直立人基因或通過遠(yuǎn)古雜交保留在現(xiàn)代東南亞人類中

一項最新研究利用古老牙釉質(zhì)中保存的蛋白質(zhì)證據(jù)，顯示早期人類物種之間的基因交流遠(yuǎn)比過去想象得更為頻繁，其中生活在東亞的直立人可能通過與丹尼索瓦人雜交，將部分遺傳物質(zhì)間接傳遞給當(dāng)今東南亞和大洋洲人群。

20世紀(jì)的大部分時間里，人類起源常被比喻為一棵整齊分枝的“進(jìn)化樹”：每一個人類近親物種都是一條獨立分叉的樹枝，最終僅有在非洲出現(xiàn)的智人成為延續(xù)至今的“主干”，并在走出非洲后取代了所有更古老的人類類型。 過去，尼安德特人、直立人等古人類通常被視作“進(jìn)化死胡同”，被認(rèn)為沒有在現(xiàn)代人中留下后代。 然而，在作者離開大學(xué)的三十年間，這一“整齊替代理論”在分子生物學(xué)和古基因?qū)W的新證據(jù)面前已被徹底顛覆。

本周由中國科學(xué)院古基因?qū)W家付巧妹團(tuán)隊發(fā)表在《自然》上的一篇論文，再次挑戰(zhàn)了這種線性進(jìn)化敘事。 研究團(tuán)隊從年代約為40萬年前的直立人化石牙齒中提取古老蛋白質(zhì)，獲取了在DNA早已完全降解的情形下仍可利用的有效生物學(xué)信息，這在十年前幾乎難以想象。 這些牙齒標(biāo)本來自中國的三個地點——周口店（即早期著名的“北京人”遺址）、和縣以及孫家洞，均被認(rèn)為屬于直立人個體。

直立人被廣泛視為首個走出非洲的人科成員，證據(jù)顯示這一物種早在近兩百萬年前便已遷入歐亞大陸，是迄今地理分布范圍最廣的人類祖先之一。 新研究通過蛋白質(zhì)“指紋”，提示約40萬年前東亞的直立人與丹尼索瓦人之間發(fā)生過基因交流，極有可能是通過雜交實現(xiàn)。 進(jìn)一步分析表明，這一遺傳貢獻(xiàn)的部分痕跡如今仍可在菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞以及更廣泛的東南亞人群基因組中檢測到。

研究依托的關(guān)鍵材料是牙釉質(zhì)蛋白。牙釉質(zhì)是人體最堅硬的組織，其內(nèi)的蛋白質(zhì)在極長時間尺度上依然能部分保存下來，即使DNA早已降解到無法提取。 團(tuán)隊在六枚牙齒樣本中發(fā)現(xiàn)了同一種此前未知的氨基酸變體——這是一種極微小但穩(wěn)定的分子標(biāo)記，僅僅是蛋白質(zhì)序列中的一個“字母”發(fā)生改變，卻從未在其他任何已知古人類或現(xiàn)存人群中出現(xiàn)。 這一獨特變體將東亞的這些直立人個體聚合成一個清晰的獨立群體，也為長期爭論的“和縣人到底是不是直立人”提供了有力分子證據(jù)。

除了這一“獨有簽名”，牙釉質(zhì)蛋白中還出現(xiàn)了第二種氨基酸變體，它并非直立人所獨有。 研究發(fā)現(xiàn)，相同的變體也存在于來自西伯利亞丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人材料中，這一古老人群被視作與智人不同的“神秘古人類支系”。 與之對應(yīng)的基因變體如今在現(xiàn)代人群中的分布呈現(xiàn)明顯的區(qū)域差異：在菲律賓人群中檢測頻率約為21%，而在印度人群則約為1%，與研究者基于丹尼索瓦人遺傳成分分布所做的預(yù)期高度吻合。

綜合這些數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊認(rèn)為最合理的解釋是：東亞的直立人群體通過雜交，將這一變體傳給丹尼索瓦人；隨后，攜帶該變體的丹尼索瓦人又在更晚時期與現(xiàn)代人類的祖先發(fā)生基因交流，將其“導(dǎo)入”東南亞及大洋洲相關(guān)人群的基因庫。 這種跨物種的遺傳物質(zhì)傳遞在演化生物學(xué)中被稱為“基因滲入”（introgression），反映的是物種間邊界在漫長進(jìn)化過程中并非絕對封閉。 曾被視作“絕路”的直立人譜系，如今看起來在現(xiàn)代人類基因組中留下了一條雖小卻可被可靠識別的分子“線索”，將一枚“北京人”牙齒與數(shù)十萬年后的亞洲人群連綴起來。

這項研究的意義遠(yuǎn)不止于確認(rèn)一個特定變體的來源或識別某幾個人群的遺傳片段，它更重要的啟示是：古人類之間的雜交并非罕見例外，而是一種常態(tài)。 近年來的基因組研究顯示，我們能夠獲取基因組數(shù)據(jù)的幾乎每一條主要古人類譜系中，都能找到混合的證據(jù)。 非洲以外的現(xiàn)代人普遍攜帶約2%的尼安德特人DNA，而巴布亞人和澳大利亞原住民則額外擁有2%至5%的丹尼索瓦人遺傳成分。

在西非人群的基因組中，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一些無法歸類的古老遺傳信號，被認(rèn)為來自尚未被化石明確對應(yīng)的“未知古人群”。 最新蛋白質(zhì)研究進(jìn)一步強(qiáng)化了另外一個推斷：丹尼索瓦人自身也從比它們更古老、更“偏離”的譜系中獲得過基因流，很大可能來自直立人或與之密切相關(guān)的群體。 2019年發(fā)表在《美國體質(zhì)人類學(xué)雜志》的一篇綜述梳理出，至少有三次不同的“類似丹尼索瓦人”的基因滲入事件發(fā)生在東南亞及大洋洲人群祖先身上，其中一些發(fā)生時間甚至接近2萬年前，時間跨度遠(yuǎn)超以往設(shè)想。

這些累積證據(jù)描繪的是一幅與“整齊分枝”的進(jìn)化樹截然不同的圖景，更像一張在漫長歲月中不斷交織的遺傳網(wǎng)絡(luò)。 我們今天的基因組，并非一條從非洲單向延伸出來、從未中斷的“純粹譜系”，而是由多個古人類群體共同“拼接”的馬賽克，每個群體都在各自的區(qū)域環(huán)境中形成獨特適應(yīng)，再在雜交過程中把部分優(yōu)勢變體“貢獻(xiàn)”給后來者。 例如，部分丹尼索瓦人來源的變體在巴布亞人的基因組中，與免疫功能調(diào)節(jié)相關(guān)，被認(rèn)為可能參與塑造其對特定病原體的響應(yīng)方式。

至于此次識別出的直立人來源變體，目前尚不清楚其具體功能意義，這一問題仍有待后續(xù)研究解答。 不過，從以往多種通過基因滲入傳播的變體來看，它們往往與適應(yīng)新環(huán)境有關(guān)，例如高海拔耐受、免疫防御乃至皮膚和代謝特征等。 因此，科學(xué)界推測，這一直立人變體之所以能在后世保留下來，很可能并非毫無生物學(xué)“角色”，而是以某種方式參與了人類對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)過程。

更引人遐想的是，這項工作對那些我們尚無法直接研究的“幽靈人群”提供了新的線索和工具。 化石證據(jù)顯示，直立人在印尼可能一直存活到約10萬年前；弗洛勒斯島上的“霍比特人”——佛羅勒斯人，在現(xiàn)代人抵達(dá)時仍然存在；而呂宋島上的呂宋人則是另一條獨立的人類譜系。 迄今為止，這些群體都沒有留下可供分析的DNA，甚至在本次研究之前，也沒有任何關(guān)于它們的分子層面信息可用。

這些島嶼人群是否也在某種程度上被“吸收”進(jìn)后來到的現(xiàn)代人類人群中，成為當(dāng)今基因組中極其微弱甚至尚未被分辨出的成分？ 過去，由于分析工具相對粗糙，科學(xué)家難以在復(fù)雜的遺傳背景下抽絲剝繭地識別這些微小信號。 如今，通過在牙釉質(zhì)中提取古蛋白并進(jìn)行高精度比對的“蛋白質(zhì)組學(xué)”方法顯示：如果在40萬年前的直立人標(biāo)本中能成功獲得可靠信息，那么將同樣技術(shù)應(yīng)用于佛羅勒斯人或呂宋人的牙齒材料，未來或許也能揭示它們是否為現(xiàn)代人類留下過哪怕微小的一段遺傳“回聲”。

在科學(xué)文獻(xiàn)中，人類進(jìn)化早已不再被簡單比作“一棵樹”。 一個更貼切的隱喻或許是“編織的河流”：諸多支流時而并行，時而分開，在漫長的地質(zhì)時間里不斷彼此分合、交匯，互相交換“水流”。 最新這項關(guān)于直立人牙釉質(zhì)蛋白的研究，則再一次印證：哪怕某些古人類種群在化石記錄中突然“消失”，它們在生物學(xué)意義上并未完全消亡，而是以片段化的遺傳記憶形式，持續(xù)存在于當(dāng)今人類的基因之中。