讓「祖母」的溯源有了方向。

上述的研究正是分別從母系DNA和父系DNA中溯源得到的結論,如果計算沒有出錯的話,可信程度是非常高的。這告訴我們,史前不遠的時代,世界上確實有幾個超級祖先,絕大多數的現代人類都是他們的後代,也就是說,亞當和夏娃、伏羲和女媧確實是有其原型的,只不過其重要程度被誇大了。

看到這裡,也許你還有一個疑問沒解答,那就是「始祖父母」的年齡差怎麼會這麼大呢?那是因為,他們並不是真正的夫妻,甚至不是同一輩人。始祖母的女性後代在優勝劣汰的過程中佔據了上風,其他的女性全部湮滅在歷史長河中,唯有她的DNA傳承了下來。後來,始祖母的某一位後代遇上了始祖父,他們誕下的後代最終發展壯大成了現今的人類。

DNA的新故事

除了講述始祖的神話故事,古DNA還能給我們講一些八卦故事,例如某些名人家族的愛恨情仇和家庭糾紛。

曹操是三國時期最大的國家魏的開國君王,他一生中南徵北戰,統一了中國北方。夏侯家族是曹操門下最得力的武將家族,為了鞏固關係,兩家常常相互通婚,夏侯家主娶了曹操的小姨子,曹操又將女兒嫁給了夏侯家的兒子。曹操的政敵吳國人為了醜化曹操,寫了一本書叫《曹瞞傳》,書中說曹操的父親曹嵩原本是夏侯家的後代,以此諷刺他們家族亂倫。這是不是真的呢?

2009~2013年,復旦大學歷史學和人類學聯合課題組一直在進行曹操家族的DNA研究,希望能揭示曹操家族的親緣關係。學者們採集了許多可能是曹操後人的男性志願者的血液樣本,包括曹姓家族的280名男性和夏侯、操等姓氏的其他男性,共1000個左右的樣本,繪製了他們的基因圖譜。在真正的曹操的男性後代的Y染色體上,學者們找到了一類非常獨特的SNP,它非常罕見,在其他家族的男性身上出現的概率只有千萬分之三。而且據測算,這類SNP在1800年前就已經存在了,那時正是曹操生活的年代,因此可以作為曹操家族尋祖的標誌。

接著,學者們在安徽亳州的曹氏宗族墓中找到了曹操叔祖父曹鼎的屍骨,從他的牙齒中提取了DNA,也同樣找到了上述獨特的SNP。這證明了曹操的直系後代與曹操叔祖父有同樣的基因類型,他們擁有共同的祖先,而與夏侯家族並沒有關係。根據史書記載,曹操的父親確實是養子,這說明曹操的父親最可能是其祖父從其他兄弟處過繼來的。至此,曹操的身世之謎終於真相大白了。

除了曹操,古今中外還有許多撲朔迷離的家庭倫理故事,比如法國皇帝拿破崙和波旁家族的真正關係、誰是中國清朝「第一家族」愛新覺羅家族的真正後人等,基因家譜學將能真正揭開這些故事背後的真相。

未來,我們還能在古DNA中讀出什麼故事呢?

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