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原标题:现代分子生物学如何力证人类“非洲起源说”

浏览次数:63 时间:2019-05-10

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现代分子生物学如何力证人类“非洲起源说”

  最近,剑桥大学的研究者们在一项新研究中,用先进的数字技术构建了石器时代尼安德特人的3D头盖骨模型。

人类从何而来?这个谜题已经困扰了我们数千年,是单一起源还是多地区起源,历来众说纷纭。

  来源:界面 Sarah Pruitt

在神话中,大地是人类起源,女娲或普罗米修斯用泥土造就了人类。随着现代科学的兴起,迷雾逐渐被拨开。科学家们从泥土中找寻出人类起源的依据,无论是修正“非洲起源说”的路线,还是以“多地区起源说”建立全新人类起源模型,都意味着传统人类起源学说的改变。

  科学家一直认为现代人(智人)与尼安德特人有共同的祖先,但科学家一直不知道尼安德特人到底长什么样。最近,剑桥大学的研究者们在一项新研究中,用先进的数字技术构建了石器时代尼安德特人的3D头盖骨模型。

8月21日,在上海书展分会场上海科学会堂,上海科协邀请到了北京大学教授饶毅、中国科学院院士分子生物学家金力、复旦大学教授李辉、上海自然博物馆何鑫博士,共同讨论人类起源之争,用科学的证据来回答人类和中国人起源及迁徙的问题。

  学术界通常认为智人和尼安德特人都发源于洪积世中期(大约80万年-100万年之前)的同一种族,但我们对早期人类祖先的长相却一无所知。后裔出现分支这一时期的化石也极为少见,仅存的那些也不够完整。为了填补这一空缺,剑桥大学的一支研究队伍采用了一种名为“形态测定”( morphometrics)的创新数字技术,结合统计算法,分析了时间范围超过200万年的一系列人类头盖骨化石,再现了智人和尼安德特人最后一代共同祖先的头盖骨。

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  为了制作这一“虚拟化石”,科学家们参考了15个头盖骨化石,确定了总共797个绘制点,参考的化石中包括一个160亿年的直立人(Homo erectus)化石、在欧洲发现的尼安德特人头骨化石、剑桥大学收藏的18世纪头盖骨等等。这些化石既有智人和尼安德特人出现分支前的(直立人是最早的人类种族之一,起源于非洲,约存在于190万年前),也有这一时期之后的。科学家使用这些数据构建出了我们人类的祖先的发展时间线,之后通过扫描将一个现代头盖骨加入时间线,并在此基础上改造不同的绘制点以达到再现功能。

分子生物学力证人类起源于非洲

  该团队制作了三个可能的头盖骨模型,每一个可以匹配人们预测的智人和尼安德特人分支的不同时间。之后,他们数字渲染了三个头盖骨,并与那一时段仅存的原始化石和骨头进行对比。尽管之前基于DNA证据得到的预测是,这次重大分支发生在40万年前,但这项新的研究则认为分支的时间出现更早,大约在70万年以前。

人类起源中,人类进化的大致过程并无太多争议。金力院士介绍了这一过程:“人在分类学上属动物界脊索动物门哺乳纲灵长目,黑猩猩是人类最近的近亲,二者在400万至700万年间分离开来,人类开始独立进化。在400万年前出现了南方古猿,它已基本具有人类特征。而200万年前出现转折,人类祖先能够挺直地站起来了,因此这些人被称作直立人。与黑猩猩分离而来的南方古猿以至早期直立人的化石都是在非洲被发现,但晚期直立人的化石在欧亚大陆的广阔区域内被发现。这是直立人与其他人类祖先的不同之处,他们已经走出了非洲,这大概发生在200万年左右。”

  从上到下:智人头盖骨、智人和尼安德特人最后一代共同祖先头盖骨、法国费拉西发现的尼安德特人化石。图片来源:Aurélien Mounier博士

“之后早期智人出现了。早期智人以海德堡人及尼安德特人为代表,他们在欧洲大陆和西亚分布非常广泛,生存年代距今80到2.8万年。而今天的人类属于晚期智人,是解剖学上的现代人。年代比较早的晚期智人化石同样在非洲被发现,大概是20万年到5万年左右。因此人类是否起源于非洲,亦或是世界多地,成为了今天研究古人类进化发展的主要争议。”

  这项新的研究的结果于上周发表在《人类进化期刊》(Journal of Human Evolution)上,认为我们的远古祖先有着早期尼安德特人浓眉的特质,但这种特质在智人中已经消失了。再现的头盖骨同样可以看到头部后方开始出现凸出的趋势,这也是尼安德特人头部狭长型枕骨(occipital bun)存在的证据。另一方面,早期人类祖先的面部颧骨下出现缺口,智人同样具有这一特征,这也将智人与早期的原始人种区分开来。而尼安德特人的这处骨头(上颌骨)更厚,导致面部的突出。

“非洲起源说”在1987年由美国加州大学伯克利分校教授正式提出,认为20万年前非洲的直立人进化而来的早期智人进化为现代人,在约5万年前这些现代人走出非洲,成为世界各地人类的祖先。

  科学家们正在几乎将这种数字重现技术应用到构建智人与大猩猩最后一代共同祖先的模型上,而且,他们相信科技具有更广阔的科研学术潜力。这一研究的第一作者Aurélien Mounier博士说:“我们的模型并不一定就是正确的事实,但鉴于化石的缺失,这些新的科技方法可以用来检验所有古生物问题的假设,无论是关于马还是关于恐龙。”

“多地区起源说”即欧洲、亚洲直立人也独立进化,同非洲直立人一般,变成了现代人。

  (翻译:李思璟)

金力院士告诉听众,“多地区起源说“在中国也有许多人主张,原因是过去几十年里发现了大量古人类(包括直立人、早期智人、现代人)化石。”它们在时间分布上具有连续性,空间分布上南、北都存在,所以支持了东亚地区有独立起源的说法。”

  来源:history

随着现代科学兴起,分子生物学的运用却产生了不同的结论。分子人类学上世纪八十年代末进入中国,在20年多的发展过程中,主要通过对DNA序列的测序和对照,为研究人类的源流开拓了新思路。成为考古学外研究人类起源、民族演化、古代人群的遗传结构、古代社会文化结构又一利器。

  原标题:Scientists Recreate Skull of Human-Neanderthal Ancestor

饶毅教授介绍:“考古学家在人类起源问题上做出了很多贡献,但是并没有解决人类起源的所有问题。分子生物学兴起之后,特别是对DNA序列可以进行良好测序和对照之后,人类起源这一问题开启了新篇章,其中对人类共同起源这一学说提供了越来越多的证据。”

从分子人类学来看,运用遗传学的工具对非洲、欧洲以及亚洲人种的母系线粒体和父系Y染色体进行分析,发现不同人种共同的祖先距今天的时间为14.3-14.4万年。金力院士表示,“如果是多起源说,那么他们的差别应该是200万年左右,因为约200万年时非洲直立人走出了非洲,走向世界各地。而如果是单一起源,那么差别应该要远远小于200万年,应该是5万年到20万年之间——早期智人进化为今天的现代人,然后现代人再走出非洲。分子生物学的结论,为‘非洲起源说’提供了强有力的证据。”

在该结论产生之后,金力院士的研究团队尝试从现代亚洲人中找到反例,证明其不是自非洲而来。“我们采集了163个群体,覆盖大部分东亚地区,共检测了12127个Y染色体。但实验完成后发现,所有个体统统来自非洲。”

而在中国发现的大量具有联系性、普遍性的古人类化石是否可以说明东亚地区有独立起源?金力院士指出,出土化石和他们的基因分析并不矛盾。“我们通过Y染色体研究了东亚人的起源,认为他们同样是迁徙而来,时间是3万到4万年以前。而东亚化石中的早期智人或许已经灭绝,现代人的祖先在那以后迁徙而来,沿着南边进入东南亚,再往北成为了东亚现代人祖先。”

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