文/大衛(wèi)·賴克（David Reich）

54000年到49000年前，現(xiàn)代人類的祖先走出非洲后,，和另一種人類——尼安德特人發(fā)生了雜交混血。雖然尼安德特人早已滅絕了,，但在當(dāng)今非洲以外人群的基因組中，大概有1.5%到2.1%源自尼安德特人,。他們成了活在我們DNA里的“幽靈”,。

2014年，我們對(duì)羅馬尼亞骨頭洞穴中發(fā)現(xiàn)的骸骨進(jìn)行了DNA測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，這具約4萬(wàn)年前的現(xiàn)代人個(gè)體中擁有6%到9%的尼安德特人血統(tǒng),，遠(yuǎn)高于今天的2%,。在這個(gè)個(gè)體身上,，我們發(fā)現(xiàn)某些尼安德特人的DNA片段能夠占到他的染色體長(zhǎng)度的1/3,，這說(shuō)明：追溯他的祖先，那么6代以內(nèi)必定有一個(gè)真正的尼安德特人,。那么,，尼安德特人的血統(tǒng)傳到今天怎么就只剩下了2%？

現(xiàn)代人（左）和尼安德特人（右）頭骨對(duì)比。圖源：Smithsonian Magazine

歐洲早期現(xiàn)代人和尼安德特人面部復(fù)原圖對(duì)比,。圖源：Wikipedia

混血種的生育能力較低，可能會(huì)降低尼安德特人血統(tǒng)在當(dāng)代人身上所占的比例,。這種可能性最早由勞倫特·?？怂箍品埔↙aurent Excoffier）提出。他從動(dòng)植物的相關(guān)研究中了解到,，當(dāng)一個(gè)種群遷移到一個(gè)新的區(qū)域，它與新區(qū)域本地的種群哪怕只發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)雜交，也足以在后代中產(chǎn)生一個(gè)高的混血比例——這比在當(dāng)代非洲以外人群身上看到的,、僅2% 的尼安德特人血統(tǒng)占比可高多了。?？怂箍品埔J(rèn)為，假設(shè)某種處于擴(kuò)張過(guò)程的現(xiàn)代人和其他種的現(xiàn)代人也發(fā)生了混血,，那么這種混血的次數(shù)比與和他們居住在一起的尼安德特人發(fā)生混血的次數(shù)要多至少50倍,，才能解釋為什么現(xiàn)代人的基因組中殘留的尼安德特人血統(tǒng)比例這么低,。他認(rèn)為一種可能性極大的解釋是,，在生育能力上，尼安德特人和現(xiàn)代人之間的后代要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代人之間的后代,。

我對(duì)這種說(shuō)法并不是很信服,，而是傾向于另一種更簡(jiǎn)單的解釋：由于社會(huì)因素，根本就不會(huì)發(fā)生太多的混血,。時(shí)至今日,，由于文化、宗教或者種姓的障礙,，現(xiàn)代人中的很多群體也是相互之間不通婚的,。那么，憑什么尼安德特人和現(xiàn)代人之間就會(huì)一見(jiàn)鐘情,、通婚無(wú)礙呢,？

挖掘并修復(fù)古DNA的科學(xué)家。圖源：Martin Rowson

但?？怂箍品埔€是切中了要害,。我們?cè)绞且稽c(diǎn)一點(diǎn)地將現(xiàn)代人群中遺留下來(lái)的尼安德特人DNA 進(jìn)行分析、在基因組上確定它們的位置,，真相就變得越來(lái)越清楚,。我實(shí)驗(yàn)室里的斯里拉姆·山卡拉拉曼（Sriram Sankararaman）專門對(duì)滿足以下條件的突變進(jìn)行了搜索：存在于尼安德特人的基因組序列內(nèi)，但在撒哈拉以南非洲人的基因組序列中極少找得到,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，在每個(gè)非洲以外人群身上我們都能找到大量源自尼安德特人的DNA 小片段,。通過(guò)觀察這些小片段在基因組上的位置,，我們發(fā)現(xiàn)與尼安德特人的混血對(duì)當(dāng)代非洲以外人群的個(gè)體所帶來(lái)的影響千差萬(wàn)別，平均下來(lái)的確是大約2% 的占比,，但其分布很不均勻,。在超過(guò)一半的位置上，任何個(gè)體內(nèi)都找不到尼安德特人血統(tǒng)的痕跡,，但在某些特定的位置上,，又有超過(guò)一半的DNA 序列來(lái)自尼安德特人。

在非洲以外人群基因組的哪些位置上,，尼安德特人的痕跡非常罕見(jiàn)呢,？研究這些位置，對(duì)于我們找出尼安德特人的DNA 遺傳模式至關(guān)重要,。對(duì)于任意一段DNA 來(lái)說(shuō),，找不到尼安德特人的血統(tǒng)并不奇怪,，這只是偶然事件作用的結(jié)果。我們認(rèn)為線粒體DNA 就符合這種情況,。但是,，如果在那些承載著特定生物功能的基因組區(qū)域，尼安德特人的血統(tǒng)都被系統(tǒng)性地“抹除”了,，那起作用的就只能是自然選擇了,。

但是，這種系統(tǒng)性的,、對(duì)尼安德特人血統(tǒng)的抹除恰恰就是我們所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象,。而且，非同尋常的是,，這種自然選擇對(duì)尼安德特人血統(tǒng)的系統(tǒng)性抹除,，剛好就發(fā)生在基因組里兩處已知與生育能力息息相關(guān)的區(qū)域。

第一處就是在兩條性染色體之一的X 染色體上,。這讓我想起了好幾年前我和尼克·帕特森共同開(kāi)展并發(fā)表的一項(xiàng)研究,，那項(xiàng)研究關(guān)注的是人類和黑猩猩的祖先在歷史上的分離。對(duì)X 染色體來(lái)說(shuō),，雌性攜帶兩個(gè)副本,、雄性只攜帶一個(gè)副本；而對(duì)其余的常染色體來(lái)說(shuō),，不管雌性,、雄性，大多數(shù)情況下都各攜帶兩個(gè)副本,。那么,，在任何種群中，X 染色體的三條副本就對(duì)應(yīng)著常染色體的四條副本,。這意味著,，在每一代中，任意兩條X 染色體與任意兩條常染色體相比,，其擁有共同親本的概率比是4︰3——X 染色體之間擁有共同親本的概率更大,。依此我們可以進(jìn)一步推斷，任意兩條X 染色體從共同祖先那里演化出來(lái)的平均時(shí)間是常染色體的3/4,。但是,，我們實(shí)際觀察到的數(shù)字只有0.5 甚至更低。

在那項(xiàng)關(guān)于人類和黑猩猩的共同祖先種群的研究中,，我們一開(kāi)始假想的多種歷史場(chǎng)景都無(wú)法解釋這種模式,，比如雌性在群體內(nèi)移動(dòng)的比例較低,，或者雌性的后代數(shù)量波動(dòng)比雄性的要大,，或者是種群的擴(kuò)張、收縮等。然而,，我們后來(lái)還是找到了一種可以用來(lái)解釋這種模式的場(chǎng)景：一開(kāi)始,，人類的祖先和黑猩猩的祖先是相互分離的，后來(lái),，其中一個(gè)支系的部分成員通過(guò)雜交把血緣帶進(jìn)了另一個(gè)支系,，從那以后，這兩個(gè)支系就完全隔離了,。

20世紀(jì)70年代,，有人聲稱圖中的動(dòng)物Oliver是人和黑猩猩的雜交后代，但事后證明,，雖然它長(zhǎng)得有點(diǎn)像,，直立行走能力也不錯(cuò)，但它有48條染色體,，是一只如假包換的黑猩猩,。圖源：news.com.au

那么，雜交混血是如何導(dǎo)致X 染色體上的遺傳變異遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于基因組的其他部分呢,？從對(duì)各種動(dòng)物的研究中可以得知,，只要兩個(gè)動(dòng)物種群的差異足夠大，它們雜交的后代就會(huì)出現(xiàn)生育能力下降的情況,。就拿和人類類似的哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō),，這種現(xiàn)象在雄性身上更為明顯，而且與生育能力下降相關(guān)的遺傳因素都集中在X 染色體上,。所以,，當(dāng)兩個(gè)比較疏遠(yuǎn)的種群已經(jīng)出現(xiàn)了雜交后代的生育能力下降的現(xiàn)象，但還是發(fā)生了雜交的話,，就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的自然選擇,，把那些導(dǎo)致生育能力下降的遺傳因素清除掉。

由于在X 染色體上集中了導(dǎo)致不育的基因,，這個(gè)自然選擇的過(guò)程在X 染色體上表現(xiàn)得特別顯著,。結(jié)果就是，針對(duì)X 染色體的自然選擇青睞那個(gè)能增加后代生育能力的種群,，把來(lái)自這個(gè)種群的DNA片段保留在了雜交后代中,。這就使得雜交種群所攜帶的X 染色體幾乎完全來(lái)自一個(gè)祖先種群。于是,，雜交后的種群和其中一個(gè)祖先種群之間在X 染色體上的遺傳差異也被降低到了一個(gè)反常的水平,。這正與我們?cè)谌祟惡秃谛尚缮砩峡吹降哪Ｊ绞且恢碌摹?/span>

這種理論上的預(yù)測(cè)似乎有些不可思議，但的確,，在西歐家鼠和東歐家鼠的雜交品種身上,，我們就能看到這種現(xiàn)象,。這種雜交鼠生活的地帶，大致沿著當(dāng)年冷戰(zhàn)時(shí)期的兩方陣營(yíng)分界線從南到北地穿過(guò)中歐,。由于西歐鼠和東歐鼠的差異非常大,，而雜交鼠身上又?jǐn)y帶著來(lái)自兩者的DNA，所以在大多數(shù)雜交鼠的基因組里,，能夠?qū)㈦s交鼠和西歐鼠區(qū)分開(kāi)來(lái)的突變密度都很高,。但是如果只看X 染色體，突變密度就小很多了,，原因就是如果X 染色體來(lái)自東歐種群,，雄性雜交鼠就會(huì)喪失生育能力，最終造成雜交鼠從東歐種群X 染色體中獲取的DNA 數(shù)量很少,。

黑猩猩（左）和倭黑猩猩（右）,。倭黑猩猩體型只有黑猩猩的一半，Peace and Love是它們的猿生信條,，它們很頻繁地用隨隨便便的性生活和雙性性交來(lái)處理沖突和解決社會(huì)問(wèn)題,。

2006 年我們發(fā)表了這篇論文，主張人類或者黑猩猩可能起源自古代的一次重大雜交事件,，而在那之后,，相關(guān)的證據(jù)也越來(lái)越強(qiáng)烈地支持我們的主張。2012 年,，米克爾·舒爾普（Mikkel Schierup）和托馬斯·梅倫德（Thomas Mailund）及其同事們開(kāi)發(fā)了一種新方法,，利用遺傳學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)估算兩個(gè)當(dāng)代物種的祖先在發(fā)生物種隔離時(shí)的突然程度。當(dāng)他們研究黑猩猩和倭黑猩猩的隔離時(shí)間時(shí),，發(fā)現(xiàn)這次隔離是突然降臨的,，而這恰好與一種假說(shuō)相吻合：這兩個(gè)物種是被一條一兩百萬(wàn)年前驟然出現(xiàn)的大河——?jiǎng)偣臃珠_(kāi)的。相反,，當(dāng)他們?nèi)绶ㄅ谥?，去研究人類和黑猩猩時(shí)，他們卻發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)種群在分化開(kāi)始以后,，仍延續(xù)了一段時(shí)間的基因交流,，這恰好就是兩者發(fā)生雜交的證據(jù)之一。

在舒爾普和梅倫德于2015 年發(fā)表的一篇論文中,，還有另外一個(gè)更為重要的發(fā)現(xiàn),。他們與其他同事們一起證明了，在非洲以外的人群中,，X 染色體上那些沒(méi)有尼安德特人基因滲入的區(qū)域,，在很大程度上也正是在人類和黑猩猩之間存在較小遺傳差異的區(qū)域。這種現(xiàn)象與下述假設(shè)非常吻合：在混血種身上發(fā)生的,、會(huì)降低生育能力的遺傳突變不僅集中在X 染色體上,，而且還集中于X 染色體的某些特定區(qū)域內(nèi),，在這些特定的區(qū)域里，自然選擇最終拋棄了那些攜帶著劣勢(shì)血統(tǒng)的雄性,。既然存在著把尼安德特人DNA 從X 染色體上清除的自然選擇，也正說(shuō)明了尼安德特人和現(xiàn)代人的男性混血后代的生育能力下降了,。

我們還發(fā)現(xiàn)了別的證據(jù)可以證明尼安德特人和現(xiàn)代人的混血后代不育的現(xiàn)象,，而且這條證據(jù)與X 染色體無(wú)關(guān)。當(dāng)我們?cè)谛坌曰煅獋€(gè)體身上發(fā)現(xiàn)生育能力下降的跡象時(shí),，相應(yīng)的致病基因一般在雄性生殖組織中會(huì)特別活躍,，從而導(dǎo)致了精子功能障礙。當(dāng)我把X 染色體的證據(jù)給演化生物學(xué)家達(dá)文·普萊斯格瑞弗斯（Daven Presgraves）展示以后,，他向我建議,，如果這是真的，那么拿男性睪丸內(nèi)的精子細(xì)胞和人體其他組織的細(xì)胞相比,，在精子細(xì)胞內(nèi)異?；钴S的基因中，尼安德特人的血統(tǒng)占比應(yīng)該相對(duì)較低,。我們把實(shí)際的數(shù)據(jù)拿過(guò)來(lái)一看,，果真如此！普萊斯格瑞弗斯的預(yù)言被證實(shí)了,！

攜帶尼安德特人血統(tǒng)的現(xiàn)代人所面臨的問(wèn)題不只是生育力的下降,。事實(shí)是，不僅僅在X 染色體上那些對(duì)男性生育能力至關(guān)重要的基因周圍,，而且在絕大多數(shù)基因上,，都出現(xiàn)了尼安德特人的血統(tǒng)被系統(tǒng)性清除的現(xiàn)象。相比之下,，在那些幾乎沒(méi)有什么生物功能的“垃圾”基因組部分,，尼安德特人的痕跡明顯更重。與此相關(guān)的最清晰的證據(jù),，來(lái)自2016 年的一項(xiàng)研究,。在這項(xiàng)研究中，我們公布了過(guò)去45 000 年里的超過(guò)50 個(gè)歐亞人的古DNA 全基因組數(shù)據(jù)集,。從中可看出,，在我們分析的大多數(shù)早期樣本中，尼安德特人血統(tǒng)所占比例為3% ～ 6%,，而隨著時(shí)間的流逝,，廣泛存在的自然選擇對(duì)尼安德特人的DNA 產(chǎn)生了清除作用，時(shí)至今日,，它們的比例已經(jīng)降到了約2%,。

在尼安德特人的大部分活動(dòng)范圍內(nèi),，由于受冰河時(shí)期影響，他們所賴以生存的動(dòng)植物群體經(jīng)常會(huì)遭遇周期性的巨大打擊,，而居住在熱帶非洲的現(xiàn)代人祖先們則不大會(huì)受此折磨,。遺傳學(xué)上的證據(jù)也確認(rèn)，尼安德特人的群體規(guī)模比現(xiàn)代人祖先的要小,，因?yàn)樗麄兓蚪M的遺傳多態(tài)性大概是現(xiàn)代人祖先的1/4,。一個(gè)種群如果在歷史上存在過(guò)種群規(guī)模偏小的情況，對(duì)這個(gè)種群的遺傳健康不是件好事,。在這種情況下,，每一代的遺傳突變頻率都會(huì)發(fā)生大幅度的波動(dòng)，對(duì)某些突變而言,，即便自然選擇傾向于降低其頻率,，但是由于群體規(guī)模偏小引發(fā)的頻率大幅度波動(dòng)還是有可能把這些突變?cè)谡麄€(gè)種群內(nèi)傳播開(kāi)來(lái)。所以,，在尼安德特人和現(xiàn)代人分離之后的50 萬(wàn)年時(shí)間內(nèi),，尼安德特人積累了大量的遺傳突變，這些遺傳突變?cè)谀岚驳绿厝撕同F(xiàn)代人發(fā)生混血后,，對(duì)他們的后代產(chǎn)生了有害的影響,。

尼安德特人基因組中產(chǎn)生的這些有害突變，與后來(lái)各種現(xiàn)代人群之間的混血行為產(chǎn)生了鮮明對(duì)比,，后者并沒(méi)有出現(xiàn)受困于此的跡象,。例如，在非裔美國(guó)人中,，通過(guò)對(duì)大約3 萬(wàn)人的研究,，我們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何針對(duì)非洲或歐洲血統(tǒng)的自然選擇現(xiàn)象。對(duì)這件事的第一種解釋是,，當(dāng)尼安德特人和現(xiàn)代人混血的時(shí)候,，兩者分道揚(yáng)鑣的時(shí)間太久了，比起西非人和歐洲人的分離時(shí)間來(lái)說(shuō)長(zhǎng)了10倍多,，在生物不兼容的道路上,，他們已經(jīng)走了太遠(yuǎn)。

第二種解釋是這樣的,，根據(jù)對(duì)很多物種的研究成果,，不育現(xiàn)象往往需要基因組上不同位置的兩個(gè)基因相互作用才能形成。因?yàn)楫a(chǎn)生一個(gè)生物不兼容性現(xiàn)象需要兩個(gè)基因上的改變,，所以不育現(xiàn)象發(fā)生的速率是隨著種群分離時(shí)間的平方而增長(zhǎng)的,，增加10 倍的種群分離時(shí)間就相當(dāng)于增加100 倍的發(fā)生遺傳不兼容的可能性。這么來(lái)看的話，我們沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)當(dāng)代人類的“混血兒”缺乏生育能力的事情,，也在情理之中吧,。