直立人基因或通過遠古雜交保留在現(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)間接傳遞給當今東南亞和大洋洲人群。

20世紀的大部分時間里，人類起源常被比喻為一棵整齊分枝的“進化樹”：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“進化死胡同”，被認為沒有在現(xiàn)代人中留下后代。 然而，在作者離開大學的三十年間，這一“整齊替代理論”在分子生物學和古基因?qū)W的新證據(jù)面前已被徹底顛覆。

本周由中國科學院古基因?qū)W家付巧妹團隊發(fā)表在《自然》上的一篇論文，再次挑戰(zhàn)了這種線性進化敘事。 研究團隊從年代約為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信息，這在十年前幾乎難以想象。 這些牙齒標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)。 進一步分析表明，這一遺傳貢獻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期高度吻合。

綜合這些數(shù)據(jù)，研究團隊認為最合理的解釋是：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“導入”東南亞及大洋洲相關人群的基因庫。 這種跨物種的遺傳物質(zhì)傳遞在演化生物學中被稱為“基因滲入”（introgression），反映的是物種間邊界在漫長進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。

這項研究的意義遠不止于確認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，科學家還發(fā)現(xiàn)了一些無法歸類的古老遺傳信號，被認為來自尚未被化石明確對應的“未知古人群”。 最新蛋白質(zhì)研究進一步強化了另外一個推斷：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的群體。 2019年發(fā)表在《美國體質(zhì)人類學雜志》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，時間跨度遠超以往設想。

這些累積證據(jù)描繪的是一幅與“整齊分枝”的進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。 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，再在雜交過程中把部分優(yōu)勢變體“貢獻”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，被認為可能參與塑造其對特定病原體的響應方式。

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，它們往往與適應新環(huán)境有關，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“角色”，而是以某種方式參與了人類對當?shù)丨h(huán)境的適應過程。

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”進后來到的現(xiàn)代人類人群中，成為當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，科學家難以在復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)中提取古蛋白并進行高精度比對的“蛋白質(zhì)組學”方法顯示：如果在40萬年前的直立人標本中能成功獲得可靠信息，那么將同樣技術應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”。

在科學文獻中，人類進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)存在于當今人類的基因之中。