私生子如何一步一步地主宰地球？
编写|唐波（中国农业大学国家动物遗传学研究中心）
随着国产科幻电影《流浪地球》票房突破40亿元，不少影迷对两个多月前上映的美国奇幻电影《海王》仍记忆犹新。这部电影在全球的票房收入超过11.3亿美元，中国市场贡献了约3亿美元，使其成为世界历史上票房最高的20部电影之一。
在海王讲述的故事中，亚特兰蒂斯女王和一位美国灯塔守护者坠入爱河，并在梅拉公主（欧姆的未婚妻）的帮助下生下了一个男孩亚瑟，对抗他的兄弟欧姆，后者想要主宰海洋并吞并陆地，最终击败了强大的欧姆，成为七海之王。
亚瑟·库里，海王
对于纯海出生的哥哥欧姆来说，亚瑟只是一个半陆基、半海生的"杂交种"。欧姆一开始并没有把弟弟亚瑟当回事，但正是亚瑟打败了自己，夺回了王位，把美女带回家了。这样的故事在中外神话和文学作品中很常见，虽然是虚构的，但它们蕴含着深刻的科学真理，即杂交种的表现有时比纯种更好。
自从奥地利牧师、现代遗传学之父格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）通过豌豆实验发现了生命这种遗传规律以来，遗传学家和育种者已经开发出一系列杂交作物和新的动物物种，这些作物和新的动物物种已成为农业生产的支柱，养活了地球上如此庞大的人口和无数的家畜。植物和动物不禁会说，是人类自己，也得益于杂交种的优势，才能繁衍生息，进化成为地球的主人。
今天，我们来讲的是人类"杂交"发展的历史。
<h1>走出非洲</h1>
大约700万年前，在非洲的某个地方，人类祖先与猿类分道扬镳，开始了工具的独特进化，直立行走，说话和讲故事。
从那时起，人类的祖先，如南方猿类，有能力的人和工匠已经遍布整个非洲，要么是因为缺乏食物，要么是因为动物好奇心的本能，一百多万年前，真正的直立开始从非洲向欧亚大陆移动。这些直立人包括生活在中国广袤土地上的元谋、蓝天和北京人，但这些从非洲出来的早期人类都不是现代人类的直系祖先。
几十年来，大多数研究人类进化史的科学家认为，现代人类起源于留在非洲南部某处的单个种群，而人类的分支在大约20万年前开始迅速进化，成为同质的，是现代人类的直系祖先。然而，这一理论正受到一些新发现的挑战。
2017年6月，由德国马克斯普朗克进化人类学研究所的Jean-Jacques Hublin博士领导的一个国际研究小组在《自然》杂志上连续发表了两篇重要论文。他们在北非摩洛哥的一个洞穴中发现了一个315，000年前的智人头骨，不仅将现代人类的历史推进了10万年，而且还推测智人并非起源于南部非洲的单一起源，而是与分布在非洲许多地方的不同种族混合在一起。换句话说，智人在离开非洲之前就已经开始"杂交"，这样由此产生的"杂交种"后代就可以从非洲出来，走遍全球的每一个角落。
在非洲发展了两千三百万年后，这些现代人类祖先，和早期的人类祖先一样，一直在努力逃避好奇心和食物的诱惑，不断试图走出非洲，最后，5万年前，一小群现代人类祖先幸运地取得了前所未有的胜利。
现代人类祖先的进化成功，除了他们自己的努力之外，还归功于早期从非洲出来的同质后代的帮助，包括基因的贡献。大约5万到10万年前，现代人类祖先从非洲走出来，首先遇到了一些直立人进化而来的，熟悉并适应欧亚环境的神秘物种，而随着这些神秘物种开启了数千年的爱情杀灭，才造就了今天人类动物的孤独。
<h1>爱上大头尼安德特人</h1>
1856年，在达尔文出版《物种起源》的三年前，德国杜塞尔多夫市以东12公里处尼安德特山谷一个采石场的采石场工人在他们的工作中发现了一个人形的头骨和一些骨头，考古学家将其确定为科学家称为尼安德特人的灭绝物种的遗骸。考古学家后来从欧洲和中东发掘了数百具尼安德特人的遗骸。
尼安德特人在解剖学上与早期智人有显着不同。他们的四肢短，强壮，皮肤浅色，更具体地说，他们的大脑容量比现代人类祖先大，他们制作石器，他们使用火，他们可能在某些文化中玩耍，例如埋葬亲人。
现代人类头骨和尼安德特人头骨（照片：theverge.com）
日本骨头 图片：维基
长期以来，科学家们一直在争论尼安德特人在分类学中的地位，一些人认为尼安德特人属于与智人完全不同的物种，另一些人则认为尼安德特人属于智人，一个子部门，大多数科学家普遍认为尼安德特人对现代人类没有遗传贡献，直到2009年第一张尼安德特人基因组图谱发表。
2009年2月12日，由德国马克斯普朗克进化人类学研究所的Svante Päbo领导的一个国际研究小组宣布，他们首次破译了尼安德特人基因组的草图，这些素描是从克罗地亚北部温迪加洞穴中出土的属于不同尼安德特人的三块小骨头中提取的。总共有大约20亿个尼安德特人基因组信息的碱基对，约占其整个基因组的60%。更令人震惊的是，科学家发现，欧洲和亚洲人口中含有1%至4%的尼安德特人特有基因组信息，而非洲原住民则没有，这表明现代人类与尼安德特人一起从非洲出来，这些混合后代成为现代人类的祖先。科学家们选择在2月12日发表他们的尼安德特人基因组素描，以纪念进化论的创始人达尔文诞辰200周年。尼安德特人基因组素描的细节发表在2010年5月的《科学》杂志上。
尼安德特人的头骨和Swant Pabo教授（照片：华盛顿邮报）
四年后，研究小组从俄罗斯西伯利亚南部阿尔泰山脉一个名为Denisova的洞穴中发现了一块尼安德特人的脚趾骨，并从中提取了基因组DNA，测量了阿尔泰尼亚人的整个基因组，发现现代人类基因组仅包含尼安德特人遗传信息的1.5-2.1%。2017年，《科学》杂志上的一篇论文发现，尼安德特人遗传信息在东亚基因组中所占的比例略高于西欧，西欧2.3%至2.6%的东亚基因组来自尼安德特人，而尼安德特人对西欧基因组的贡献仅为1.8%至2.4%。
科学家推测，尼安德特人生活在大约40万至4万年前的欧亚大陆，而早期的现代人类大约在5万年前从非洲出来。许多研究表明，在50，000至60，000年前，早期的现代人类刚刚离开非洲和中东，遇到了居住在附近的尼安德特人，他们可能在欧亚大陆共同生活了长达5，000年。没有直接证据表明双方之间存在大规模冲突，但通过比较古代人类的遗传信息，科学家推测尼安德特人和早期现代人相互爱和混淆。
中国科学院古脊椎动物与古人类学研究所的傅巧梅博士在2015年发表在《自然》杂志上的文章说，研究人员分析了大约4万年前罗马尼亚早期现代人类的DNA，发现尼安德特有的基因组信息占人类基因组的9%。换句话说，这个男人的曾祖父母可能是尼安德特人。这也是科学家在早期现代人类中发现与尼安德特人密切关系的最新时间。
事实上，早期的现代人类不仅从尼安德特人那里获得了遗传天赋，而且在10万年前就成功地将他们的遗传信息传递给了尼安德特人。2016年2月，来自德国马克斯普朗克进化人类学研究所在内的一个国际研究小组的研究人员在《自然》杂志上宣布，他们首次在俄罗斯阿尔泰山脉一个偏远洞穴中发现了一名女性尼安德特人基因组中特有的现代人类祖先的遗传信息。 推测10万年前，少数现代人类祖先已经与东亚尼安德特人混血，但现代人类的遗传信息已经消失了。
<h1>与神秘的"丹尼索瓦人"勾结</h1>
然而，不仅尼安德特人与现代人类的祖先有遗传交流。让我们回到前面提到的位于俄罗斯，中国和蒙古边界的阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴，那里不仅居住着尼安德特人，而且还庇护着现代人类的祖先，并生活在一个神秘的种族中。
就在尼安德特人基因组的第一张草图发表在《科学》杂志上的一个月前，由马克斯普朗克进化人类学研究所的Svante Pablo和俄罗斯科学院的Anatoly P. Derevianko领导的一个团队在《自然》杂志上写道，他们发现了另一个灭绝的新物种。研究人员对Jerevyanko两年前从Denisova洞穴中挖掘出的一小块指骨进行了线粒体DNA的遗传分析。他们从小骨头中提取线粒体DNA并对其进行测序，将其与早期现代人，尼安德特人，倭黑猩猩和黑猩猩的线粒体DNA进行比较，并惊讶地发现小骨头碎片既不属于早期现代人类，也不属于尼安德特人，也不属于倭黑猩猩和黑猩猩。进一步的分析显示，小骨头碎片的主人与一百万年前的早期现代人和尼安德特人有着相同的祖先，导致研究人员推测骨头碎片属于一个已灭绝的新物种。
2010年底，研究小组进一步分析了指骨的基因组DNA，推测新物种与尼安德特人密切相关，可能是64万年前的一个家族，而与现代非洲人的差异可能是在84万年前进化而来的。
可识别为"丹尼索瓦人"的臼齿（照片：David Reich等人，2010年）
不久之后，研究人员在同一洞穴中从不同个体中挖掘出骨头碎片，所有这些人的遗传背景都与新物种相似，并称他们为"丹尼索瓦人"。
丹尼索瓦人和尼安德特人是近亲，他们大约17%的遗传信息来自后者。德国马克斯普朗克进化人类学研究所的Viviane Slon和Svante Päbo于2018年8月报道，一个国际研究小组由俄罗斯阿尔泰山脉Denisova洞穴的一小块骨头领导，发现它属于9万年前至少13岁的女孩，更令人惊讶的是， 他的母亲是尼安德特人。父亲是丹尼索瓦人，科学家第一次发现尼安德特人和丹尼索瓦人的直接杂交种，这表明这些不同的种族在见面后相互混合是很常见的。
丹尼索瓦人可能比尼安德特人更早与现代人混合，他们的基因不像后者那样广泛分布。丹尼索瓦人的遗传信息主要存在于现代亚洲人的基因组中，包括生活在东南亚附近太平洋岛屿上的美拉尼西亚基因组，其中包含4%至6%的丹尼索瓦人遗传信息。2016年的一项研究将这一比例降至1.1%，并推测另一个灭绝的人类可能贡献了遗传信息。其他研究人员发现，今天分散在东南亚岛屿上的澳大利亚的一些土着人民，以及东亚大陆和美洲土着人的基因组，都促成了丹尼索瓦人。
西雅图华盛顿大学和普林斯顿大学的研究人员于2018年3月在《细胞》杂志上撰文表示，他们使用一种新的，非引用的基因组测试来分析来自欧亚大陆和大洋洲的5，639个人类全基因组序列，发现丹尼索瓦人在东亚人群中留下的遗传信息与南亚和大洋洲人群的存在显着不同。这使得现代人与其他古代人的混合复杂化。
到目前为止，科学家们只在俄罗斯阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴中发现了丹尼索瓦人的遗骸，他们从未发现过任何更完整的遗骸，这使得科学家很难推测丹尼索瓦人的样子，更不用说他们的习惯和生活领域了。但和尼安德特人一样，他们通过与现代人类祖先的融合，长期保留了现代人类的一些基因组，为这些现代人适应环境并最终统治地球带来了意想不到的好处。
<h1>假装坚强</h1>
在与现代人类祖先一起生活的岁月里，尼安德特人和丹尼索瓦人也积累了大量有害的基因突变，这些突变不可避免地遗传给他们与现代人类杂交的后代，以及其他原因。虽然并非所有来自尼安德特人和丹尼索瓦人的遗传天赋都对现代人类有益，但在漫长的进化史上，现代人类在能够攀登高原，前往上海岛，环游世界，甚至探索宇宙之前，并没有逐渐消除不利基因并保留有益基因。
众所周知，5万年前现代人类的祖先第一次走出非洲时，尼安德特人和丹尼索瓦人已经在欧亚大陆生活了30万多年，对当地的气候、食物、病原微生物等环境具有很强的适应性，最终形成了一些适应环境的独特基因型。现代人与这些古人类混杂在一起，有利于引入这些古人类相应的有益基因型，显然可以帮助第一批现代人类迅速适应环境，如欧洲寒冷的气候，从而打开枝叶，遍布世界各地。
来自深圳华大遗传学研究所、加州大学和华南理工大学的研究人员发现，中国的藏人可能已经适应了西藏4000多米的高海拔、低氧环境，因为藏人从丹尼索瓦人或其近亲那里遗传了与缺氧适应相关的EPAS1基因突变。 发表于2014年7月号《自然》杂志。
德国马克斯普朗克进化人类学研究所的研究人员分析了112，000名英国人的基因组，发现一些与肤色，头发颜色，身高，睡眠模式甚至吸烟相关的基因来自尼安德特人。
2018年10月，亚利桑那大学的David Enard和斯坦福大学的Dmitri A. Petrov在《细胞》杂志上报道，尼安德特人和古代智人不仅在混合性行为中相互传播病毒，而且还将病毒传播给混合后代。VIP蛋白具有多种功能，如参与免疫反应，抵抗特定病毒的入侵，特别是RNA病毒。由于基因突变，一些尼安德特人VIP能够抵抗某些病毒的入侵，特别是RNA病毒。通过这种方式，继承尼安德特人VIP基因的智人后代将获得对更多病毒的抵抗力，即遗传适应性，以在后来的大规模瘟疫中生存，而非混合后代将被逐步淘汰。《福布斯》作家詹妮弗·拉夫（Jennifer Raff）博士将这种现象比作尼安德特人和古代智人互相毒害，并为对方提供解毒剂。
尼安德特人和现代祖先互相毒害，互相提供"解毒剂"（图片来源：David Enard et al.， 2018， Cell）
虽然尼安德特人和丹尼索瓦人作为人类已经完全灭绝，但他们与现代人类祖先的爱情故事已经深深地铭刻在我们的基因组中，再也无法抹去或抹去。
引用
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感谢傅巧梅博士对本文的审阅和修改。
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