现代人来自何方这是一个困惑人们很久的难题。为了破解这个难题。世界各国的科学家正在做出种种推断和论证。生物学家深信。人类共同的母亲是存在的,这就是“线粒体夏娃”——
科学“伊甸园”内的“线粒体夏娃”
古代的人类对自身的来历就非常感兴趣,并且编纂了五花八门的神话和传说。例如在中国,我们的祖先早在几千年前就有盘古开天辟地、女娲抟土造人的故事;在古埃及,传说人是由鹿面人身的圣神哈奴姆在制造陶器的作坊里用泥土塑成,而后又与女神赫脱一起给这些泥人赋予了生命;在古希腊神话中,人和动物都是由普罗米修斯用泥土捏出来的,而后他又从天上给人类偷来了火种,并且教会了人类各种生存技能。基督教的《圣经》里也有一个大同小异的创世故事,上帝耶和华刚刚创造了天地之后的世界是一片荒芜不毛之地,于是上帝就为大地降下甘霖,便地上长出植物。而后耶和华又按照自己的模样用泥土造了一个男人,取名叫“亚当”,并且在东方造了一个花木繁茂、到处长着鲜美的果子的伊甸园给亚当居住。后来,上帝感到亚当一个人很孤独,就用亚当的一根肋骨又造了一个女人并取名叫“夏娃”。后来,夏娃偷吃了禁果,惹怒了。上帝,上帝就把亚当和夏娃赶出伊甸园,贬到尘世里生活了。亚当和夏娃就成为了以后所有人类的祖先,他们的后代不断地在地上繁衍。
如果说,在基督教的神话传说中,亚当和夏娃是人类的始祖。那么,在现实生活中,人类究竟有没有共同的母亲?
早在1987年1月,美国加州大学伯克利分校生化系的阿兰 · 威尔逊(Alan Wilson)和瑞贝克 · 凯恩(Rebeccal Cann)等就在英国《自然》(Nature)杂志上发表了题为《线粒体DNA与人类进化》的文章。论文的结论之一是:人类共同的母亲是存在的,这就是“线粒体夏娃(Mitochondrial EVe)”。根据科学家的调查和推算,人类共同的母亲很可能生活在15万年前的非洲。研究人员的依据就是基因。人体细胞的细胞质中存在着线粒体,其中也包含DNA,即线粒体DNA。这是一种特殊的基因,只能从母亲遗传给女儿。根据这一特点,研究人员研究了许多种族的妇女,包括非洲人、亚洲人、高加索人、澳大利亚人、北美土著人和新几内亚人,结果发现,所有女人的线粒体DNA基因图谱在某一段或一些位点上都很相似或者完全一样。这证明她们都有亲缘关系,很可能她们的染色体(即DNA)出自同一女人。科学家们甚至确定了人类走出非洲、跨越地球的路线:现代人类15万年前起源于非洲,然后在大约5万年前扩散到世界各地,他们从非洲东部进入了中东,然后到达东南亚和南亚地区,之后,又来到新几内亚和澳大利亚,最后到达欧洲和中亚。目前生活在苏丹、埃塞俄比亚和非洲南部的人们被认为是和远古非洲人类祖先最为接近的后代。
当然,“线粒体夏娃”的假说并非指人类都是源于唯一的一个女性,而是指现代人类的线粒体DNA都源于人类的其中一个女祖先。由于线粒体在母系传递的过程中会“丢失”,如一个女性没有留下后代或只有男性后代,,都会造成她的线粒体不再遗传下去,因此在所有的女祖先中,可能只有一个幸运的女祖先的线粒体及其DNA能流传至今。
《圣经》传说中,亚当和夏娃是人类的祖先,而现实中,人类共同的母亲是谁呢?
线粒体夏娃是人类共同的祖先吗?
“线粒体夏娃”的假说很快在科学界和舆论界传播开来,并得到不少人,特别是认为人类起源于非洲的科学家的支持这个假说的提出者后来也进一步分析了更多的数据,得出了相同的结论。这样,“线粒体夏娃”似乎已不再有任何神话的成分,而是曾经生活在地球上的一个人类祖先。
不过,有人发现在原来的数据分析中有一些漏洞,通过重新分析有关数据,得出了一些不同的结果,从而对人类的祖先是否在非洲、“线粒体夏娃”是否曾经存在等问题提出了异议。甚至有舆论认为,“线粒体夏娃”又重新回到神话世界了。另一方面,现代非洲种族的人类具有较多的遗传差异确是一个事实。因此,又引起了进一步的争论。
无独有偶,2001年初,英国牛津大学的遗传学家布赖恩 · 赛克斯对欧洲人线粒体DNA的研究表明,99%的现代欧洲人同是来源于七位女性,可以称为欧洲人的七位夏娃。赛克斯等人提取了近6000名志愿者进行线粒体DNA测试,发现这些人可以划分为七个组,每组都可归属于一名女性。因此赛克斯认为这七位女性是于4.5万年前先后从非洲来到欧洲的,同时建立了各自的家庭。
“线粒体夏娃”到底是现实还是神话,科学家凭什么来确定这一点?这得从线粒体说起。
线粒体是微小的菱形小体,成千上万地充满我们的每个细胞。它们内部基本上是空的,但具有复杂的膜结构。这些膜的面积,比你从线粒体外表所能想象的要大得多,而且很有用。这些膜是一座化学工厂:(更确切地说是一座发电厂)的生产线。受到精确控制的链式反应沿着这些膜进行,这个链式反应的步骤比任何人类化工厂里的反应步骤都要多。结果,源自食物分子的能量在控制之下一步步地被释放出来,并且以可再利用的形式储存下来,以便往后不论体内什么地方需要,随时都可以用于燃烧。若没有线粒体,我们一秒钟内就会死去。这就是线粒体的功能,然而我们在这里更关心的是线粒体是从哪儿来的。
原来,在久远的进化历程中,它们曾经是细菌。这一杰出的理论是由阿默斯特市马萨诸塞州立大学林恩 · 马古利斯(Lynn Margulis)首先提出的。这一理论最初曾被视为异端邪说,当时只有少数人对它感兴趣,而现在它已经被人们广泛接受,可以说是大获全胜了。在20亿年前,线粒体的远祖是独立生活的细菌。后来,它们与其他种类的细菌在较大的细胞里“定居"。所形成的(“原核”)细菌群落又变成大的(“真核”)细胞。我们每一个人都是数以百万亿计的互相依存的真核细胞群落。每一个这样的细胞,又是由数千个被驯化的完全封闭在细胞里的细菌组成的。线粒体在细胞里面就像细菌一样地增殖。据计算,如果一个人身体里所有的线粒体首尾相连排成一列,那它将不是绕地球一圈,而是能绕上2000圈。一只动物或一株植物,就是一个由相互作用的不同层次的小群落聚合而成的巨大群落,正如一片雨林。马古利斯博士关于起源的学说——细胞好似封闭的细菌乐园——绝非伊甸园的故事所能与之相比,它更令人激动、令人兴奋、令人振作。它还有另一个优势,那就是它几乎可以肯定是真实的。
线粒体有它们自己的DNA,同其他细菌一样仅存在于一个单环染色体内。线粒体DNA不参与任何性质的混合,不与躯体的主“核”DNA混合,也不与其他线粒体DNA混合。像很多细菌一样,线粒体只通过分裂来增殖。每当一个线粒体分裂为两个子线粒体的时候,每一个子线粒体得到与原有染色体一模一样的“拷贝”。从我们系谱学者的观点来看,现在你该看到它的妙处了。我们发现,当我们担心普通的DNA文本每一代都被性搅乱了证据,混淆了来自父系和来自母系的贡献所在时,线粒体DNA却有幸独善其身。我们仅仅从母亲那里得到线粒体。精子内只能容纳少数的线粒体,它们所能产生的能量,只够在精子游向卵子时提供给精子尾巴作动力。受精时,精子的头部被卵子吸收,而这些线粒体则同精尾一道被抛弃了。相比较而言,卵子的个体巨大。在卵子庞大且充满液体的内部,包含着丰富的线粒体种质。这些线粒体种质进入子代的身体。因此,无论你是女性还是男性,你的线粒体全部都来自最初接种的你母亲的线粒体,来自你外祖母的线粒体,而无一是来自你的父亲、祖父、外祖父或者你的祖母。线粒体构成了对于往昔的独立记录,没有被主细胞核的DNA所沾染,而主细胞核DNA是均等地来自你4位祖父母中的每一位,你8位曾祖父母中的每一位,等等,依此往前类推。
线粒体
线粒体DNA虽不受沾染,却不能避免突变,即复制中的随机差错。而且,它的变异率比我们“自己的”DNA要高这是因为,就像所有的细菌一样,它不具备我们的细胞在千万年间逐步形成的精确校对机制。
来自于同一个母本的线粒体基因,在时间的长河中以一种相对稳定的速度变异,假设变异速度为每一万年变化一个碱基,再假设你我之间在线粒体上的差异是3个碱基,很显然在大约3万年前必然存在着一个这样的女子,我们的线粒体都来自于她的最初版本,在3万年的时间中,我们的线粒体代代相传,一共发生了3次突变,换句话说在3万年前必然有一个分叉点。必须在此时分开,不然线粒体没有足够的时间突变3次。而处于该点上的母亲是最靠近我们的纯粹母系的共同祖先。由于线粒体DNA在复制中的随机差错,在你我的线粒体DNA中会有几处差异,根据差异的数量,可以推测出你我的祖先是在多久以前分岔的,这里所说,不是所有的祖先,而是我们在女性-女性-女性......一线上的祖先。如果你的母亲是位纯种的澳大利亚土著居民,或者是一位纯种的中国人,或者卡拉哈里土著居民,那么,你我的线粒体DNA之间确实会有许多不同。至于你父亲是谁就无所谓了,对你的线粒体都没有影响。你所有的男性祖先也都一样。
因此,就有了一本单独的线粒体《次经》,它与主要的家庭圣经一起代代相传,并有一个很大的优点:人类线粒体都来自于母亲,也就是说由母亲传给她的女儿,女儿再传给女儿,所有传给儿子的线粒体都及身而没,不能再向下传递这就叫母系遗传。很显然只要在某个家族的一代人中没有生出一个女儿来,那么该家族的线粒体就此消失,再也不可能出现。
对于任何两个个体来说,不管他们相互之间的差异有多大,都可以沿着母亲方面的世系追根溯源,一直追寻到享有共同线粒体序列的祖先。但是,线粒体的进化并没有告诉我们任何关于细胞核的遗传基因或者父亲方面的老祖宗。我们所能做到的只是通过线粒体,追寻到母亲方面的老祖宗。如果我们顺藤摸瓜,按照一个又一个分枝搜寻下去,你和我以及所有的人最终都可以联系到一起。因此,这个分枝不管多么庞大,多么繁茂,最终肯定有一个共同的根源。
因此,有些研究者认为:线粒体夏娃是所有现代人类最近的祖先。她是智人(Homo sapiens)中的一员。在非洲和非洲以外的地方都曾经发现过早得多的人科直立人(Homo erectus)化石。而比直立人更早的能人(Homo habilis)和各种南方古猿属(Australopithecus)化石(包括新近发现的400多万年前的南方古猿化石)则仅在非洲发现过。因此,如果我们是在过去25万年内迁徙世界各地的非洲人的后裔,那么这是非洲人的第二次大迁徙。有一批非洲人离开得更早,大约是在150万年以前,那时直立人迂回曲折地离开非洲,移居到中东和亚洲一些地方。线粒体夏娃理论认为,并非不存在早期亚洲人,而是那些早期亚洲人没有留下后代。不论你怎样看待这个问题,如果回到200万年以前,我们都是非洲人。线粒体夏娃理论还认为,即使回到仅仅几十万年前,现今存活的人类也都是非洲人。
先有“亚当”还是先有“夏娃"?
人类的浪漫在科学面前常常是底气不足,就像我们曾经那么愿意在葡萄架下谈论嫦娥奔月,那么喜欢看着银河而回味牛郎织女,但当科学一再提醒我们那只是几颗没有生命存在的大石头时,我们的遥望就显得有点尴尬。只是现在,科学又开始去“干扰"亚当和夏娃了。科学家们发现根本不可能有亚当和夏娃在伊甸园里相遇这一说。科学家们在最新的人类基因研究结果中发现,当今世界所有男性的最早祖先(科学家们将其称为“亚当")是生活在石器时代,距离现在有59000多年的一位非洲男子,而人类最早的女性祖先,也就是夏娃,在亚当出现的84000年前就诞生在非洲了。但是为什么现代男性的祖先比女性祖先年轻84000岁呢?这真是一个新的问题。科学家们对此的解释是,人类基因蓝图的演变就像一块拼图,在不同时期,不同现代人类的DNA会出现并在人群中扩散。
左图为科学家在埃塞俄比亚东南部地区的一个山谷中发现的16万年前的智人头骨。据悉,这是人类最早的近支祖先之一。右图为一头骨的智人复原图。
再有一点也多少使人感到兴趣,那就是我们最晚近的共同祖先更有可能是一个“亚当”,而不是“夏娃”。一夫多妻比数男共一妻可能性更大,这是因为,仅从生理上说,男性能生育几百,甚至几千个孩子。在《吉尼斯世界纪录大全》中,这一纪录已超过1000,创造这纪录的是伊斯玛利。女性即使在理想条件下,最多也只能生育二三十个孩子。女性的子女数较男性更平均。少数男人的孩子可能多得荒唐可笑,但这就意味着另一些男人连一个孩子都没有。如果有一个人完全不能生育,这个人更可能是个男人而不是女人;而如果有一个人拥有大多的后裔,这个人也更可能是个男人。因此,人类最为晚近的共同祖先,很可能是一个“亚当”,而不是一个“夏娃”。举个极端的例子,谁更可能是今日全体摩洛哥人的祖先?是伊斯玛利,还是他的某个不幸的妻妾?我们可以得出以下结论:第一,必定存在着一位我们可称为“线粒体夏娃”的女性,她是所有现代人最晚近的纯粹母系共同祖先。第二,必定还有一个称为“焦点祖先”的人,其性别尚不为人知,却是所有现代人通过任何遗传途径而来的最近的共同祖先。第三,虽然线粒体夏娃和“焦点祖先”有可能是同一个人,但这种可能性极小。第四,“焦点祖先”更有可能是男性,而不是女性。第五,"“线粒体夏娃”很可能生活在25万年前。第六,对于“线粒体夏娃"生活于何地,尚存争议,但是从已报道的观点看,人们仍倾向于非洲。只有第五条和第六条要靠科学证据来检验,前四条只需借助常理进行推断即可得出。
但是,祖先们掌握着解开生命之谜的钥匙。非洲夏娃的故事只是一个更壮丽、更古老的史诗限于人类这一局部的缩微。
美国哈佛医学院科学家说,线粒体里的DNA分子也会发生DNA片断交换和重组,这与此前人们所认为的不同。该成果发表在2004年5月14日出版的美国《科学》杂志上,这可能对以前的一系列科研成果造成冲击,涉及人类的进化、原始人类的迁徙,乃至各种人类语言之间的关系。哈佛医学院的科学家发现一名男子的线粒体DNA中,有一部分来自于他的父亲。为了检验线粒体DNA不会重组的假设是否正确,他们对这名男子和他的父母进行线粒体DNA序列比较。结果发现,有一些来自父亲的线粒体DNA片断混合在母系DNA中。进一步试验表明,负责复制线粒体DNA的酶停止复制母亲的DNA跳到父亲的DNA上从对应的位置开始复制时,就发生了线粒体DNA的重组。
这一成果显示,线粒体DNA可能并不那么稳定,而会因为自发变异之外的原因发生改变。寻找人类母系祖先的研究,比人们原先认为的更复杂。但是科学界相信,在可能改变遗传学和进化论现有的教条之下,相关而大规模的基因研究工作将持续进行下去。