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從化石研究到基因研究,依然年輕的古人類學(xué) | 宇宙自然生命簡史 69

 科學(xué)聲音 2021-04-08

上期我們講到,阿舍利工具沒有隨著智人的遷徙出現(xiàn)在一些地區(qū),這個問題還沒解決,隨后又出現(xiàn)了許多其他令人費解的問題。其中最令人困惑的一個問題出自澳大利亞的內(nèi)陸地區(qū)。1968年在新南威爾士州的一個叫蒙戈的干涸湖床上,地質(zhì)學(xué)家鮑勒(Jim Bowler)意外地發(fā)現(xiàn)了一塊古人類的化石。當(dāng)時認(rèn)為,澳大利亞出現(xiàn)人類的時間不會早于 8000 年前,但蒙戈湖卻是在 12000年前就干涸掉了。因此,是什么人到了這么一個荒涼的地方呢?

圖:地質(zhì)學(xué)家 Jim Bowler

問題的答案是令人震驚的。放射性年代測定表明,那塊古人類化石的年齡是 2.3 萬年。在那時,蒙戈湖有很多的水和魚,足有 20 公里長,是一個很宜居的地方。在附近又發(fā)現(xiàn)了年齡達(dá)到 6 萬年之久的古人類化石。這實在大大出乎人們的意料,似乎是不可能的事情,因為自從人科動物出現(xiàn)以來,澳大利亞都是一塊獨立的大陸,任何人想要到達(dá)這里,都必須渡過 1000 公里寬的海洋,并且還要有足夠多的人口數(shù)量,才有可能生存繁衍下來。蒙戈人可能是在澳大利亞的北部上的岸,然后又向內(nèi)陸深入了 3000 公里。這表明,澳大利亞出現(xiàn)人類的時間要早于 6 萬年前。

他們是怎樣到的那里?為什么要去那里?這些問題至今無法回答。而且,沒有證據(jù)表明 6 萬年前的古人類會說話,這就不可能有很強(qiáng)的協(xié)作能力。那他們?nèi)绾文芙ㄔ齑唬瑱M渡大洋,在新大陸上殖民呢? 

古人類學(xué)者桑恩說,對于史前人類的活動,我們不知道的東西太多了。十九世紀(jì)的人類學(xué)家第一次來到巴布亞新幾內(nèi)亞時,吃驚地發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)厝嗽诟叩厣戏N植甘薯。而這種植物的原產(chǎn)地是南美洲。它們是怎么被帶到巴布亞新幾內(nèi)亞的呢?我們完全沒有概念。只有一點是肯定的,人類四處遷徙的時間要比過去認(rèn)為的早得多,這些古人類不僅分享了信息,還分享了基因。

在地球上和保存人類骸骨能搭上邊的地方并不多。要不是有幾處像東非的哈達(dá)爾和奧杜威這樣的地方,我們知道的東西會更少。整個印度只發(fā)現(xiàn)了一塊大約 30 萬年前的古人類化石。在伊拉克到越南的這 5000 公里之間,就發(fā)現(xiàn)了兩塊化石,除了那塊在印度的,還有一塊尼安德特人的化石是在烏茲別克斯坦發(fā)現(xiàn)的。沒有多少東西可供研究的。只有很少的幾個地方化石比較多,比如東非大裂谷和剛才說到的澳大利亞的蒙戈。而在這兩個地區(qū)之間,幾乎一無所獲。所以也難怪古生物學(xué)家很難把這些零星的東西串起來。

人類遷移的主流觀點認(rèn)為,古人類從非洲擴(kuò)散到歐亞大陸經(jīng)歷了兩次浪潮。第一波是在大約200萬年前,直立人以不可思議的速度離開非洲,幾乎是與他們在非洲的出現(xiàn)同時開始的。他們在不同的地區(qū)定居下來,最后進(jìn)化成不同特色的人種。在亞洲,成為了爪哇人和北京人。在歐洲,先是成為海德堡人,而后又成為尼安德特人。

第二波大約是在 10 多萬年前,一種更加靈巧的人種在非洲平原上出現(xiàn)了,這就是智人,我們現(xiàn)代人類的直系祖先。他們開始向四周擴(kuò)散。無論他們走到哪里,那些較為愚鈍和不大靈活的直立人就會被取代。至于到底是如何取代的,專家們一直爭論不休。沒有屠殺的跡象,因此,大多數(shù)權(quán)威專家認(rèn)為,智人是在生存競爭中勝出的,盡管也不排除其他一些因素,比如有可能我們把天花傳染給了他們,真正的原因很難確定。只有一點是肯定的:我們活到了今天,而他們沒有。

真正意義上的現(xiàn)代人類到底是首先在哪里出現(xiàn)的,至今依然是個謎。有意思的是,我們對自身起源的了解還不如對任何一支人科動物了解得多。這是挺奇怪的一件事,正如塔特薩爾所指出的,“在人類的進(jìn)化史上,離我們最近的大事件就是現(xiàn)代人的出現(xiàn),但恰恰是這個事件,可能是最撲朔迷離的?!钡谝粔K真正的現(xiàn)代人的化石目前還沒有一致公認(rèn)。有許多書里,把在南非克萊西斯河口發(fā)現(xiàn)的古人類化石,作為第一塊現(xiàn)代人的化石,它距今 12 萬年。但也有很多人認(rèn)為那不是完全的現(xiàn)代人。塔特薩爾和施瓦茨就堅持認(rèn)為:“現(xiàn)代人是它們中的一部分還是全部,尚待確認(rèn)?!?/p>

2018 年 1 月份,在著名的《科學(xué)》雜志網(wǎng)站上刊登了一篇文章[1],指出一塊在以色列出土的上頜骨化石是最古老的智人化石,年代測定的結(jié)果是距今 17 到 19 萬年,比之前認(rèn)為的智人 12 萬年前走出非洲又大大提前了,如果這個結(jié)論最后被科學(xué)共同體廣泛接受的話,那么智人走出非洲的結(jié)論又將被改寫。但我一再提醒大家,一個已經(jīng)形成共識的主流科學(xué)觀點要被推翻是需要過硬的證據(jù)和時間的。哪怕是頂級的《科學(xué)》雜志發(fā)表的觀點,只要它是足夠驚人的,那么一樣需要接受全世界同行的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。只有在經(jīng)過了時間的考驗后,才能成為一個新的主流科學(xué)界的共識,現(xiàn)在說智人走出非洲的歷史已被改寫還為時尚早。

圖:以色列出土的被認(rèn)為是最古老的智人化石的上頜骨化石

在非洲北部,從未發(fā)現(xiàn)過尼安德特人的化石,但他們發(fā)明的工具卻在那里隨處可見??隙ㄊ怯腥税压ぞ邘チ四抢铮@只有可能是現(xiàn)代人干的。我們還知道,在中東地區(qū),尼安德特人與現(xiàn)代人共存了數(shù)萬年,但我們不知道他們是在同一區(qū)域生活還是彼此為鄰?,F(xiàn)代人很樂于使用尼安德特人的工具,這就很難說清誰更占優(yōu)勢。同樣奇怪的是,阿舍利工具在 100 多萬年前的中東就出現(xiàn)了,但在歐洲出現(xiàn)的時間僅是在 30 萬年前。問題又來了,為什么有能力制造工具的人不帶著它們?nèi)W洲,這也是一個謎。

很長一段時期中,人們認(rèn)為,歐洲最早的現(xiàn)代人,也就是克羅馬農(nóng)人,在向歐洲大陸推進(jìn)的過程中,將尼安德特人驅(qū)趕到了西海岸,除了跳海和滅絕,他們別無選擇。事實上,現(xiàn)在我們已經(jīng)知道,克羅馬農(nóng)人從東部向內(nèi)陸前進(jìn)時,在遙遠(yuǎn)的西部,也有他們的存在。但令人奇怪的是,克羅馬農(nóng)人來到歐洲的時期,歐洲大陸恰好從相對較溫暖的氣候進(jìn)入了一段長期的嚴(yán)寒期(古氣象學(xué)家稱為波特利爾間冰期)。不論克羅馬農(nóng)人出于什么目的來到歐洲,肯定不是因為宜人的氣候。

圖:還原出的克羅馬農(nóng)人

但從證據(jù)的角度看,要說尼安德特人在面對克羅馬農(nóng)人的競爭時一敗涂地,也有點言過其實了。尼安德特人是很頑強(qiáng)的。在數(shù)萬年的時間中,他們所要面對的環(huán)境,是只有極少數(shù)的現(xiàn)代極地科學(xué)家和探險家才經(jīng)歷過的惡劣環(huán)境。在冰川期最嚴(yán)酷的時候,颶風(fēng)級的狂風(fēng)掀起的暴風(fēng)雪是家常便飯。氣溫常常低于零下 45℃,北極熊都已經(jīng)在英格蘭南部的雪谷中出沒了。

在最寒冷的時期,尼安德特人也扛不住而朝南方后撤,但即便如此,他們所經(jīng)歷的氣候條件也和現(xiàn)在的西伯利亞的寒冬一樣可怕。毫無疑問,他們曾歷經(jīng)磨難。一個尼安德特人能活過 30 歲就已經(jīng)是十分幸運的了。但是作為一個物種來說,他們具有超強(qiáng)的適應(yīng)能力和不屈不撓的品質(zhì)。他們至少生存了 10 萬年,也可能是 20 萬年。活動范圍從直布羅陀一直到烏茲別克斯坦,這對于任何一個物種來說的,都算是相當(dāng)成功的了。

尼安德特人到底長得什么樣,至今依然眾說紛紜、莫衷一是。直到二十世紀(jì)中葉,人類學(xué)界普遍接受的觀點是,他們舉止笨拙,躬著身體,拖著腳走路,是穴居人中的佼佼者。但是 1947 年發(fā)生在一個古生物學(xué)家身上的小悲劇,卻促使科學(xué)家們重新審視之前的觀點。

這位古生物學(xué)家叫阿拉姆伯格(Camille Arambourg)。有一次,他在撒哈拉沙漠考察,大中午的時候,躲在輕型飛機(jī)的翅膀下休息。誰知飛機(jī)突然爆胎了,機(jī)身猛地一傾斜,他被重重地撞了一下。他后來回到巴黎拍了張 X 光片,竟發(fā)現(xiàn)自己脊椎的排列方式與躬著身體的尼安德特人完全一樣。這說明,要么他是原始的尼安德特人,要么我們之前對尼安德特人身姿的推測是錯誤的。答案顯然是我們搞錯了。

圖:古生物學(xué)家 Camille Aramborg

直到現(xiàn)在,還是有不少人認(rèn)為,尼安德特人智力很低,他們與新來的智人根本無法在同一層面上競爭。有些書上的觀點是這樣的,現(xiàn)代人以更舒適的衣著、更先進(jìn)的取火方式、更好的住所,戰(zhàn)勝了尼安德特人身體強(qiáng)壯的優(yōu)勢。而尼安德特人處境尷尬,它們維持強(qiáng)壯的身體需要更多的食物。按這種說法,讓尼安德特人成功存續(xù)了 10萬年之久的身體優(yōu)勢,反而突然成了他們難以克服的劣勢。

還有一個最重要的問題,幾乎從來沒有人提出過合理的解釋:尼安德特人的腦容量居然比我們現(xiàn)代人要大很多。他們有 1.8 升,而我們只有 1.4 升。這個差別甚至比早期的智人與晚期的直立人的差別還要大,而我們基本不把直立人當(dāng)做真正的人。對此的一種解釋是說,雖然我們的腦容量較小,但卻更高效。但我們拿不出這方面的證據(jù)。

最早的時候,我們認(rèn)為現(xiàn)代人是“多地區(qū)起源說”。就是說,人類的進(jìn)化是一個連續(xù)的過程,從南方古猿進(jìn)化到能人和海德堡人,再進(jìn)化到尼安德特人。因此,現(xiàn)代智人是從更為古老的人屬進(jìn)化而來的。根據(jù)這種觀點,直立人并不是一個獨立的種屬,而只是一個過渡階段。于是,現(xiàn)代中國人就是當(dāng)時在中國的直立人后裔,歐洲人也就是在歐洲的直立人后裔,以此類推。

但多地區(qū)起源說一出來就立即遭到了反對。反對者認(rèn)為,這個假說需要一個前提,那就是所有生活在遠(yuǎn)古世界中的人科動物,無論是在非洲、中國、歐洲,還是在偏遠(yuǎn)的印尼群島,他們都得是同步進(jìn)化才行,這個前提不大可能成立。還有一些反對者認(rèn)為,多地區(qū)起源假說鼓勵了種族主義思想,而這正是人類學(xué)致力于擯棄的觀點。上世紀(jì)六十年代初,賓夕法尼亞大學(xué)著名的人類學(xué)家法恩認(rèn)為,現(xiàn)代人類中的不同種族有著不同的起源,這就暗示了有些種族可能會比別的種族更優(yōu)越。這個觀點讓我回想起另外一個更早一些的觀點,說現(xiàn)代人中的某些種族,例如非洲的“叢林部落”和澳大利亞的土著比其他現(xiàn)代人更原始。

不管庫恩自己是怎么想的,在很多人看來,他觀點的言外之意就是有些種族生來就更優(yōu)越。這種觀點是極為令人反感的,但直到?jīng)]多久之前,在許多正式的場合,這種觀點依然挺有市場。時代生活出版社 1961 年出版的《人類的史詩》一書,是根據(jù)《生活》雜志上的一系列文章編撰的。在書里你可以讀到這樣的話:“羅德西亞人……生活在 25000 年前,他們可能是非洲黑人的祖先,腦容量接近于智人?!睋Q句話說,非洲黑人的祖先僅僅是比較“接近”智人。

讓我們改變這些舊有的觀點依靠的當(dāng)然還是證據(jù),否則嘴仗永遠(yuǎn)打不完。1999 年在葡萄牙發(fā)現(xiàn)了一副小孩的骸骨化石,距今 24500 年。這副骨架從總體上來說是一個現(xiàn)代人,但又同時具有某種古人類的特征,很可能是尼安德特人。他有著過于粗壯的腿骨,牙齒明顯突兀。而且,在顱骨后部有一個鋸齒狀的凹痕(當(dāng)然這一點是有爭議的),但這明顯是尼安德特人的特征。研究尼安德特人的權(quán)威專家特林考斯(Erik Trinkaus)宣稱這個孩子是一個混血兒,是現(xiàn)代人和尼安德特人交配過的明證。但是,有些人并不完全贊同,他們覺得現(xiàn)代人和尼安德特人各自的特征在這個孩子身上沒有真正混合起來,這是令人生疑的。有一個反對者打了個比方:一頭騾子,它不會從前面看像驢,從后面看像馬。

圖:還原出的這個小孩

塔特薩爾認(rèn)為這個孩子只是一個生來特別強(qiáng)壯的現(xiàn)代人小孩。他承認(rèn)或許現(xiàn)代人和尼安德特人有過“雜交”,但他不信這樣的后代具有生育能力。(有一種可能是尼安德特人與現(xiàn)代人具有不同的染色體數(shù)量。這種情況是有可能的。比如馬有 64 對染色體,驢有 62 對,它們交配后生出的騾子有 62 對染色體,但騾子沒有生育能力。)

圖:塔特薩爾

由于在化石研究上很難有突破,科學(xué)家們越來越轉(zhuǎn)向基因研究,尤其是對線粒體 DNA 的研究。線粒體 DNA 是在 1964 年被發(fā)現(xiàn)的。到了上世紀(jì)八十年代,加州大學(xué)伯克利分校的一些科研人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),線粒體 DNA 可以充當(dāng)某種分子鐘,因為它具備兩個特點:第一,它只能由母親傳給女兒;第二,它發(fā)生突變的概率是普通 DNA 核酸的 20 倍。通過跟蹤突變率,科學(xué)家們可以繪制出基因譜系圖,確定不同人群之間的淵源。

1987 年,威爾遜(Allan Wilson)領(lǐng)導(dǎo)了一個科研小組,分析研究了 147 個人的線粒體 DNA,最后宣布的結(jié)論是:現(xiàn)代人起源于 14 萬年前的非洲,而且所有現(xiàn)代人都是同一支古人類的后代。這個結(jié)論是對多地區(qū)起源說的重創(chuàng)。但是,隨后就有人對數(shù)據(jù)進(jìn)行了更加細(xì)致的研究,又得出了一個極為重要的結(jié)論,這個結(jié)論差點兒推翻了威爾遜的成果。人們發(fā)現(xiàn),用作研究樣本的“非洲人”其實是非洲和美洲的混血兒。他們的基因在過去的數(shù)百年中顯然已經(jīng)融合了。接著,原先假定的基因突變率也遭到了懷疑。

1997 年,慕尼黑大學(xué)的科學(xué)家從一段尼安德特人的臂骨中成功提取出了 DNA。經(jīng)過一番分析,他們發(fā)現(xiàn)尼安德特人的 DNA 是獨特的,從基因的角度來說,他們與現(xiàn)代人沒有聯(lián)系。這是一個能站得住腳的證據(jù)。多地區(qū)起源說遭到了真正意義上的沉重打擊。

然后,到了 2000 年,《自然》和其他一些雜志都報道了一項瑞典的線粒體 DNA 研究成果。通過對 53 個人的線粒體 DNA 研究表明,所有的現(xiàn)代人都來自非洲,時間不超過 10 萬年。我們所有的祖先加起來也就 1 萬人左右。沒過多久,麻省理工基因研究中心主任蘭德(Eric Lander)宣布:所有現(xiàn)代歐洲人,可能還包括更多地區(qū)的人,都是不超過區(qū)區(qū)幾百個非洲人的后代,他們最遲于 25000 年前離開非洲。

2010 年,德國萊比錫普朗克演化人類學(xué)研究所提取過尼安德特人的一個大約 60% 的基因組,這個樣本來自克羅地亞一處洞穴中發(fā)掘出的化石??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),尼安德特人和如今的歐亞人共享一定的基因突變,但與現(xiàn)代非洲人并無共通之處。科學(xué)家得出結(jié)論,人類一定是在離開非洲大陸后和尼安德特人進(jìn)行了混種繁殖。2013 年,普朗克研究所的研究團(tuán)隊重構(gòu)了一名男性尼安德特人的完整基因組。這些基因來自西伯利亞阿爾泰山脈發(fā)掘的一塊距今至少 5 萬年的趾骨。通過比較阿爾泰山脈尼安德特人的基因組和現(xiàn)代人類的 DNA,確認(rèn)了混種繁殖的存在。

有關(guān)尼安德特人的最新研究進(jìn)展可以參考2016年2月23日《紐約時報》的一篇文章[2],文章中說,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在除了非洲人之外的人類身上,有 1% 到 2% 的 DNA 來自尼安德特人。這份基因遺產(chǎn),是大約 5 萬年前尼安德特人和歐亞人的共同祖先混種繁殖的結(jié)果。近期的研究表明,尼安德特人的基因甚至影響著當(dāng)今人類的健康,與包括過敏和抑郁在內(nèi)的多個病狀有關(guān)。科學(xué)家現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)基因的流動是雙向的。

圖:古人類學(xué)還有很長的路要走

在《自然》雜志 2016 年 2 月發(fā)表 的一篇研究論文中,一組科學(xué)家提交的案例表明,混種繁殖使得西伯利亞的尼安德特人帶有部分人類 DNA。這群科學(xué)家由此得出結(jié)論,這種交融發(fā)生在約 10 萬年前。但這一時間卻引發(fā)了爭議,因為大量證據(jù)顯示,直到 5-6 萬年前,如今不在非洲的人類的祖先才走出了非洲大陸。那么,這些尼安德特人有可能是從一群早期的神秘人類遷徙群體身上獲得了 DNA 嗎。圍繞著尼安德特人的謎團(tuán)依然等待著科學(xué)家們?nèi)テ平狻?/p>

這期節(jié)目,我給大家找了一個展示阿舍利工具的小視頻,這把工具是在歐洲出土的,現(xiàn)在在博物館中展出??茖W(xué)有故事,咱們下期接著聊。 


資料來源:

[1] http://science./content/359/6374/456

[2] https://www./2016/02/23/science/ancient-humans-may-have-left-a-genetic-mark-on-neanderthals.html 

說明:

《宇宙自然生命簡史》是我重譯、改編的《萬物簡史》。

1、修正了原書中不準(zhǔn)確的知識點。

2、更新了最近這 10 年來的科學(xué)進(jìn)展。

3、補(bǔ)充新增大量相關(guān)知識點。

4、直接翻譯自英文原著,沒有使用原譯。

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