解讀生命之書

袁越

DNA是寫在生命體內的一本歷史書，記錄了生命進化史上發生的所有大事。如果科學家們能夠學會解讀這本生命之書，就有可能穿越到遙遠的過去，弄清楚每一個生命都是怎么來的。

生化標簽和分子鐘

歷史學家喜歡以百年為單位，似乎每一個世紀都有自己的獨到之處。剛剛過去的20世紀毫無疑問是人類歷史上最重要的100年，而且從第一年開始就精彩紛呈，令人目不暇接。

1900年，一個名叫卡爾·蘭德斯坦納（Karl Landsteiner）的奧地利醫生發現了血型的秘密。這項發現不光是讓輸血變得更加安全，而且從根本上改變了人的分類方式。事實上，這是人類所發現的第一個屬于生物化學領域的身體特征，具有嚴格的科學定義，和高矮胖瘦這些概念模糊的形容詞很不一樣，更是和種族這個常用標簽完全不同。任何人都只能有一種血型，沒有中間狀態，而且一輩子無法更改。

發現了血型秘密的奧地利醫生卡爾·蘭德斯坦納

第一個嘗試用血型來分類的人是一個名叫路德維克·赫茲菲爾德（Ludwik Hirszfeld）的波蘭軍醫，他在第一次世界大戰的時候奉命為馬其頓戰場上的士兵測血型，結果發現歐洲士兵大部分是A型血，印度雇傭軍則多為B型血。于是他猜測A和B代表兩個原始部落，分別來自北歐和南亞這兩個地區，然后雙方雜交，形成了AB型和O型。他把測量結果寫成論文，發表在1919年出版的《柳葉刀》（Lancet）雜志上，但他卻沒有解釋血型到底意味著什么。

無論赫茲菲爾德怎樣解釋肯定都不對，因為隨著血型數據的增加，人們很快就發現他的這個理論是不成立的。人類的基本血型只有4種，分布模式又太復雜了，根本不適合作為辨別不同人群之間遺傳關系的依據。不過，這個思路卻啟發了新一代人類學家去尋找更合適的生化指標，幫助他們去研究人類的起源。

巴黎人類博物館里展出的（左起）長臂猿、猩猩、黑猩猩和人的骨架

上世紀60年代，出生于新西蘭的美國加州大學伯克利分校生物學教授艾倫·威爾遜（Allan Wilson）找到了一個合適的指標，并在1967年12月出版的《科學》（Science）雜志上公布了他的發現。當時科學家們已經初步搞清了抗原和抗體的概念，知道如果把一種哺乳動物體內的抗原（比如血清球蛋白）打入另一種哺乳動物的身體里，就會刺激后者產生專門針對它的抗體。如果用這種抗體來試驗其他哺乳動物體內的類似抗原的話，那么抗原抗體之間的免疫反應強度取決于兩種哺乳動物遺傳距離的遠近，兩者關系越近，免疫反應就越強烈。威爾遜試驗了各種靈長類哺乳動物的免疫反應，測出了任意兩兩組合之間的反應強度，然后依照這個結果畫出了靈長類動物的進化樹。

后來人們知道，抗原和抗體都是由20種氨基酸依照不同的排列方式組成的蛋白質分子，免疫反應的強度和氨基酸的排列順序有關。上述實驗測量的其實就是這個排列順序的差異，兩種動物分開的時間越長，差異就越大。

之后，威爾遜又做出了一個大膽而又絕妙的假設，他認為氨基酸排列順序的差異度和時間成正比，兩者是一個近乎線性的關系。于是，每一個蛋白質分子都可以被看成是一臺分子鐘，只要測出兩種動物體內的同源蛋白質分子的差異，就可以推斷出兩者分開的確切時間。

有了這個假設，剩下的事情就簡單了。當時考古學家們已經通過化石研究知道了幾種靈長類動物分家的大致時間，威爾士將這幾種靈長類動物的分子差異和分家時間分別作為X軸和Y軸，做成一張曲線圖，然后他把人和黑猩猩的分子差異帶入這張圖，得出結論說兩者大約是在300萬～500萬年前分家的。

這個結論立刻引起了廣泛爭議，因為當時的考古學家們大都認為人和猩猩是在2000萬～3000萬年前就分開了，500萬年太短了，很難解釋雙方之間看似巨大的差異。于是大家一致認為威爾遜的實驗方法出了問題，分子鐘不可靠。要知道，60年代的考古學界還處于化石和石器研究占主流的階段，這個領域的絕大部分專家都屬于比較傳統的學者，只相信自己的眼睛，蛋白質看不見摸不著，很難讓人信服。

后來我們知道，威爾遜的估算結果基本準確，人和猩猩應該是在600萬～700萬年前分家的。兩者之間的遺傳距離也遠沒有大家想象的那么大，基因層面只有1%的差別。不過，考古學家們的質疑也是有道理的，蛋白質并不是一個好的分子鐘，尤其和放射性同位素時鐘相比缺點非常明顯。一來免疫反應強度是個相對模糊的概念，并不能準確地反映出氨基酸順序的差異。二來氨基酸順序的變異并不完全是中性的，很可能會受到環境因素的影響而變得不準確。

左圖：有了DNA工具后，就可以很清楚地知道黑猩猩才是距離人類最近的靈長類動物

饒是如此，用蛋白質分子鐘來測年的技術仍然可以稱得上是一項絕妙的發現，因為古老的蛋白質很難獲得，只能用活動物的蛋白質去倒推祖先的生活軌跡，其難度可想而知。相比之下，同位素測年法用的是古老的樣本，無論是測量原理還是實驗方法都要比分子鐘更容易理解。

面對考古學家們的質疑，威爾遜并沒有放棄，他堅信分子鐘測年法的邏輯是正確的，只是蛋白質分子不太適合干這個罷了。他需要找到一種分子，既要有相對恒定的變化速率，還要有很高的分辨率。天底下哪有這么好的事情？答案是真的有，這就是大家耳熟能詳的DNA。

天賜良鐘

1953年，DNA雙螺旋結構被發現，遺傳的秘密從此大白于天下。簡單來說，DNA是一種線性的生物大分子，由ATCG這四種核苷酸首尾相連而成。幾乎每一個人體細胞內都含有46個這樣的DNA分子，它們被稱為染色體。這46條染色體兩兩對應，一共有23對，每對染色體中有一條來自父親，另一條來自母親。

如果我們把每一個生物體看作一幢由蛋白質組成的大廈，那么DNA分子就好比是攜帶著建筑信息的圖紙，其中負責編碼蛋白質結構的那部分DNA被稱為基因。人體內一共有大約2萬個基因，它們合起來被稱為基因組，總長度只占染色體總長度的1.5%。每一代生物體都會把建筑圖紙的內容通過DNA復制的形式傳遞給下一代，生物性狀就是這樣一代一代地遺傳下去的。DNA拷貝的準確性非常高，但偶爾也會出差錯，如果某個錯誤錯得恰到好處，那么它就會被大自然挑中，將錯就錯地繼續遺傳下去，這就是達爾文進化論的本質。

正是因為DNA復制差錯無處不在，所以地球上除了極少數微生物和病毒之外，沒有兩個生命體是完全相同的，大自然用這種方式為每個生命貼上了獨有的DNA標簽，遠比膚色或者血型之類的標簽要精準得多。人類學家們只要掌握了DNA標簽的解讀方式，就可以精確地比較人和人之間的遺傳關系，從而更好地推斷出人類這個物種的進化史。

比如，以前的人們不敢肯定到底是黑猩猩距離人類近還是紅毛猩猩距離人類近。有了DNA工具后，這個問題就變得很容易解決了。只要比較一下三者的DNA序列，就可以很清楚地知道黑猩猩才是距離人類最近的靈長類動物。

對于我們要講的這個人類起源故事來說，DNA分子還有一個特性更重要，那就是有些DNA段落是搭基因的順風車而來的，它本身不編碼任何蛋白質，也不具有任何調控能力，不會對生物的性狀或者適應環境的能力帶來任何影響，這樣的DNA段落被稱為“垃圾DNA”。雖然名字很糟糕，但其實垃圾DNA片段的復制方式和非垃圾片段是一樣的，出錯的概率也是一樣的。

更妙的是，DNA復制的差錯率是一個相對恒定的生物學特性，和生物的年齡、健康狀況及生存環境等等因素關系不大。于是，只要我們能測出祖先DNA的順序，再和當代DNA加以對照，就可以計算出兩者之間經過了多長的時間了。舉例來說，如果我們測出了某種生物的DNA順序，又想辦法得到了它的祖先的DNA順序，發現兩者有100萬個差別。已知這種生物的DNA突變率大約為每代100個，我們就可以計算出兩者之間相差了1萬代。如果我們再假定每代之間相隔25年，就可以推斷出這種生物從祖先發展到今天一共用時25萬年。

右圖：紅毛猩猩曾經被認為是距離人類最近的靈長類動物

上述算法和碳-14測年法的原理是類似的，不難理解。兩者的差別在于，碳-14所測的古代樣本是可以得到的，祖先的DNA順序可就沒那么容易測出來了。不過，這點困難可難不倒科學家們，他們改進了算法，只需要測出當代生物的DNA序列，就可以通過數學推理的方式推測出物種進化的大致路徑和年代。

為了更好地解釋這個方法的妙處，讓我們舉一個現實生活中的例子。改革開放前的大陸不允許進口港臺書籍，于是金庸小說只能以盜版的方式在大陸擴散，請問如何才能通過分析這些盜版書籍搞清它們的擴散路徑和時間呢？

首先我們必須假定所有盜印設備都會出錯，而且這種錯誤的出現概率很低，同一個錯誤很難出現兩次。其次，我們還要假定盜版商審稿不嚴，錯字不會被發現，而是繼續將錯就錯地傳播了下去。有了這兩個假設，緝私局的偵探們就可以開始工作了。

假設他們發現廣東省收繳上來的盜版書錯誤種類最多，其他各省的錯誤種類不但要少得多，而且大都可以在廣東省盜版書中找到，于是偵探們有理由相信，盜版書首先是從廣東省開始出現的，而且一定是先在廣東省內流傳了很長的時間，積累了大量錯誤，然后才流到其他省份去的。

其次，如果福建、浙江、江蘇和山東省境內收繳的所有盜版書都有同一個錯字，其他省份沒有這個錯字。在此基礎上，浙江、江蘇和山東省境內的盜版書里全都有另一個錯字，其他省份沒有……以此類推，那么偵探們有理由相信這幾個省份的盜版書是按照福建、浙江、江蘇、山東這樣的順序流傳開來的。

第三，假定我們事先知道盜版設備的錯誤率，又知道了山東省和甘肅省境內的盜版書相互之間一共有多少不一樣的錯誤，偵探們就可以大致算出山東盜版書和甘肅盜版書距離它們共同的源頭到底經過了多少輪復制。具體的算法比較復雜，這里就不詳細寫了。另外，偵探們不必去統計所有的金庸小說，只要能統計出某一本小說，甚至某一個章節的錯誤率就可以大致估算出來了。當然了，統計的書目越多，這個估算就越精確。

具體到DNA分子鐘這件事上，上述假定都是成立的。首先，DNA復制會出錯，大約每復制10億個核苷酸會出一次差錯。這樣算下來，每個人一生中會出現70個全新的基因變異。不過大家不用害怕，要知道每個人的基因組里都有大約60億個核苷酸，如果把這60億個字母印成一本書的話，按照每頁印3000個字母的標準來計算，這將是一本200萬頁的巨著，所以說這70個錯誤對于每個人來說幾乎可以忽略不計。

目前全世界所有人的單個核苷酸復制錯誤加在一起一共有600萬個左右，相當于每1000個核苷酸就會出現一個不一樣的字母，科學術語稱為“單核苷酸多態性”（簡稱SNP）。SNP是人類DNA序列差別的最主要的表現形式，世界上之所以不存在兩個一模一樣的人，主要原因也在于此。

不過，所有這些SNP當中，絕大部分都是所謂的“中性突變”，既不好也不壞。這類中性SNP在人群中的擴散機制主要是以遺傳漂變（Genetic Drift）的形式（而不是自然選擇）進行的，我們可以簡單地理解為“全憑運氣”。這個想法最早是由日本遺傳學家木村資生提出來的，他也因此而被公認為是群體遺傳學的奠基人之一。這套理論解釋起來需要用到大量的數學知識，一般人不必理會。我們只需知道DNA分子之所以能夠被當成分子鐘來使用，原因之一就是木村資生的這套“中性理論”。

其次，人類染色體DNA的突變率是非常低的，通常情況下一個字母發生突變之后，再在同樣的地方發生第二次突變的概率低到可以忽略不計。所以我們可以不必考慮這種情況，以最簡單的方式來解釋任意兩人之間的遺傳關系。這個方法的理論基礎就是著名的“奧卡姆剃刀”原理，即“如無必要勿增實體”。這是群體遺傳學家們進行數學計算之前的重要前提，一般人也不必深究，只需知道這個奧卡姆剃刀是DNA分子鐘的另一個理論基礎就行了。

有了這兩個理論做基礎，剩下的事情就相對簡單了。威爾遜再次成為第一個吃螃蟹的人，正是他在1987年發表的一篇論文，打開了基因尋祖的大門，從而徹底改變了人類進化史研究的進程。

上世紀50年代，有“中國遺傳學泰斗”之稱的談家楨（左）教授指導學生觀察細胞結構

線粒體夏娃

1987年1月出版的《自然》雜志刊登了一篇重磅論文，作者是威爾遜以及在他手下工作的博士生麗貝卡·卡恩（Rebecca Cann）和馬克·斯通金（Mark Stoneking）。這篇論文通過對人類線粒體DNA多態性的研究，得出結論說全世界所有現代人的母系祖先都可以追溯到15萬年前的非洲，我們都是同一位非洲女性的后代。

這篇論文好似一枚炸彈，把全世界都炸醒了。各國媒體不約而同地把這條消息放在了頭條的顯著位置，有人借用《圣經》里的概念，稱這位非洲女性為“線粒體夏娃”。威爾遜雖然不喜歡這個帶有宗教意味的說法，但無法阻止它迅速流傳開來。不用說，以英國人類學家斯特林格為代表的“取代派”高聲歡呼，認為自己的理論得到了最權威的DNA數據的支持。與之對立的“連續進化派”也迅速做出反應，對這篇論文的科學原理和計算方法提出了質疑。威爾遜認真聽取了各方的反對意見，增加了新的數據，改進了計算方法，重新又算了一遍，但結果依然維持原樣，我們所有人的母親仍然是一位“幸運的非洲媽媽”。

這個結論是怎么得出來的呢？讓我們先從線粒體開始說起。這是一種體積比細胞還小的細胞器，專門負責為細胞提供能量。有證據表明線粒體是遠古時代的細胞捕獲的一種微生物，這就是為什么它會自帶DNA的原因。

線粒體之所以能成為基因尋祖的突破口，和線粒體DNA的兩個特性有關。第一，線粒體DNA嚴格遵循母系遺傳的規則，只從母親傳給子女，父親幾乎沒有做出任何貢獻。這樣一來科學家就不用考慮基因重組的問題了，大大簡化了計算和推理的過程。如果再用金庸盜版書舉例的話，這就好比說盜版商把每一章的影印工作分包了出去，然后再統一收集起來裝訂成一本盜版書，警察分不清哪一章來自哪里，這就給偵緝工作增加了很多困難。而線粒體就好比是金庸寫的那本最短的小說《越女劍》，從來沒有被分拆過，歷史很清白，分析起來要容易得多。

第二，線粒體DNA的復制精確度比常染色體DNA低，糾錯系統的工作效率也較染色體DNA為低，其結果就是線粒體DNA的突變率大約是常染色體DNA的10倍，直接導致線粒體的遺傳多樣性要比常染色體高出很多。人類常染色體每1000個核苷酸才有一個突變，線粒體DNA的高變區每100個核苷酸就有一個突變。從群體遺傳學家的角度看，這就意味著線粒體分子鐘走得比常染色體分子鐘要快，如果研究對象的年代不那么遙遠，可供分析的數據就變多了，分析結果的準確性就會大大提高。如果拿放射性同位素測年法來做個對比的話，線粒體DNA就相當于半衰期較短的同位素，更適合用來研究近代發生的事件。

以上分析都屬于紙上談兵，具體做起來難度相當大。上世紀80年代的時候，DNA測序還是一件非常困難的事情，不但實驗程序復雜，而且價格昂貴，一般人是測不起的。幸虧加州大學伯克利分校有眼光，給了威爾遜足夠多的研究經費，支持他測量了134個人的線粒體DNA序列。為了方便起見，這134個志愿者都是從美國國內找的，好在美國是個移民國家，可以找到來自世界各地的“純種”的少數民族，足以代表世界上幾個比較大的族群了。

線粒體DNA雖然很小，但也有1.67萬個核苷酸，全測一遍是不可能的。威爾遜選擇了其中的一個總長度為500個字母的控制區，這個區對于線粒體的功能沒有影響，區內的所有突變都是木村資生所說的中性突變，最適合用來進行分類和尋祖。

分析結果顯示，非洲人在控制區內的基因突變種類最多，其他族群的基因多態性不但少了很多，而且所有非非洲人（指除了撒哈拉沙漠以南非洲之外的所有地方的人）的突變類型都可以在非洲人群中找到，說明所有非非洲人的母系祖先都來自非洲。非洲的那幾個基因類型也都可以追溯到同一個母系祖先那里去，這說明所有的現代人的母系祖先都來自同一個非洲部落。

所有非非洲人的基因突變類型還可以一級一級地細分下去，從而畫出人類走出非洲的路線圖。有了這個路線圖之后，威爾遜就可以判斷出哪些位點是從非洲帶來的野生型，哪些是后來突變產生的。然后他又通過其他辦法估算出了線粒體DNA的突變率，將其帶入一套算法，算出所有人類共同的母系祖先生活在距今14萬～20萬年的非洲。

這個年代估算是線粒體夏娃理論當中最關鍵的數據，因為前文說過，人類祖先源自非洲這件事是沒有爭議的，大家爭議的是現代人到底是從哪里來的。如果所有現代人共同的祖母只有不到20萬年歷史的話，“多地起源”理論就不成立了。事實上，這就是線粒體夏娃理論被多地起源學派攻擊得最厲害的地方，很多人都在想辦法找出分子鐘的漏洞來。但是，這么多年爭論下來，大家只是對分子鐘的準確性做了一些必要的修正，這個理論整體上依然是沒有問題的。

隨著DNA測序技術的進步，科學家所能研究的線粒體DNA越來越長，采樣的范圍越來越廣，數據量也成倍上升，但主要結論依然沒變。那篇論文剛發表時，在埃塞俄比亞挖到的現代智人奧莫化石的測年結果還是13.5萬年，論文發表若干年后這個結果被修正為19.5萬年，為線粒體夏娃理論提供了重要的化石證據。目前國際學術界普遍認為人類共同的母系祖先最晚可以追溯到距今20萬年前的非洲，也就是說，如果地球上的每個人都能坐上時光機一代一代地往回穿越，最終大家會發現所有人的曾曾……曾祖母都是同一個人。

到底有多少個“曾”字呢？如果拿20萬年來計算的話，假定每25年更新一代，那么答案是8000代。這是個超出一般人想象的數字，這就是為什么歷史學家們通常用“深邃”這個詞來形容漫長的史前時代。

必須指出的是，這個結論并不意味著當時這個非洲部落里只有一名女性。事實上，群體遺傳學研究認為這個部落很可能有上千人之多，其中肯定有幾百名育齡女性。但是她們要么沒有生下女兒，要么生下的女兒沒有接著生下女兒，導致她們的線粒體都沒有傳下來，這就是為什么威爾遜一直把這位女性稱為“幸運的非洲媽媽”，而不是夏娃。

威爾遜完成的這個線粒體尋祖實驗是群體遺傳學歷史上最經典的研究之一，具有劃時代的意義。如今，利用DNA分子多態性來構建某種生物的遺傳史已經成為群體遺傳學領域最重要的工具，計算流程已經高度標準化了。這套工具需要用到復雜的數學知識，但其理論基礎就是前文提到的“中性理論”和“奧卡姆剃刀”原理。反對者也大都會從這兩個理論著手，質疑這套工具的正確性。比如中國就有一位大學教授宣稱自己找到了這套理論的錯誤，而且一直在四處辦講座宣傳自己的那套理論，可惜他關于此事所寫的論文并沒有被任何一家采用同行評議制度來審稿的主流科學期刊所采納，只能說是自說自話而已。事實上，目前尚未出現任何一種質疑能夠被大多數群體遺傳學家所接受，所以我們仍然認為這兩個理論是正確的，這套計算工具仍然是可信的。

值得深思的是，線粒體夏娃理論提出之后的頭10年里，中國學術界一直沒什么反應。一方面是因為當年大部分中國考古學家都是支持“連續進化附帶雜交”理論的，大家不約而同地選擇對這個不利于自己的證據保持沉默。從另一方面講，上世紀80年代的中國正處于百廢待興的時期，有很多遠比人類起源更加迫切的問題需要解決，沒多少人有閑心去關心自己祖先的事情。最終還是一位在美國留學的中國學者意外地闖入了這個新興領域，沒想到卻掀起了一場更大的波瀾。

尋找亞當

在講述亞當的故事之前，必須先來談談遺傳學在中國的遭遇。上世紀50年代，遺傳學也曾經像今天的人類進化領域一樣，分成了互相抵觸的兩大學派。一派的代表人物是蘇聯的植物育種專家米丘林，另一派則是果蠅遺傳學的奠基人摩爾根。中國因為政治的原因選擇站在了米丘林一邊，當年中國大學生物系的遺傳學教材都是從蘇聯照搬過來的。摩爾根學派在中國遭到了殘酷的打壓，唯一的原因就是摩爾根是美國人。

摩爾根有個學生名叫杜布贊斯基，前文曾經提到過他。杜布贊斯基招過一位來自中國的研究生，名叫談家楨。新中國成立后談家楨博士回國任教，擔任了復旦大學生物系的系主任。正是因為談家楨的緣故，復旦大學決定繼續講授摩爾根遺傳學，為中國的遺傳學研究保留了唯一的火種。

改革開放之后，或者更準確地說，是“冷戰”結束之后，中國學術界終于承認摩爾根遺傳學是正確的。因為談家楨留下的班底還在，所以復旦大學生物系遺傳專業迅速成為全國最佳，培養了一大批優秀的人才，現任復旦大學副校長的金力博士就是其中之一。他在1985年和1987年分別在復旦大學生物系拿到了遺傳學學士和碩士學位，然后赴美留學，于1994年在得克薩斯大學拿到了博士學位。畢業后他立即前往斯坦福大學，在著名的意大利裔人類遺傳學家路易吉·盧卡·卡瓦利-斯福扎（Luigi Luca Cavalli-Sforza）實驗室做博士后，主攻群體遺傳學。

“我那時候的主要興趣是疾病的群體遺傳學，非常希望研究對象盡可能地‘純，這樣研究起來會更方便。但實際人群都是‘雜的，所以我想對實際人群到底有多雜做一個分析評價，于是便開始關注Y染色體。”金力博士在他的辦公室接受了我的采訪，“當時線粒體的遺傳多樣性已經做了好幾年了，但線粒體畢竟太小，而且獨立于細胞核之外，應用范圍有限。Y染色體也是單線遺傳的，不必考慮重組問題，所以我覺得Y染色體也許是一個機會，可以幫助我解決問題。”

前文說過，人體一共有46條染色體，它們分成23對，除了X和Y這兩條性染色體之外，其余的22對常染色體是一一配對的。性細胞在減數分裂的過程中會發生基因重組，也就是一對染色體中相對應的段落彼此互換位置，以此來增加遺傳多樣性。據統計，人類的每一代平均會發生36次基因重組，每條染色體發生一次多一點，如此累計下來，只需幾代之后，染色體就混雜得分不清哪塊來自父親，哪塊來自母親了，導致基因分析的工作量大大增加。X和Y染色體只有極少部分是對應的，基本上不會發生基因重組，所以Y染色體的遺傳方式和線粒體類似，都是單線遺傳的，只不過這次是從父親傳給兒子，和母親無關。所以，沿著Y染色體這條線，最終找到的是人類共同的父系祖先，西方媒體習慣性地稱為亞當。

對于科學研究這件事，普通人往往只看原理和結果，不關心過程。科學家則正相反，因為他們才是真正做實驗的那個人。尋找Y染色體亞當的理論基礎雖然和線粒體夏娃差不多，但Y染色體和線粒體很不一樣，實驗過程要困難很多倍。首先，一條Y染色體上含有將近6000萬個核苷酸，比線粒體大了3600多倍，對于當年的DNA測序技術來說，這是個龐然大物，極難對付。其次，Y染色體是位于細胞核內的“正規”染色體，其DNA復制的精確度比線粒體高很多倍，導致Y染色體上的SNP突變頻率要低很多，找起來非常困難。當時全世界只發現了一個Y染色體SNP，遠遠不夠。

雖然明知山有虎，但金力偏向虎山行。但他冥思苦想了很長時間，始終找不到解決辦法，最終是一位分析化學專業的博士后幫了金力的大忙。“我喜歡喝咖啡，和另外一間實驗室的一個同樣喜歡喝咖啡的奧地利人交上了朋友。”金力回憶道，“他叫皮特·歐芬納（Peter Oefner），專業是高壓液相色譜（HPLC）。當時他正在嘗試用‘變性高壓液相色譜（DHPLC）技術來分離DNA短片段，這項技術速度快、效率高，可以不必通過測序就辨別出不同序列的DNA小分子。我倆一起嘗試用這項技術來辨別DNA長片段，結果大獲成功，在很短的時間里就篩選出了好幾個Y染色體標記物。”

這里所說的標記物指的是Y染色體上和別人不一樣的點，類似于金庸盜版小說里的印刷錯誤。不同版本的盜版小說可以通過這些具有特異性的印刷錯誤一眼認出來，不同來源DNA也一樣。SNP是遺傳學家最常用的標記物，Y染色體上還有“短串聯重復”（STR）和“拷貝數差異”（CNV）這兩大類標記物，也可以用來給Y染色體做標記。

“其實我的興趣并不是人類起源，而是人類的遷徙路徑。研究人類遷徙最關鍵的一點就是找到特定人群的標記物，然后利用它去追蹤源頭。”金力博士解釋道，“這就好比說你要搞清楚東海里的水到底是哪里來的，最好的辦法就是在黃河源頭倒一瓶紅墨水，在長江源頭倒一瓶藍墨水，然后去東海里取一瓢水，看看里面到底有多少紅墨水分子，又有多少藍墨水分子。在這個例子中，墨水就是標記物，用來追蹤水的遷徙路徑。”

初戰告捷之后，金力和同事們在1995年召開的美國人類遺傳學年會上向與會者報告了這項技術，引來了無數關注。此后來自世界各地的科學家運用這項技術找到了好幾百個Y染色體標記物，為人類尋找亞當的蹤跡鋪平了道路。

2000年11月，來自卡瓦利-斯福扎實驗室的19位作者在《自然遺傳學》（Nature Genetics）雜志上發表了分子進化領域的第二篇重磅論文，通過對不同人群Y染色體遺傳標記物的分析，找到了人類共同的父系祖先。這位亞當同樣生活在非洲，時間大約是距今5.9萬年，遠比夏娃要近得多。后來科學家們又獲得了更多的數據，把這個數字修正為距今12萬～16萬年，和夏娃大致處于同一個時間段內。

這篇論文發表后，“多地區進化”理論便又挨了重重的一拳，雖然這個理論的支持者仍然還想掙扎著再爬起來，但難度越來越大了。

“其實我想問的問題很簡單，那就是各個人群之間的遺傳距離到底有多大？如果這個距離大于100萬年，那么多地區起源理論就有可能是正確的。但如果像現在這樣只相差十幾萬年，那么這個理論就不太好解釋了。”金力對我說，“我當然知道分子鐘有問題，計算出的年代可能有誤差，但頂多差個1～2倍而已，無論如何差不到100萬年以外去，沒法支持多地起源理論。”

2000年那篇論文只分析了1000多例Y染色體，雖然已經足以得出結論說世界上大部分人的父系祖先都來自非洲，但金力還是不滿足。“我接下來想再問一個問題：這個‘大部分人到底是多少？非洲智人是不是把世界各地的古老人種完全替代了？有沒有漏網之魚？對這幾個問題我想了很久，一直想不出解決辦法。”金力回憶道，“我除了喜歡喝咖啡之外，有一個愛好就是吃烤肉，就是在一次烤肉時我突然想到，既然直立人曾經走到了亞洲，那么只有大規模調查現代亞洲人的Y染色體，看看能否找到亞洲直立人的貢獻，才能回答這個問題。”

于是，大家關注的目光再一次轉到了亞洲，轉到了中國。

東亞男性大調查

1994年冬天，正當金力在斯坦福大學嘗試用DHPLC技術尋找Y染色體標記物的時候，當年已是86歲高齡的談家楨專程去斯坦福拜訪了他，希望他學成之后回到復旦大學遺傳所工作。后來金力果然聽從了談先生的建議，于1997年回到復旦大學做了兼職教授，2005年他干脆放棄美國居留權，回到復旦大學生命科學學院擔任了全職教授。

幾乎與此同時，由IBM公司提供技術支持，美國《國家地理》雜志負責實施的“人類遷徙遺傳地理圖譜計劃”于2005年4月在世界各地同時啟動。該計劃打算在全球范圍內收集10萬份人類DNA標本，用5年時間描繪出史前人類的遷移路線。復旦大學生命科學院承擔了東亞和東南亞地區的DNA取樣和研究工作，金力是東亞和東南亞中心的總負責人。在他的領導下，中國科學家們分析了2萬多個Y染色體樣本，繪出了東亞男性成員的遷徙路線圖。

寫到這里必須要提一下Y染色體上最著名的SNP M168，這是3.5萬～8.9萬年前起源于非洲大陸的一個SNP，最早是在金力參與的那篇2000年發表的論文里被發現的。當時金力他們只測了1000多個個體，發現所有非非洲大陸男性的Y染色體上都有這個M168，為人類進化的“取代學說”提供了一個強有力的證據。

這一次，金力打算更進一步，分析一下M168旗下的3個子單倍型YAP+、M89T和M130T。所謂“單倍型”指的就是一組相距很近的SNP的集合體。因為距離近，這些突變總是連在一起傳遞給下一代。用單倍型來作為遺傳標記物，操作起來要比用單個SNP更加方便，準確性也更高。

實驗結果顯示，來自于163個亞洲及附近人群中的所有1.2127萬個采樣個體均帶有上述這3個單倍型中的一個，無一例外。這個結果再次說明幾乎所有東亞人的父系祖先全部來自M168群體，也就是說他們均來自非洲，沒有任何一個古老型人種對當今東亞人的Y染色體做出過貢獻。

金力把研究結果寫成論文，刊登在2001年5月11日出版的《科學》（Science）雜志上。“多地區進化”理論挨了第三記重拳，很難再爬起來了。

曾經在加州大學伯克利分校任教的美國人類學家文森特·薩里奇（Vincent Sarich）一直是“多地區進化”理論的堅定支持者，多年來一直不遺余力地宣揚該理論。但當他看到了這篇論文后，也不得不在公開場合承認自己錯了。“我好像經歷了一次信仰轉換，簡直就像是耶穌基督對我顯靈了一樣。”薩里奇寫道，“我終于確信當今人類中確實找不到任何一條古老的Y染色體，也找不到任何一個古老的線粒體，這是一次完全的替代。”

也許有讀者會問，既然是這樣，為什么現在生活在歐亞大陸上的各個民族彼此之間會有如此大的不同呢？針對這個常見問題，群體遺傳學家有自己的解釋。他們通過對現代人基因多樣性的分析發現，現代智人在走出非洲后經歷過好幾次瓶頸效應，即人群數量因為自然環境惡化等原因而突然大量減少，就好像一群人一起通過一個狹窄的瓶口一樣。最終大部分人都被瓶口堵住了，只有極少數幸運兒擠了過去，其結果就是原有人群的遺傳多樣性大幅減少，在此基礎上重新擴增起來的人群就有可能和原來的很不一樣了。

從遺傳多樣性的角度講，能通過瓶頸的人純屬運氣好而已，這就是前文提到的“遺傳漂變”。但是，對于一些和生存能力有關的基因來說，這是個優勝劣汰的過程，屬于自然選擇的范疇，人類膚色的差異就是如此。膚色是由兩個因素決定的，一個是維生素D的合成，一個是葉酸的破壞。人的皮膚會在陽光的催化作用下合成維生素D，陽光越強烈，維生素D的合成就越充分。但是，過于強烈的陽光會破壞葉酸，這同樣是一種非常重要的維生素，所以低緯度地區生活的人傾向于進化出深色皮膚，以此來保護葉酸不被陽光破壞。生活在高緯度的人則傾向于進化出淺色膚色，以便更好地利用陽光補充飲食中缺乏的維生素D。

當然了，這是在人類退掉毛發后才出現的一種進化選擇。我們的祖先因為毛發濃密，擋住了絕大部分陽光，皮膚幾乎可以肯定是淺色的。

有趣的是，真正到了最北端，也就是生活在北極圈內的人，情況又有所不同。比如生活在阿拉斯加和加拿大北部的因紐特人皮膚反而非常黝黑，這是因為他們主要靠打獵為生，動物脂肪富含維生素D，所以他們并不需要從陽光中獲得維生素D，這時候防曬就是一件更重要的事情了。

另一個很常見的問題是，原本生活在歐亞大陸上的古老型人類都去了哪里？化石證據顯示他們當中的一些人已經開始向現代智人的方向進化了，前言中提到的許昌人就是一例，難道他們不是我們的祖先嗎？對此問題金力給出了一個很好的解釋：“一個古人類學家找到一個古人化石，他只能希望它是有后代的，但是它究竟有沒有留下后代呢？古人類學家是沒有辦法知道的。DNA就不同了，現代人身體里的DNA肯定都是有祖先的，我們可以通過對DNA多樣性的分析，推測出每一個DNA祖先都是從哪里來的。”

換句話說，在人類起源的問題上，群體遺傳學家和古人類學家探究的是兩個完全不同的問題。前者想要知道現代人的祖先究竟是誰，他們是從哪里來的，后者研究的則是人類這個物種的進化過程，其中有些支系群體不一定留下過后代，屬于進化的死胡同，類似案例在其他生物中非常常見，人類一點也不特殊。

但是，這并不等于說這些支系就沒有研究的必要，因為他們很可能在某些方面影響了現代人的進化過程。這就好比說你出生在一個小村子，村里有多戶人家，你的律師肯定只關心你的父母，只有他們才是你的直系祖先，其他人和你沒有法律關系。但你的傳記作家除了關心你父母之外，也會去關心村里其他那些成年人，因為他們都或多或少地影響過你的人生。

在媒體的渲染下，很多旁觀者都誤以為人類進化的兩派之爭是遺傳學家和古人類學家在打嘴仗，但實際上很可能雙方研究的根本就不是同一個問題。不過，確實有少數科學家自己也沒有弄明白兩者的區別，分不清每一種研究方法的邊界在哪里，一直熱衷于關公戰秦瓊。

金力對兩者的區別非常清楚。他在復旦大學創立了人類學與人類遺傳學系，從名字就可以看出這個系分成了兩個不完全一樣的部門，分別研究人類的進化史和依靠DNA尋祖這兩件事。后者目前主要是由李輝教授在負責，他帶領一群研究生花費了大量時間和精力去祖國各地收集DNA樣本，分析Y染色體和線粒體的遺傳多樣性，畫出了一張現代中國人遷徙草圖。

中國人到底是從哪里來的？

上一篇文章提到，中國的人類考古學家大都屬于傳統的“化石派”，他們通過對化石的研究認定現代中國人是從原本生活在中國大陸上的原始人類單獨進化而來的。金力和李輝屬于這個領域的闖入者，他們拿到的DNA證據又得出了怎樣的結論呢？為了尋找答案，我專程去復旦大學采訪了李輝教授，發現他最愛說的一句口頭禪就是：“這是很清楚的一件事情。”

他之所以如此自信是有原因的：一來DNA分析本身就遠比化石分析來得更精確，二來他曾經找到了一個已經延續了70代的大家族，對DNA分析法做過驗證。前文說過，Y染色體代表父系遺傳，而中國的大家族一般都是父系家族，兩者有很強的對應關系。李輝把Y染色體研究結果和這個大家族的家譜進行了對比，發現兩者是高度一致的，說明這套算法經得起考驗。

如果把研究對象從一個大家族擴展到更大范圍的人群，光是研究單倍型就不夠了，需要引入單倍群（Haplogroup）的概念。國際Y染色體命名委員會把全世界所有的Y染色體單倍型分為代號A-T的十幾個大的類群，稱為單倍群。每個單倍群出現的時間都不一樣，這是可以估算出來的。如果再把每個單倍群出現的地點找到，就可以推斷出人類的遷徙路線和過程了。比如大洋洲原住民大都屬于C單倍群，出現的時間非常古老，暗示人類走出非洲之后很快就沿著海岸線到達了東南亞諸島。

每個單倍群內部還可以逐級分層，這個過程很像是一個大家族的兒子們離家出走另開門戶。如果再用金庸盜版書做比喻的話，這就相當于廣東省外所有的盜版書（以及一部分廣東省內的盜版書）都印錯了“甲”字（比如M168），所有收自福建、浙江和江蘇省的盜版書都印錯了“乙”字（比如YAP+），所有收于廣西、云南和西藏的盜版書都印錯了“丙”字（比如M89T），所有收于湖南、湖北和陜西省的盜版書都印錯了“丁”字（比如M130T），于是緝私人員就可以得出結論說，“甲”這個錯別字來自廣東省境內，這是廣東省外所有盜版書的母版，然后盜版書沿著東線、西線和中線這三條線路在中國大陸擴散，這三條線分別擁有乙、丙和丁這三個錯字。

這三條傳播路線中的每一條都可以按照新出現的錯字繼續分層，代表盜版書傳播路徑中的每一個細小分支。在人類遺傳學研究中，這種分層最多可以分出好幾十層，最終可以一直分到每個人自己的直系親屬為止。舉例來說，Y染色體單倍型分層的最末端就是你和你兄弟，你們倆在所有其他層面上都是一樣的，只有最后一層才能看到差別。

按照這個方法，李輝推算出了早期人類從非洲遷往東亞地區的大致路線。在他看來，這次遷徙是分兩次才完成的，第一次大約發生在6萬年前，這群人從中東地區出發，沿著海岸線一路向東進入了亞洲地區，這是比較符合常理的一條路線，因為沿著海邊走永遠不愁找不到吃的。李輝稱這些人為“早亞洲人”，他們的后代至今仍然居住在澳大利亞、新幾內亞和美拉尼西亞諸島上，在遺傳上屬于C單倍群，過去曾經被稱為“棕色人種”。進一步研究顯示，一部分“早亞洲人”曾經沿著海岸線一直走到了亞洲的東北部，然后其中的一部分人轉而向西進入西伯利亞大草原，成為蒙古人，另一部分人穿越白令海峽，成為美洲大陸的原住民。

“早亞洲人”當中還有一個神秘的D單倍群，他們大都是住在小島或者山林里的“小黑人”，學名稱為尼格利陀人（Negrito）。如今還能在安達曼群島、馬來西亞諸島、菲律賓呂宋島、日本本州島和北海道，以及俄羅斯庫頁島等地看到他們的蹤跡，說明這群人曾經一直沿著海岸線遷徙到了東亞和東北亞。事實上，李輝認為C型和D型“早亞洲人”都曾經到達過中國東部的沿海地區，他們多半靠打魚為生，中國東南沿海出土的貝丘遺址就是這些人留下來的。但這些人沒能長期在中國生存下來，今天的大多數中國人不是這群人的后代，只有青藏高原的羌族和藏族，以及四川和甘肅交界處的白馬氏人有一部分人屬于D型單倍群，科學家們尚不清楚這個單倍群是如何傳過去的。

這些“早亞洲人”的祖先很可能早在10萬年前就走出了非洲，進入了中東地區。他們之所以沒有迅速向歐亞大陸的腹地擴散，很有可能是受到了當時居住在歐亞大陸上的尼安德特人等古人類的阻擋。后來不知因為什么原因，雙方的實力對比發生逆轉，現代智人打敗了尼安德特人，這才得以向北擴散，進入了歐洲和中亞地區，這也是為什么現代人直到4萬年前才到達歐洲的原因，比到達亞洲的時間晚了2萬年。

正是在打敗了尼安德特人等古人類之后，第二批亞洲移民這才得以從陸路進入了東南亞。他們很可能是追逐著獵物一路向東，大約在3萬～4萬年前到達了亞洲地區。李輝稱這些人為“晚亞洲人”，他們的Y染色體單倍群主要為O型，也有少量的N、P、Q和R型。這些人構成了現代東亞和太平洋地區人群的主體，而那些“早亞洲人”則很可能是上古傳說中被我們的祖先消滅掉的那些相貌古怪的“魔鬼”。

金力和他的學生宿兵等曾經分析過當今中國人的Y染色體多樣性，發現南方人比北方人要多，因此金力等人認為“晚亞洲人”最早是從南方進入中國大陸的，時間是在2萬～3萬年前。因為這批人是采集狩獵者，很可能是一路追逐著獵物前行，哪里有路就往哪里走。根據中國西南地區的地形地貌特點，以及DNA證據，他們猜測最有可能的一條線路位于滇西，即從緬甸經瑞麗進入中國，然后途經大理到達昆明，這是最容易走的一條路線，而黃種人的皮膚很可能就是從緬甸到云南的過程中突變出來的，

古人沒有交通工具，古代中國也沒有道路，所以沿江而走是最合理的選擇。李輝認為當年那批人進入滇西后兵分兩路，一群人沿著珠江走，最終進入了兩廣地區，時間大約是1.6萬～1.8萬年前。另一群人沿著長江走，之后又分成兩路，一路進入四川，一路進入湖廣地區，時間也差不多。

大約在1.1萬年前，最近的一次冰期結束，全球氣候逐漸變暖，萬物復蘇，全世界掀起了一股發明農業的浪潮。中國最早的農業應該出現在洞庭湖西岸的澧陽平原，湖南澧縣的彭頭山文化就是早期農業文明的代表，彭頭山出土的陶器內發現了稻谷和稻殼的痕跡，時間為距今8300～9000年，證明水稻很可能就是從這里走向世界的。江南地區則馴化了菱角，但這種農作物產量低，不能做主糧，不是很成功的馴化，所以江南地區的文明發展一直落后于湖南，直到水稻傳過去后這塊地方才迅速發展起來。這些以水稻為主糧的民族構成了中國的南方人群，中國的北方人群則以小米為主糧，發源地很可能位于現在的河北和內蒙古一帶。

有了農業才會出現大的部落，才會有很多人聚在一起生活，語系的概念就是在這一階段出現的。語言學也是研究人類起源和遷徙的一個重要工具，比如漢藏同源這個概念就是先從語言學研究領域開始叫出來的，后來被基因學研究所證實。從某種意義上說，語言和基因很相似，都是遵循一定的規律一代代拷貝下去的，也都可以通過倒推的方法追根溯源。但語言傳承的規律性和精確性均不如基因，只能作為輔助手段來使用。

有了大部落，才會出現等級制度，才有可能出現強人統治。金力的學生嚴實等通過對Y染色體的研究發現，當今中國男性當中有將近一半的人屬于三個超級男性的后代，他們很可能是三個古代部落的首領，各自代表著三個原始族群。但在人類遺傳學體系里，這三個族群是用Y染色體上的三個標記物的名字命名的，李輝正在嘗試把他們和具體的歷史事件聯系起來。

按照李輝的說法，第一個超級男性出現在6800年前，對應于7800年前在湖南開始的高廟文化。這就是前文所說的水稻文明，彭頭山文化是其草創期，已經出現了很多大聚落，但那時只有護城河，沒有城墻。前者擋野獸足夠了，后者是高廟時期才出現的，主要是為了擋人，這說明從高廟時期開始，原本那些因為地理阻隔而單獨發展了數千年的不同部落開始了相互爭斗，中國的民族大融合從此拉開了序幕。

第二個超級男性出現在6500年前，很可能和仰韶文化有關。這個文化大致位于黃河中游地區，從今天的甘肅省到河南省之間，傳說中的夏商周就位于這一區域，華夏民族的主體很可能就來自這里。

第三個超級男性出現在5300年前，可能和紅山文化有關。該文化大致位于今天的燕山以北的大凌河與西遼河上游地區，以小米為主要農作物。位于內蒙古赤峰市的紅山后遺址挖掘出了大批造型生動的玉器，說明中國人用玉的傳統很可能來自這里。

高廟文化、仰韶文化和紅山文化都是考古學家們喜歡使用的名詞，李輝認為這是一個很不好的習慣。“仰韶就是個小村子啊，怎么就變成一個文化了？考古界的專家們當然明白這是怎么一回事，但如果不借助歷史文本的框架來解釋的話，這些名詞對于民眾來說是沒有意義的。”李輝對我說，“如果我們用神農時代、黃帝時代或者炎帝時代來解釋的話，老百姓就能聽懂了。考古遺傳學也是如此，O1O2這些Y染色體標記物對于老百姓來說沒有任何意義，只有把它們和歷史事件嚴絲合縫地拼接起來才有意義，這就是人類學要做的事情。”

李輝非常討厭文理分科，他認為人類考古界不能各自為戰，應該統一起來，所有材料不分文理都可以拿來用。理科生可以借助遺傳學為人類歷史整理出一個骨架，但是光有骨架太難看了，必須有考古學提供內臟，語言學和文化學提供肌肉，歷史學提供皮毛，只有這樣拼接起來才能構建出人類歷史這頭大象。

比如，李輝認為第一個超級男性對應的是苗瑤語系，很可能和蚩尤有關。第二和第三個超級男性則代表漢藏語系，很可能分別對應了炎帝和黃帝。他甚至認為傳說中的逐鹿之戰就發生在北京和張家口一代，當時生活在中原地區的炎帝先是和蚩尤打了一仗，戰敗后跑到北方向黃帝求援，然后炎黃二帝合力將蚩尤戰敗，獲勝者就是華夏民族的祖先。今天的苗族人認為他們就是蚩尤的后代，戰敗后被逐出中原，流落他鄉。

上述說法聽上去很讓人興奮，李輝也堅信這是DNA給出的結果，是“很清楚的一件事情”。不過，李輝也明白他這個說法目前尚無考古學證據的支持，需要各方努力才能還原真相。

用Y染色體來追尋祖先的蹤跡，功能雖然很強大，但畢竟是用現代人的遺傳密碼倒推古人，中間有很多邏輯鏈條都是建立在假說之上的，難以服眾。因為人群不斷遷徙的緣故，現代人的居住地很可能和他們的祖先不一樣，這也是考古遺傳學的缺陷之一。如果能直接測出古人的DNA，解讀出古人的生命之書，再來和現代人做比較，就能更準確地搞清真相了。

尾聲

不知有多少人還記得老山漢墓的故事。這是位于北京市石景山區東部老山地區的一座西漢時期的王室貴族墓葬，北京市文物研究所于2000年8月在墓中發現了一具尸骨。那次挖掘在中央電視臺做了直播，是央視有史以來所做的第一個考古直播，引起了海內外歷史學愛好者的廣泛關注。

經我國著名人類學家潘其風研究員鑒定，這具骸骨屬于一個30歲左右的女性，其身份應該是西漢時期某諸侯王的王后。北京市文物研究所將頭骨送至公安部物證中心，后者依照法醫學原理做出了一個面部復原石膏像，看上去像是個西域人。于是那段時間媒體紛紛報道說這位王后是一名西域胡女、中國在西漢時期就經常和西域通婚，等等。但是，潘其風研究員通過體質人類學的方法對遺骨做了研究，認為她是中原人。

雙方在遺骨的身份認定上產生了分歧，誰也說服不了誰。北京市文物研究所決定向吉林大學邊疆考古研究中心求援，請該中心考古DNA實驗室主任周慧老師出山，設法提取出骸骨中的DNA，還她一個清白。

從此，一扇緊閉了很久的大門被打開，中國考古進入了一個全新的時代。