通过限制作图，对5个地区群体中147人的线粒体DNAs（mtDNAs）进行了分析。假定所有这些mtDNA，是由一个在非洲生活了20万年的女人所产生。所调查的除非洲群体之外的所有群体，都有多种起源，说明每一个地区都是经过反复迁移多次的。

目前，有关人类进化历史的真实信息，主要还靠分子生物学所提供。对于猿进化为人的遗传分歧和人之间相互关联的遗传方式等问题；都由分子生物学提出了新见解。可是，有关人种内遗传进化图是含糊不清的，原因是基于核基因的比较，而核基因内的突变积累是缓慢的；再者，核基因是由父母双方遗传并在每一代中混杂。这种混杂给个体的历史布上了阴影并使重组出现；重组使得个体难以追踪除了被认为是紧密相关位点以外的个别DNA片段的历史。

我们对世界范围内的mtDNA的调查，在三个方面扩大了人类基因库的历史知识。首先，mtDNA加强了人类基因库内存在差异的观点，因为突变积累在mtDNA内比在核中快几倍；二是mtDNA是由母系遗传且不重组，是沟通个体间的桥梁；典型哺乳动物雌性特征如单倍体，这在每一个卵母细胞内，遗传影响mtDNA分子的群体大小方面是关键问题。这种母系和单倍体遗传方式，说明mtDNA比核DNA敏感得多，这明显减少了有机群体内的个体数量。繁殖的一对个体，仅能传递一种类型的mtDNA，但却携带核基因的4个单倍体，4个单倍体都可传给子孙_mtDNA较高的进化和特殊的遗传方式，提供了有关人类基因库是何时、何地以及如何发生和增长的新观点。

限制图

从145个胎盘和海拉以及CM3043两个细胞系，制备得高度纯化了的mtDNA；两个细胞系分别产生自一个美国黑人和一个原始南非洲人。多数胎盘（98个），获自美国医院，其余取自澳大利亚和新几内亚，样品代表5个地区：20个非洲人（代表撒哈拉沙漠附近区）；34个亚洲人（原始自中国、越南、老挺、菲律宾、印度尼西亚和汤加）；46个高加索人（原始自欧洲、北亚和中东）。20个非洲人中，仅有两个具有mtDNA型1和81，是在撒哈拉沙漠附近出生，其余18人是美国黑人，具有许多非非洲人核基因，可能是由高加索男性所提供，这些男性也许并不希望介绍任何mtDNA到美国黑人群体。我们的一致意见是：这18人中的多数是非洲人mtDNA的可靠来源，发现其中12人所具有的限制位点标记，已知仅仅或主要是在自然撒哈拉沙漠附近非洲人中出现（但并不是在欧洲人、亚洲人和美洲印第安人出现，而是在所有这些非洲人中）。这十二个人的mtDNA型分别为2—7，34—45以及82。介绍了纯化DNA所用的方法和有关头四组更详细的人种学信息。新几内亚人主要是来自巴布亚——新几内亚东部高原。

用12种限制酶（Hpal，Avail，Fnu Dll，Hhal，Hpall，Mbol，Taql，Rsal，Hinfl，Haelll，Alul和Ddel），把每个纯化过的mtDNA进行处理，制成高分辨率的定位图，通过把观察到的片断图和从已知人类DNA顺序预算出的片断图进行比较，为限制位点作图。用这种方法，我们鉴别了467个独立位点，其中195个是多形态的（即至少是在一个个体中是缺少的）。观察了每个个体的370个位点，占人类mtDNA基因组16569碱基对的约9%。

图比较

147个mtDNAs图可分为133个不同类型。其中7个类型不止在一个个体中发现，而没有一个个体所含类型是多于一种的。5个地区中，每个地区只有7个类型中的一种出现。例如，一个类型，发现在两个澳大利亚人中；在高加索人中另一种类型出现了三次和两个较多的类型出现过二次；在新几内亚，两个另外的类型出现三次；第7种情况是，发现了包含在6个个体中的另一种类型。矩形图表示的个体对之间限制位点数的差别示于图1。观察到任何两个人之间的平均差数为9.5，分布接近正常；把关系到大差额的数进行比较，有多余的成对。

从限制位点差数中，我们估价了每对个体核苷酸分歧的程度。这些估价为每100个碱基对0—1.3的替代，平均顺序分歧为0.32%，这和布郎（Brown）对21人进行的研究结果一致。

表1示出了所测5个群体中每个群体间和群体内顺序分歧的三个数值，方程表达了三个数之间的关系：

δ=δ_XY－0.5（δ_X+δ_Y）

δ_X是同一群体内个体平均成对的分歧（X）；δ_Y是对应的另外群体的值；δ_XP是属于两个不同群体（X和Y）个体间的平均成对分歧，δ是作过群体内分歧校正了的群体词的分歧。非洲人作为一组，比其他组变化大（δ_X=0.47）。当然，非洲人群之间的变化，和非洲人之间以及其他组之间的变化同样大（δ_XY=0.40-0.45）；亚洲人组内的变化，（δ_X=0.35），也比得上组之间的变化。对澳大利亚人，高加索人和新几内亚人来讲，组内变化接近一致（δ_X=0.23-0.25），组间变化稍大于组内变化。

当群体间的差距作群体内变化方面的校正时，它们变得非常小（δ=0.01-0.06）；校正的群体之间平均差距（δ=0.04）小于群体内个体间平均差距（0.30）的七分之一。因此：在人种内，多数mtDNA的变化，出现在群体之间 · 更进一步的详细分析支持了这种观点。

功能固定

从横越mtDNA基因组7个各自功能区的每个群体中计算出的顺序分歧（δ_X）示于图2。如以前所发现的一样，最可变的区域是替位环（δ_X=1.3），这是mtDNA分子的最主要的非编码部分；而最不易变化的区域是16S核糖体RNA基因（'S_X=0.2）。一般讲来，非洲人变化最多，亚洲人次之，遍及所有功能区。

进化世系图

通过简捷的方法，构建了关系133种人类mtDNA和参考顺序的世系图。为解释这个图，我们作了两项具有广泛经验支持的假定① mtDNA的严格的母系传递方式（出现在血统组中的任柯变化，必定是起因于血统中出现的突变；同时，母系和父系血统并不重组）；② 每一个体对其复杂的mtDNA基因组来讲都是同源的。因此我们可以认为在世系图中，现代人群中母系血统和共同雌性祖先相关连。（具有a型mtDNA）。

利用这些数据，可以画出许多最短或接近最短的图，经验实所有的图都具有图3中以下特征①，两个主要分支，一个主要由非洲人组成；另一个包括所有被研究过的5个群体。②，产生于多谱系的每一群体和广泛分布在世系图中的位置相关。Horai等人根据这个世系图，构建了非洲人和高加索人群体世系图；采取另一种方法，构建了日本人群体世系图。所有图都具有上述两个特点。

在所研究过的世系图中，有一个是由5个主要分支构成的世系图，而每一个分支，仅能产生5个群体中的一个群体，我们称这个图为“群体特性世系图”，比起图3中的长度最短世系图来，它需要的点突变多51个。在93个可提供种系发生信息的限制位点的其中22个上面，来度最短的世系图比起群体特性世系图来，要求的改变较少；而后者仅在4个位点上要求的改变较少；在其余97个位点上，两个世系图要求同样的变化。这样以来，通过22：4的标记，显示了长度最短的世系图的优点。在统计学上，可以否定两个世系图同样和数据相符假说；因为24：4显殊和预计的13：13不同。两看比较起来，长度最短的世系图显得更为简捷。

非洲起源

我们从图3推知，人类线粒体基因库可能起源于非洲。这些资料来自对仅仅连通非洲人mtDNA（图3.1-7）两个主要分支之一的观察；而第二个分支也引起非洲人mtDNA（37 ~ 41、45、46、70、72、81、82、111和113）。通过假定共同祖先是非洲人（图3中a），我们可使解释mtDNA型地理分布所需要的洲际迁移数降至最低。接下来的是b，很可能是所有非非洲人和许多非洲人mtDNAs（图3.8-134）的共同祖先。

多谱系民族

世系图（图3）第二个涵义，是指每一个非非调群体有多种起源；新几内亚人可以说明这一点。例如mtDNA49，近亲谱系不是在新几内亚，而是在亚洲（50）。欧洲人谱系50比起其他亚洲人mtDNA谱系来，在血统关系上，更接近新几内亚人谱系。6个另外的血统，只是导致新几内亚人mtDNAs，每一个都是在世系图中的不同地方起源（图3、12、13、26 ~ 29、65，95、127 ~ 134）。这样一来，在新几内亚这样一个小区域内，似乎是至少有7个母系血统迁移过（表2 ~ 3）。

用同样方法，我们计算了澳洲、亚洲和欧洲（表2 ~ 3）迁移的雌性血统的最低数。每项计算，都是以图中的特定区域簇为基础的。这些数目，是由15-36范围的数组成（表2—3）。这也许会导致更多类型人类mtDNA的发现。

假定的时标

通过假定人类mtDNA顺序分歧是以恒定的速度进行积累，便可确定世系图中的时标。估算这种速率的方法之一，是考虑到特定于新几内亚、澳大利亚和新世界的簇内差异的程度（表2. 参考文献23和30）。相对讲来，人们迁来这些地区较晚：对新几内亚至少是3万年前，澳大利亚至少是4万年前，新世界至少是1.2万年前。这些时间，可帮助我们算出人类mtDNA分歧的平均速度为每一百万年2 ~ 4%，其他地方另有详细介绍。这个速率和以前从不同动物如猿、猴子、马、犀牛、鼠、小白鼠、鸟和鱼中估算的结果一致。所以我们认为，以上2—4%的估算对人类来讲是合理的，当然需要做更多的比较研究工作，以获得更确切的校正结果。

如图3所示，共同祖先的mtDNA（a型），和平均分歧接近0.57%的mtDNA相连。假定每百万年的分歧率为2 ~ 4%的话，那么就是说，存活的mtDNA的共同祖先存在于14-29万年前；同样，b-j祖先可能出现在6.2 ~ 22.5万年前（表3）。非洲迁移是何时开始的呢？mtDNA的最大年龄簇包括非非洲人，是由祖先C产生，包括了图3中的11 ~ 29。明显年龄是9 ~ 18万年，可能开始在非洲。然而，也具有是在2.3 ~ 10.5万年前（表2）出现撤出的可能性。所以，mtDNA结果，不能告诉我们确切的迁移开始的时间。

有关mtDNA的其他研究

以前两项有关人类mtDNA的研究，都包括了非洲人个体，两项研究结果都证实，人类的mtDNA基因库是起源于非洲。约翰逊（Johnson）等人对来自非洲、亚洲、欧洲和新世界的200个mtDNA每个中的40个限制位点进行了测定，发现了35种mtDNA。如此少量mtDNA种，也许反映出他们所用的方法并不能区别开小于0.3%的mtDNA的差别，也并不可对他们观察到的地理起源引起的大的mtDNA簇作出解释。（比较起来，我们的方法可区别开0.03%mtDNA的差别）。尽管约翰逊等人主张亚洲起源，但他们同样发现了非洲人的mtDNA变化最大；同样得出非洲起源。

格林伯（Greenberg）等人对4个高加索人和三个美国黑人的mtDNA中包括替位环（D环）在内的大的非编码区进行了排序。用中点求根法，把7个D环顺序的简单世系图示于图4，这个世系图说明① D环进化率最高（比其他的mtDNA区至少快5倍），② 美国黑人的D环顺序中，存在的差别较大，③共同祖先是非洲人。

核DNA的研究

根据核基因的比较研究对遗传图距作出估价，并由对mtDNA的估价，确定核基因产物的不同特性。后者是根据mtDNA基因组之间突变差别的实际数据；前者是根据从群体间和群体内测出的分子变化频率的不同。基因频率可受重组、遗传漂变、选择和迁移的影响，所以，不能够从时间和突变图距所建立的直接关系中预计以核基因为基础的遗传图距；但是，根据对多态血型、红细胞酶和血清蛋白质的研究表明：① 种族组之间的差异小于组内差异；② 最大的基因频率差异出现在非洲人和其他群体之间，说明人类核基因库是起源于非洲人。对核DNA中限制位点多态性进行的最新研究支持了这个结论。

关于化石的记载

我们对世系图（图3）所作的假定解释以及由此推论的时标问题（表1）和化石的记载是相吻合的：古猿向现代直立人的转化，首先出现在10—14万年前的非洲，所有现代人都是非洲群体的后代。考古学家们对8—9万年前在非洲使用的刀具进行了研究，证实很久以前就在亚洲和欧洲轮换了片状工具。但是，我们从分子学得出的结论和产生自古人类学以及考古学的证据之间的一致性问题，有两方面的原因需要慎重对待，① 有关遗迹的年代问题存有许多不确切之处；② 通过mtDNA分歧，我们把14 ~ 28万年前的非洲人视为人类共同祖先，但这并不必指示古猿向现代直立人的转化，也是在这同一时期内完成。因此/有关mtDNA的数据告诉我们，由雄性及灭绝了mtDNA的雌性的遗传及培养特性，不能确定转化实现的时间问题。

基于证据的有关人类进化的另一种观点认为，人类出现在亚洲和非洲至少有100万年了；并且古猿向现代直立人的转化，是在远古时代的不同地方同时进行。这种假说，诱使我们去预计广泛不同于现代mtDNA基因库的极古老的遗传差异。这种假说难以和mtDNA结果相符合。在特定于世界的非非洲部分的簇内的最大分歧对应的时间仅为9 ~ 18万年。这一点起码可以说明，在我们人种的基因库内，没有早期亚洲人（如爪哇人和北京人）所提供的存活mtDNA血统。这种推论和最近由古代亚洲人残骸中发现的现象相吻合；说明亚洲人不像是人类的祖先。非非洲人群体，可能是由非洲人迁入的结果。不完全的化石指示，在西亚（7.5—15万年前）和5—7万年前可能存在的早期现代人，也许反映出第一次的迁移。

假如说古代亚洲人和非洲人进行杂交而产生了现代人的话，那么，我们将会预计到有极度分歧的mtDNA在现代的亚洲人中出现，分歧大于在非洲人中发现的任何mtDNA分歧。而实际情况是，在所研究的亚洲人中，并无这类mtDNA的证据；虽然说是这些古老的mtDNA会从杂交的群体中消失，可mtDNA谱系在扩大的群体中废止的可能性是很小的。由此我们提出：亚洲人是迁移来的，并无亚洲人和非洲人的混血群体。

结论和展望

有关mtDNA的研究，提出了现代人是何时何地以及是如何发生的新观点，这些观点，和古人类化石提供的证据相吻合。对存在于人和非洲猿群体中的核DNA分歧的所有量度进行更多量的估价也是很重要的。通过把核和mtDNA进行比较，或许可以揭开伴随人种起源出现在群体大小方面的“谜”；古人类学、考古学和分子生物学间的相互配合，会把关于人种发生问题的分析研究推向深入。

［Nature，第325卷，第6096期，1987年］