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五个与生命有关的答案:我们从哪儿来?

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来自猩猩的你

在很久很久以前,有一群住在树上的古猿,他们中有一个“家庭”接二连三的生下和其他家庭不一样的孩子,那些孩子的大脚趾比同类小,抓树木很吃力,毛发比同类少,遭到了同族的排挤。没办法,他们只好离开族群,到别的地方生活。

由于突然的气候变化,树林急剧减少,不能在树上生活的他们,只好找了一个能遮风挡雨的山洞生活,这一生活就是很多很多年。在这期间,他们学会直立行走,学会了用各种各样的工具狩猎,也学会了用火。这个家族越来越庞大,他们中有的比较爱艺术,把工具越做越精致,有的觉得眼神和肢体交流太麻烦,开始尝试对话和写字来表达。

到了大约100万年前,冰河时期到来,食物不够了,这个族群的人开始向不同的地方迁徙,同时把“艺术”和“文字”带到了搬去的地方,还学会了画画、雕刻。这时候他们开始了审美,更倾向于那些脸小的,毛发少的,长得高的,然后群居的人数越来越多,需要一个规范的治理了,于是出现了国家、社会,再然后就开始了文明历程,再然后....。。就有了会使用电脑的我们。

这只是个故事,撇开科学性,它大致描述了人类的进化过程。

有人说,当人类第一次仰望星空的时候,离文明就不远了。我们无从考证第一个仰望星空的人在想些什么,但有个问题肯定是每一个人都想过的——我们是谁,我们从哪里来。对于这个问题的回答,得回溯到人类起源的时候。

美国国家科学院院士、生理学教授Jared Diamond写了一本书,叫《第三种猩猩:人类的身世与未来》,主题是人类演进史,获得了英国科普图书奖。这里说的“第三种猩猩”,指的是与黑猩猩和波诺波猿这两个是近亲的“人”(不要再说“人是猴子变的”了好嘛,人和猴子的种属挺远的)。

人的起源与进化是达尔文提出的。对于当时是神学论为主的社会,如同重磅炸弹,产生了轰动效应,引发了著名的赫胥黎大辩论(生物学家赫胥黎支持人猿同祖论,他与牛津主教开展了一场激烈的关于进化的辩论)。后来人们逐渐承认了进化论的科学性,但对于人类进化的人种和地域问题,至今还有着不同的声音。

人类来自同一个祖先么?

关于人种的起源,有两种理论。

一祖论认为,所有现代人都来自于同一个物种,而多祖论则认为不同人种来自于不同祖先(虽然都是大猩猩,但种属不同)。

从生物学角度来说,现代人类来自于同一个物种是比较合理的解释,简单来说是因为不同物种之间有生殖壁垒。

以达尔文为代表的进化论支持者认同一祖论,认为人类是从黑猩猩进化来的。约800万年前黑猩猩和人类是一家,后来有一个分支发展成了人,另一支是俾格米黑猩猩和黑猩猩,它们至今仍是最接近人类的动物。那么,黑猩猩和人的基因组到底有多近?这也是遗传学家们一直想解开的谜团。2001年人类基因组被成功破译,2005年黑猩猩基因组测序完成后,科学家们就开始从遗传差异方面对大猩猩展开研究,2012年华大基因和哥本哈根大学等单位共同完成了黑猩猩X染色体适应性进化研究,发现黑猩猩X染色体上存在大量的适应性变异,这有利于人类与黑猩猩遗传进化方面的研究。

《国家地理》杂志甚至在2004年的一期上展示了支持进化论的四方面证据:生物地理学,古生物学,胚胎学和生物形态学。

现代人是否来自一个地方?

目前学界认同人科(灵长目一科)的共同祖先是在约700万年前到500万年前起源于非洲,但对现代人的起源存在两种争议较大的假说。

单地说也即非洲起源说,表示现代各人种是非洲的早期智人迁徙形成,多地说则认为当地人种是由欧亚非当地的早期智人进化来的。

非洲起源说的证据,来自美国科学家对线粒体遗传物质的检测结果。检测结果表明现代人的线粒体都是在大约20万年前,从同一个“夏娃”那里传下来的,科学家还通过Y染色体分析,证明90%的中美洲印第安人和50%的北美洲印第安人来自同一个父亲。并通过研究世界各地的男性Y染色体上的遗传标记,追溯古人类的迁移途径,及男性的起源,确定人类分支的起源年代。

多地起源学说的证据大多来自于化石,像中国部分学者支持人类多地进化说,认为中国的智人是由直立人发展而来的。但化石的证据并不完全具有说服力,因为它太稀少和单一了。

目前,单地说是被广泛接受的理论,但对于非洲迁徙是单次迁移或扩散完成的,还是多次扩散完成的,仍有不同理论。华大基因研究院和丹麦哥本哈根大学在2011年完成了对澳大利亚土著人基因组的研究,结果表明,澳大利亚土著人祖先的东迁要明显早于古欧亚人的迁徙,其遗留种群与后来东迁亚洲人祖先群体发生过基因交流,证明了人类迁徙史上的多次扩散理论。

单地说方面的另一问题也备受争议,有的学者认为,直立人从非洲迁徙到世界各地,与当地人发生了基因交融,而不是取代和灭绝当地人种。这种理论得到了基因技术的支持,同时也证明了古人类三次走出非洲的时间。

三次走出非洲

学界曾认为,古人类三次走出非洲,都取代了当地居民,而由于气候原因,前两次走出非洲后,都在当地灭绝了,只有第三次才成功。(上图为西方学者绘制的现代人类走出非洲路线图)

美国华盛顿大学的Alan Templeton 教授认同三次走出非洲的观点,但他认为古人类走出非洲后,不是取代当地人,而是通过融合的方式与当地人共同存活下来。Templeton 教授通过分析全球各地人口的DNA序列,重点比较了10个根据遗传特征划分的区域的人的普通染色体、性染色体、线粒体DNA,梳理了古人类走出非洲的时间。

大约200万年前,人类的祖先直立人开始从非洲向外部迁徙;40-80万年前,可能是由于气候原因,又一次非洲大迁徙发生(尼安德特人);前两次走出非洲都没有获得成功,约10万年前,发生了第三次非洲向外移民风潮,而部分人种也开始从亚洲返回非洲。

非洲迁徙的具体过程还有许多谜团,基因测序是一个逐渐被科学家们采用的方式。2010年,华大基因和哥本哈根大学从4000年前的古代人类头发中提取出细胞核DNA碎片,共同完成了世界首例古人类基因组的测序和分析,证明了来自格陵兰岛的Saqqaq古人的遗传信息比公认的美洲原住民更加接近于现代东亚和西伯利亚人群,这表明在现代美洲原住民迁徙到美洲之前,还有更早一批的黄种人群经西伯利亚迁徙到美洲。人类非洲迁徙过程的具象,还有待更多的基因检测结果来复原。

既然同一祖先我们为何不同?

目前人们普遍认可人类进化是基因选择、突变、迁移和遗传漂变的结果。而现存的人类都是最后一次走出非洲的智人的一个亚种。

虽然现代人在外观上不同,但现代人仍属于同一物种,因此现代人能够正常通婚,不存在生殖隔离。而表现在外观上的不同,只是控制外观的基因组部分有差异,人类99.5%的基因,是所有肤色人群所共享的。

从第三次走出非洲以来,只经过了近10万年的时间,这在地球生命演化的漫长过程中,并不是很长的一个时间概念。我们外观的不同,来自于环境的差异。为了适应炎热气候,非洲地区的人肤色较黑,而寒冷的北欧地区人的肤色普遍较白的原因,是要在比较少的阳光照射下,身体产生更多的维他命D。(左图标识了人类与其他物种共享的基因比例)

形象的比喻—进化时钟

生物进化是指一切生命形态发生、发展的演变过程。有人形象地把进化历程比作人的一天,从地球开始形成到现在,约经46亿年,如果把午夜0时作为地球的诞生,那么在地球进化的这一天里,人类存在的时间实在很短,我们现在站在食物链顶端,是这一次演化过程中自然选择的结果。

据科学家发表在美国《公共科学图书馆•生物学》的文章指出,地球上约有874万个物种,其中有777万种动物,29.8万种植物,61.1万种菌类,36.4万种单细胞动物,2.75万种单细胞植物(由于环境问题,有些物种正在慢慢消失)。通过DNA解读,我们已经发现了一些物种的进化路径。

生物进化是指一切生命形态发生、发展的演变过程,这是一个令许多人津津乐道的话题,围绕这个也产生了许多创意,比如,手指模拟从爬行到直立行走的演化进程(口味略重,慎搜),用橡皮泥动画将地球生命进化史浓缩为一天,以及进化游戏(见文末)。

有人提出过演化过程是否能复制的问题,最终的答案是,地球的演化过程不能重来,如同古生物学家StephenJayGould在《奇妙的生命》中写到的“生命像不断被死神的镰刀肆意修剪的灌木丛”。但我们可以通过其他方式追溯已经完成的演化过程、直观地了解进化过程,比如进化时钟的比喻,DNA分子钟,还有更详尽的进化树。

进化的游戏

《SPORE》(孢子)是美国EA公司(《模拟人生》游戏开发商)制作的一款模拟进化游戏。

游戏从单细胞生物的养成开始,通过吃掉其他细胞或蛋白质开始成长,逐步发展为各种海洋生物、地面生物、智能生物后,再进入城市阶段、宇宙探索期。

你可以发挥想象力和创造力,自己创造生命并控制它的进化方向。比如开始的时候选择素食还是肉食,和已存在的生物结盟还是占领地盘,通过征战进化还是通过和平方式进化,这些都是可以自由选择的。你还可以通过游戏的编辑器,自己设计游戏内容,掌控整个自然的进化过程。

EA公司不是进化游戏的首创者,早在上世纪90年代,任天堂就开发了游戏《46亿年物语》,但游戏还是游戏,科学严谨性不足,仅供了解进化的大致过程。

其实不止生命,我们生活中的一切都在“进化”,如数字产品的更新换代,生活产品的创意非凡,甚至我们思想的从旧到新。无论任何事物,都处于快速的变化中,并因为符合生存法则而得以保留。向前是历史和自然的规律,未来会有什么,一起等待答案吧。

【扩展阅读】

除《第三种猩猩:人类的身世与未来》之外,Diamond院士还著有另两本书,分别是《枪炮、病菌与钢铁:人类社会的命运》和《崩溃:社会如何选择成败兴亡》,就人的演化过程及其动物性本质与社会问题联系在一起,并成为他的“人类历史三部曲”。

除了书,法国纪录片大师雅克•马拉特也出了人类进化三部曲——《一个物种的奥德赛》、《智人》、《人类的崛起》纪录片。值得一看。

3:00,最古老的岩层形成,生命起源的化学进化开始;

7∶00,出现类似于细菌的原核生物;

9∶00~10∶00 出现光合作用的自养原核生物;

13∶00,出现耗氧的原核生物(大气中积累了游离的氧气);

15∶00~16∶00,出现单细胞真核生物;

20∶00,出现多细胞生物;

21:00,三叶虫出现;

22∶00以前,最初的植物出现(大气中氧气积累达10%以上),接着才有总鳍鱼类的登陆;

22∶00以后,陆生动物出现;

23∶00,高等的有花植物和哺乳动物开始繁荣,恐龙出现;

23:40,恐龙灭绝,哺乳动物时代开始;

23∶59,人类诞生

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