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第20节:夏娃的伴侣(5)
在遗传学家的“工具箱”里,一个最主要的“工具”,是从细胞组织中分离出DNA片断的能力。和蛋白质一样,DNA存在于细胞之中,是一种被称为核苷碱基的线型链条状的组织。就像构成蛋白质的氨基酸一样,DNA的顺序转译生物信息。但是,和蛋白质不同的是,DNA的碱基有4种类型:腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T),我们每个人就像它们的手工作品一样,正是这些碱基构成基因密码,决定我们成为一个什么样的生命个体。就像摩尔斯电码,它用点和破折号来转译信息,DNA也是如此,它的“点和破折号”就是这些核苷碱基,它们的数量大约是30亿个。
从组织中分离出分子混合物的方法,同样可以用来推断DNA分子中核苷的顺序。这是因为,生物化学技术可以做到,根据核苷的顺序得出一定长度的片断。得出这些片断后,把它们放进胶质状电流产生的矩阵,就可以分离出DNA。因为DNA是负电荷,它们会朝矩阵另一端正电荷的方向移动。有趣的是,在凝胶体的矩阵里,这些片断的运动速度会减慢,因为它们要穿过凝胶微小、迷宫般的通道。速度减慢程度和它们的长度成正比,分子越长速度越慢,因为有更多的组织要从那条微细的通道挤过去。这一切在理论上讲起来非常枯燥,但它的画面真的美丽至极。这种技术被称为定序,过去30年里,几乎每个重要的遗传学成果都用到了定序的技术,这真的是一个艰苦的工作,但它十分有效。
定序的一个主要问题是它相当慢,而且,要得到所需要的DNA分子顺序,要进行的生化反应的费用也十分昂贵。为此,遗传学家尝试用更快、更便宜的方法来检测DNA顺序。他们通常的做法,是将一个个体的DNA,与另一个个体的进行比较,而这个的DNA顺序,已经在实验室使用生物化学、凝胶技术检测出了结果,通过比较找出两者间的区别。DNA顺序的不同就是我们的多态性,它们决定着个体的易感疾病、头发的颜色(前提是你没有染发)和其他一切遗传的特点。但是,它们大多数对携带者并无影响,只是我们天生继承下来的“行囊”,是我们血统的制造者。而对人类学家和历史学家来说,这些制造者无疑是一座宝藏。
化学家彼德?欧芬纳是一个严肃的奥地利人,他的家乡在靠近因斯布鲁克的蒂罗尔。20世纪90年代,他是斯坦福大学应用高压液相色谱(简称HPLC)技术分离DNA分子研究项目的负责人。他正在尝试用HPLC建立一种新的检测DNA分子顺序的方法,因为比起凝胶技术,它分离分子的速度更快。一天,在遗传学系中午的研讨会上,彼德?昂德希尔读到了欧芬纳对这种新技术的介绍材料,他立刻就感到,它可以解决在寻找Y…染色体多态性上存在的问题。他走上前,问欧芬纳是否愿意与他合作。两位科学家开始了忘我的工作,整整18个月里他们没有周末。
两个彼德的合作,最终产生了被称为“变性HPLC”的新技术,或简称为dHPLC。它幸运地成了DNA分子的专用技术。因为DNA分子是双螺旋,一对核苷链通过碱基之间相互的吸引力彼此缠绕。在DNA的世界里,腺嘌呤和胸腺嘧啶永远是一对,胞嘧啶和鸟嘌呤永远是一对,这正是它们分子结构的特点。也就是说,如果知道了一条螺旋链的核苷顺序,便会自动知道另一条上的。双螺旋链结构有两个作用,第一,它稳定DNA的分子,使它们免受酶和环境压力的破坏,在距今5万年的化石上仍然能找到DNA。我们的细胞里同样有单螺旋的结构,它被称为RNA,由于简单,在这样久远的化石里便找不到它的存在。第二个作用是,两条互为“镜子”的螺旋链保证了对核苷顺序进行“备份”,假如一条螺旋链上出现了一个变化(或者说,一个变异),它对面的螺旋链上相应的核苷便和它不再是“完美的一对”,错配的发生,会在螺旋链的一个点上轻轻打下一个“结”,这个“结”很容易被细胞内的校正系统检测到,并且将损坏修补好。
dHPLC技术利用HPLC不可思议的灵敏性,就如同细胞内的校正系统一样,当错配的DNA分子通过矩阵时,会因为分子结构异常(这里不再是因为分子的长度)而导致运动速度减慢,因此很容易就被检测出来。如果螺旋链上有一个“结”,其运动的速度便会变慢,因此通过不同的移动图谱,就能将错配的片断检测出来。你可以对几百个核苷的DNA片断进行扫描,找出其中的异同之处,又快又经济。这一迷人的新技术,使我们在探索基因的旅程中,迈出了关键性的一大步。
第21节:夏娃的伴侣(6)
这一神奇的技术很快被应用到了医学上,用来检测由基因变异引起的遗传性疾病。但是,如何应用它研究人类迁徙呢?很容易理解,用这个技术研究一个地区不同个体的DNA,找出它们彼此的区别,这样,我们能快速有效地在实验室获得基因多样性图谱,得到可供研究的多种多态性。这一技术产生之前,在Y…染色体上检测出的多态性屈指可数,而现在已经至少发现了400个,而且这个数字每星期都在增加。如果罗勃?多瑞特他们在对Y多态性的研究中能应用这一技术,他们肯定会找到变异的。在科学史上,新的技术无数次使古老的谜题迎刃而解,我们得到的答案常常是惊人的。
迟到的亚当 现在我们要问的第一个问题是,大量发现的Y…染色体多态性仍然表明现代人起源于非洲?“对”,答案是毫不含糊的。2000年11月,《自然遗传学》发表了一篇研究成果,作者是两个彼德和其他19位研究者(包括我自己)。研究涉及到了每一块大陆的数个人群,应用新的寻找Y多态性的技术,研究结果清晰、简明地肯定了现代人起源于非洲的学说。在早先mtDNA研究中,通过变异顺序画出了一幅树形图表,根据Y的多态性也画了同样的图表,它显示Y…染色体最底端的分叉在非洲。也就是说,男性的家族之树扎根在非洲,结果与“夏娃”的生活之地完全一致。但是,当算出这位最老的男性祖先的生活时期时,出现了不可思议的结果,这个现今每一个生活着的男性的Y…染色体都由他而来的男人,生活在距今5万9千年以前!但是,前面我们已经推断出“夏娃”生活在至少8万年以前。难道“亚当”和“夏娃”从未相遇? 对,他们没有。为什么会出现这样的结果,其中的原因极其复杂,关系到在遗传学中研究人类历史时我们必须明确的重要原则。在现在生活着的人群中进行取样,通过检测人们的DNA来发现历史,事实上我们研究的是人们的谱系,即基因的历史。我们在前面已经看到,每个人的基因都是从父母那里继承而来的,因此,研究基因历史,实际上也是研究携带基因的人的历史。现在,我们终于跨过种种障碍,能够回溯到几千代之前,这时我们发现,我们无从再寻找变异以回答更深的历史问题,我们只能面对一片空白。人类作为一个整体,全部被包含在一个谱系之中,一个从Y…染色体上溯到“亚当”、从mtDNA上溯到“夏娃”的谱系,而这个谱系何时由混沌起源,我们无从知道。如果这个谱系的始祖在远古是一个真实的个人,他是生活在今天的每一个人的共同祖先,那么我们无法用基因的技术推断“他”的祖先是谁。我们可以设问“亚当”和“夏娃”与其他物种的关系(比如,黑猩猩和鲟鱼哪个是我们的近亲?),但是,继续追溯这个宗谱形成之前的历史,我们只能陷入沉默的黑暗之中。“奥卡姆的剃刀”在这里没有可“剃”的东西。
我们推测“亚当”和“夏娃”结合的时间,只是要借此证明现代人的祖先20万年前生活在非洲,同时反驳库恩等人的多元进化模式。他们的生活时期本身并没有什么意义,它不可能代表人类作为一个物种在地球上的起源时间,否则,“夏娃”要等待几万年才能与“亚当”相遇。回眸历史,沿着mtDNA和Y…染色体,当我们再也看不到基因的多样性,出现在眼前的只有黑暗时,时期只能是模糊的时间。因为在我们的基因的挂毯里,mtDNA和Y…染色体是独立的两个部分,因此它们分别出现于不同的时期并不是不可理解的。比如,一个人的父母会是同年同月同日生吗?而且,用遗传学推算时期,与考古学推算时期一样,由于对人群活动时期的推断涉及几个假说,因此推算出的时期有可能不是完全准确。所以,对“亚当”生活的时期,我们可以给出一个大致的范围:在距今4万年到14万年之间,这样看,5万9千年正是居于中间的一个大概平均数。在第八章中我们将看到,“亚当”和“夏娃”的“年龄差别”比我们想象的还要大,而且这一差别是几千年以来性政治的结果。在我们的普罗旺斯村庄里,相比于女性,男性失去他们浓味鱼肉汤配方的速度更快。
第22节:夏娃的伴侣(7)
因此,推测“亚当”和“夏娃”的结合时间,从中我们得出的主要结论,是在他们出现以前没有生活在非洲之外的现代人。因为Y的“年纪较轻”,所以我们可以这样说,在6万年前,现代人全部生活在非洲。对生活在当下的人来说,6万年是一个了不得的数字,但不要忘记我们是在人类进化的领域谈论时间。考古发现的化石表明,猿出现在230万年前,这是一个我们的想象力无法企及的遥远过去。现在让我们来做一个形象的叙述,从中对进化的时间产生具体的概念:在新年的第一天,猿出现了;到10月底,出现了最早直立行走的原始人类——猿人;到12月初即距今200万年,直立人离开了非洲;直到12月28日,还没有出现现代人;而到新年之夜,他们还没有离开非洲!人类仿佛是进化的雷达刚刚在地球上搜寻到的一个微弱的点,他们