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作者 張明 太平洋是世界四大洋之首,。在太平洋深處，如繁星般散布著2萬多個大小島嶼,，它們中的大部分與人類文明的第一次聯(lián)系,，是南島語系人群不遠(yuǎn)萬里、乘風(fēng)破浪向大洋進(jìn)發(fā),，在幾千年的時間里逐漸構(gòu)建起來的,。最新的古基因組研究表明，南島語系人群的祖先源自于中國南方大陸,，但他們?yōu)楹蚊爸徊恍⌒木驮嵘眙~腹的巨大風(fēng)險,，堅定地向大洋深處挺進(jìn),？他們是如何克服各種危險征服大洋，最終成為各個島嶼的主人,？他們又是如何在資源匱乏的海島上自給自足,，頑強地繁衍下來？這些問題確實足以讓人深思,。 可以肯定的是,，在征服大洋的過程中，他們并非孤軍奮戰(zhàn),，至少還攜帶著已經(jīng)馴化的動物,，包括家犬、家豬和家雞等 [1],，這些動物不僅是艱難旅途中的伙伴,，更是定居島嶼后的重要生產(chǎn)資料和食物來源。研究這些家養(yǎng)動物的來源與擴散情況,，同樣可以為人群的起源與擴散提供重要線索和參考,，為研究人類文明演進(jìn)提供另一視角。 家犬的起源 在探究太平洋島嶼上的家犬來源前,，我們先來了解一下家犬本身的起源,。世界上所有的家犬均起源于灰狼（Canis lupus），這一觀點已在動物分類學(xué),、考古學(xué)和遺傳學(xué)等多個方面得以證實 [2],。但是對家犬起源的地點和時間，仍存在極大的爭議,，主要爭議點是東亞起源還是歐洲起源 [3,4],。 一般認(rèn)為，在物種的起源中心,，物種會有更高的遺傳多樣性,。研究人員通過比較全球范圍的家犬群體遺傳多樣性后發(fā)現(xiàn)，東亞南方的家犬具有最高的遺傳多樣性,，所以依據(jù)現(xiàn)代材料的遺傳學(xué)研究認(rèn)為,，家犬可能起源于東亞南方 [4]。而中國豐富的動物考古材料則顯示,，家犬在中國北方地區(qū)首先出現(xiàn)并廣泛存在,，中國南方家犬遺存出現(xiàn)的時間相對較晚且比較少見，所以考古學(xué)家們并不認(rèn)同家犬起源于東亞南方這一觀點 [5],。 目前有關(guān)中國家犬的南方起源還是北方起源的問題,，仍充滿無法調(diào)和的矛盾，想要解決這兩種觀點的爭議，最好的方法是將它們結(jié)合起來,，而古DNA研究就提供了這種可能性,。鑒于相關(guān)研究的重要科學(xué)價值與對其他研究的借鑒意義，我們近年來開展了中國古代家犬的古DNA研究工作,。 為解決中國家犬起源的“南北”爭議,，我們開展了兩個方向的嘗試：一個方向是通過獲取對“南方起源”具有重要意義的南方灰狼的基因組信息，來探究南方灰狼是否為現(xiàn)代家犬的直接祖先 [6],；另一方向是利用古DNA技術(shù),，獲取在中國南北方考古遺址里發(fā)現(xiàn)的家犬遺存的古DNA信息，來研究家犬的起源與擴散情況 [7],。 南方灰狼基因組研究 基于遺傳學(xué)的研究認(rèn)為,，家犬可能起源于中國南方 [4]，所以獲取中國南方灰狼的基因組或許能為家犬的南方起源假說提供證據(jù) [6],。雖然灰狼曾廣泛分布于中國的大陸地區(qū),，也包括絕大多數(shù)中國南方地區(qū)。但由于中國大陸的人口增長,、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人為獵捕,，導(dǎo)致野生動物種群數(shù)量急劇下降。包括灰狼在內(nèi)的許多野生動物在野外已極其少見,，基本無法獲取新鮮樣品進(jìn)行DNA提取實驗,，所以想要獲取南方灰狼的DNA信息，需要借助保存于博物館中的狼皮樣品,。由于皮張樣品在保存時經(jīng)過特殊處理,，且時間久遠(yuǎn)，博物館保存的陳舊材料的DNA含量和質(zhì)量也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如新鮮材料,，且包含許多來自于環(huán)境的污染,。傳統(tǒng)的DNA提取和測序方法，無法從這些樣品里獲得有效信息,。但對于有些珍稀動物甚至已滅絕的動物來說,，也只能借助于保存在博物館里的陳舊標(biāo)本材料來獲取DNA信息。針對這種情況,，我們專門改良了古DNA實驗室此前用于骨骼樣品的方法，使之成功應(yīng)用于博物館陳舊狼皮樣品的DNA提取實驗中,。最后一共獲取6例博物館狼皮樣品的全基因組信息,，其中有3例南方灰狼的覆蓋度為12—37倍，這樣的覆蓋度數(shù)據(jù)甚至可媲美新鮮樣品,。 我們采用南方灰狼的基因組信息,，并結(jié)合歐亞大陸及北美的狼的基因組數(shù)據(jù)，進(jìn)行聯(lián)合分析，通過與取自貴州,、江西和浙江的南方灰狼樣品的比對研究表明,，它們并非現(xiàn)生家犬的直接祖先群體，而與其他灰狼種群的情況一致,。 科學(xué)探究的過程總是充滿著未知,，但也經(jīng)常會有意想不到的發(fā)現(xiàn)。雖然沒有找到家犬的直接祖先,，但我們發(fā)現(xiàn)中國南方的狼形成了一個單獨類群,，它是從西藏狼和中國北方狼中獨立出來的。真正令人感到驚奇的是,，雖然各種分析方法均表明浙江灰狼與南方灰狼聚為一枝,，但浙江灰狼具有其它犬科動物12%—14%的基因組分，這種成分可能來源于中國南方和東南亞地區(qū)的豺,，這暗示種間的基因交流可能對犬屬動物的物種形成模式和種群結(jié)構(gòu)塑造起到了關(guān)鍵作用 [6],。 簡化的灰狼系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系樹 [6] 通過研究南方灰狼全基因組，尋找家犬野生祖先的嘗試沒有成功,，這提示我們還需要更廣泛地調(diào)查不同地區(qū)的灰狼群體,，尤其是通過化石材料來研究可能已滅絕的群體。當(dāng)然,，目前的研究結(jié)果也不能否定家犬南方起源假說,，因為此次研究的南方灰狼也并不一定代表歷史上一直生存于此的灰狼群體。要弄清這一問題,，仍需對在東亞南,、北方的從古至今、不同區(qū)域獲取的古代灰狼和家犬的個體材料,，進(jìn)行全面的古DNA遺傳學(xué)研究,。 中國家犬的古DNA研究 中國南方灰狼的全基因組研究結(jié)果，否認(rèn)了這一群體與現(xiàn)生家犬的直接遺傳聯(lián)系,，為進(jìn)行全面的古DNA遺傳學(xué)研究,，我們收集了中國境內(nèi)多個遺址的樣品用于古DNA研究。雖然古DNA研究在國際上已發(fā)展多年,，但在我國相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的時間還比較短,，使用古代家犬個體的線粒體全基因組信息來研究家犬的起源與擴散情況，在國內(nèi)屬于首次,，研究面臨諸多困難,。首先是材料收集，通過與多家考古研究單位（陜西省考古研究院,、浙江省文物考古研究所和蘭州大學(xué)等）的合作,，最終獲取了83個用于古DNA研究的樣本（主要集中在長江黃河流域），經(jīng)過古DNA實驗，獲得了其中26例距今7000—2000年的樣品的高質(zhì)量線粒體全基因組數(shù)據(jù),。 研究結(jié)果表明,，在距今7000—2000年間，長江黃河流域普遍存在的家犬線粒體基因組序列類型,，在長江以北的現(xiàn)生家犬中已十分少見,。可能的解釋是,，距今2000年以來中國北方地區(qū)的家犬經(jīng)歷了比較大的種群替代,。然而，有一些具有這種普遍存在類型的家犬,，卻在被替代發(fā)生前已經(jīng)成功到達(dá)了太平洋島嶼,、澳大利亞，以及西伯利亞東部,。由于此次研究缺乏距今2000年以來的古代樣品,，所以仍不清楚具體發(fā)生替代的時間。長江黃河流域家犬種群增長情況,，與中國距今10000—8000年在這一區(qū)域的社會生產(chǎn)生活方式,，由狩獵采集轉(zhuǎn)向農(nóng)耕的時間相吻合。家犬種群擴張的開始時間在約7500年前,，可能原因是食物的增加造成種群的擴張,，食物的增加也導(dǎo)致人類群體有所增長。小米（粟和黍,，C4植物）在中國北方被馴化,，但小米又是廣泛分布于陜西、甘肅和青海的唯一C4農(nóng)作物,。研究中采集自陜西,、甘肅和青海的樣品，均有很強的C4信號,，也從側(cè)面說明這一區(qū)域的古人類在5000年前就主要以小米為食了,，這些家犬可能以小米產(chǎn)品、人類遺棄的食物或者垃圾為生,。而浙江的家犬給出的主要是C3信號,，這與水稻在這一區(qū)域的發(fā)展相吻合。 以上研究表明,，古DNA研究能夠與其他研究很好地結(jié)合起來,，并能發(fā)現(xiàn)一些重要信息，而這些信息此前依據(jù)動物考古學(xué)或現(xiàn)代遺傳學(xué)研究則無法獲得,。 太平洋島嶼上家犬與澳洲野犬的擴散 世界上75%現(xiàn)生家犬有的線粒體基因組屬于類群A。亞洲是這種類群最豐富的地區(qū)，包含全部的6種亞類群,。來自于長江黃河流域的古代家犬絕大多數(shù)（96%）屬于類群A,，這種比例與現(xiàn)生的泰國家犬（100%）、澳洲野犬（100%）及歐洲殖民者到來之前的古代太平洋島嶼家犬（100%,，后面簡稱太平洋島嶼家犬）相似,，這提示我們，中國古代家犬可能與這些地區(qū)的犬類在歷史上有某種聯(lián)系,。通過對這一類群個體進(jìn)行更細(xì)致的研究,，發(fā)現(xiàn)中國古代材料中的大多數(shù)屬于亞類群A1b（69.2%），同時也發(fā)現(xiàn)澳洲野犬（100%屬于A1b4）和太平洋島嶼家犬（95%屬于A1b2）具有極高的A1b類群比例,，這使我們相信它們之間確實存在著歷史聯(lián)系,。基于線粒體基因組序列構(gòu)建的鄰接法網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖的研究發(fā)現(xiàn),，浙江田螺山的個體（距今約7000年）處于選取的117個亞洲和大洋洲亞類群為A1b個體的中間位置,，可能代表它來自于A1b類群的祖先群體?；谶@些明顯的證據(jù),，我們開始專門研究太平洋島嶼家犬與澳洲野犬是否真的來自于長江黃河流域的古代家犬，以及它們是如何擴散的,。 研究發(fā)現(xiàn),，澳洲野犬和太平洋島嶼上家犬的祖先來源，可以追溯到1萬年前的長江黃河流域,，這個時間節(jié)點是通過由線粒體基因組全長序列估算出的突變率（8.1941×10－8突變/位點/年）推算出來的,。A1b類群中主要分支的共同最近祖先可以追溯到距今8000—6500年，其中包括太平洋島嶼家犬的A1b2類群與長江黃河流域古代家犬在約7200年前分離,，與東南亞家犬在約6000年前分離,。長江黃河流域的古代家犬與約5500年前的東南亞家犬的祖先群體相關(guān)，與約3300年前的庫克群島及其他太平洋島嶼家犬的祖先群體相關(guān),，以及與約2700年前新西蘭和夏威夷群島上家犬的祖先群體相關(guān),。A1b2類群有很廣泛的地理分布，且與南島語系相關(guān)的人群擴散路線和分布相聯(lián)系,。此前的研究認(rèn)為,，前南島語系人群在約6000年前從中國臺灣或者附近的大陸地區(qū)向大洋擴散，在波利尼西亞發(fā)現(xiàn)的約3300年前的與拉皮塔文化（Lapita Culture）相關(guān)的人群也被認(rèn)為是南島語系族群,，這暗示著前南島語系,、南島語系和拉皮塔文化相關(guān)人群，起源于中國大陸沿海,，再經(jīng)中國臺灣,、菲律賓,、美拉尼西亞西部，最后到達(dá)遠(yuǎn)太平洋地區(qū),，其起源時間可追溯到約6000年前,，且與A1b2類群家犬的后半部分路線十分吻合。此前研究也認(rèn)為,，家犬在太平洋島嶼上的擴散可能與人群擴散相關(guān)聯(lián),，綜合所有證據(jù)，此次研究發(fā)現(xiàn)太平洋島嶼上的家犬可能起源于中國長江黃河流域,，經(jīng)由東南亞印度尼西亞一帶,，然后隨拉皮塔文化人群一起到達(dá)太平洋島嶼上。 亞類群A1b的鄰接法網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖 [7] 浙江田螺山個體可能來自于A1b類群的祖先群體,。 澳洲野犬（亞類群A1b4）的最近共同祖先,，可以追溯到約6800年前。研究同樣發(fā)現(xiàn),，貝葉斯系統(tǒng)進(jìn)化樹,、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖分析等，均支持澳洲野犬分為兩個種群：一個是與3條新幾內(nèi)亞歌唱犬和一條中國湖南家犬聚為一枝的東南種群,，另一個是與一條中國古代臺灣家犬聚為一枝的西北種群,。最可能的情況是，東南種群通過新幾內(nèi)亞島擴散到澳大利亞,，而西北種群通過中國臺灣并最終到達(dá)澳大利亞,，但它們的中間路線均不清楚。因此,，只能說澳洲野犬的擴散可能在拉皮塔文化人群之前,，就通過東南亞的島嶼到達(dá)澳大利亞。 歐洲殖民者到達(dá)前的太平洋島嶼家犬可能的擴散路線 [7] 此外,，我們還發(fā)現(xiàn)至少有一支與長江黃河流域古代犬相關(guān)的家犬群體向北擴散,，在至少1800年前就已經(jīng)到達(dá)白令海峽西部地區(qū)，也就是說,，中國古代長江黃河流域的犬可能不僅向南擴散到太平洋島嶼上,，也向北擴散了。結(jié)合對北美從阿拉斯加到格陵蘭島古代犬的研究 [8],，我們發(fā)現(xiàn),，與長江黃河流域古代犬具有相似母系特征的犬，經(jīng)過遠(yuǎn)東,、阿拉斯加,、加拿大北部，最后至少在500年前到達(dá)格陵蘭島,。另外,，我們獲得一例4000年前的青海個體,，屬于歐洲非常常見的類型，說明早在4000年前歐洲家犬與中國家犬就可能已有聯(lián)系,，這與最新的基于全基因組研究的結(jié)果相符 [9],。還有一個來自于陜西華縣泉護(hù)村的個體，其母系特征為灰狼,，但這一個體與其他家犬個體一同出土，結(jié)合同位素研究結(jié)果,，表明這一個體可能是人類飼養(yǎng)了一段時間的灰狼,。 結(jié) 語 我們嘗試用南方灰狼的全基因組信息和中國古代家犬的線粒體基因組信息，來回答家犬的起源問題,，雖然研究結(jié)果并不能明確告訴我們家犬來自何處,，但仍獲得了一些很有價值的發(fā)現(xiàn)，如：A1b類群的家犬在中國古代家犬樣品中非常常見,，但有可能在距今2000年以來,，被A1a類群的個體大量替代。在替代事件發(fā)生前,，有一些A1b類群的家犬已成功擴散到澳大利亞,、太平洋島嶼及東西伯利亞極地地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn),，澳洲野犬和太平洋島嶼家犬,，能夠追溯到1萬年前的長江黃河流域。澳洲野犬?dāng)U散到澳大利亞的時間早于南島語系的拉皮塔文化人群,，而歐洲殖民者到達(dá)前的太平洋島嶼家犬可能從長江黃河流域起源,，經(jīng)東南亞大陸、印度尼西亞到達(dá)太平洋深處的不同島嶼,，這一類群的家犬可能隨著前南島語系人群和南島語系人群一同擴散,。 局限于樣品來源和數(shù)據(jù)量，目前仍無法解答家犬本身的起源問題,。這也提示我們需要更深入地研究,，才能逐漸揭秘這一重大科學(xué)問題，但古DNA研究的應(yīng)用已為這一領(lǐng)域提供了諸多研究思路,。最近發(fā)表的大規(guī)模家犬古基因組研究 [9],，也提示后期的研究還需要加入更多的東亞地區(qū)和相鄰地區(qū)的古代灰狼或家犬的線粒體基因組和核基因組信息，特別是東亞南部的樣品,，這或許能夠幫助了解家犬的遺傳歷史和擴散路線,。  張明：博士后，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所,，北京 100044,。[email protected] 
關(guān)鍵詞：古DNA研究 太平洋島嶼 中國南方灰狼 澳洲野犬 殖民時期前家犬 ■  END 本文刊載于2021年第73卷第1期《科學(xué)》雜志 《科學(xué)》雜志于1915年1月在上海問世,， 早年由任鴻雋，楊杏佛,，胡明復(fù),，趙元任等學(xué)者編輯寫作， 是我國歷史最長的綜合性科學(xué)刊物,。 雜志定位為高級科普期刊,，致力于科學(xué)知識、理念和科學(xué)精神的傳播,，科學(xué)與人文互動,，歷史和前沿并舉，為提升我國全民科學(xué)素質(zhì)和建設(shè)創(chuàng)新型國家服務(wù),。雜志現(xiàn)任主編為中國科學(xué)院院長白春禮院士,，主辦單位為上海科學(xué)技術(shù)出版社,。 |
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