自從1984年遠古遺骸中的DNA被首度獲取以來,「古代DNA」這個研究領域已進展到能定序距今數萬年的整個基因組。

圖一
《科學》(Science)期刊在2015年專題介紹古代DNA掀起的旋風。

從前探討人類遺傳史,要依靠研究現存族群的遺傳差異,推敲過往的演變過程。例如「人類起源何處?」這問題,透過比較各地族群粒線體DNA的差異,而推估出「粒線體夏娃」,使我們得知答案是非洲。

然而現代的狀況未必等同過往,頻繁移民與混血,才是人類歷史的常態。面對更加複雜的問題,像是美洲原住民的起源,或歐洲經歷過哪些外來移民,只憑研究現代的族群,難以得到滿意的答案。

取樣古代DNA的優勢在於,它就像時間膠囊,保存了某個時光切片。例如古今美洲原住民是否屬於同一族群,本來是困難的問題;但只要定序出古代的美洲原住民基因組,再跟現代族群比較,問題立刻能迎刃而解。歐洲遺傳史更是無比成功的案例:歐洲人歷來的遺傳變化,史上的遷徙、外來混血順序,在上百個古代基因組支持下,架構已經十分清楚。

東亞的古代遺傳學

美洲與歐洲之外,東亞地區遺傳史的研究價值毫不遜色;可惜整個東亞的古代基因組研究發表的論文數量,至今仍然寥寥可數。

東亞第一個研究發表於2013年,定序對象是北京周口店附近、距今約4萬年的田園洞人[見參考資料1]。雖說是「基因組尺度」(genome-wide level),不過田園洞人復原的基因組其實非常殘缺,只有第21號染色體較為完整。儘管如此,這批遠古的DNA,仍提供我們許多寶貴的資訊。

田園洞人遺傳上更接近現代的東亞族群,與歐洲人差異較多,表示那時歐亞大陸上東西方族群已經分家;田園洞人源自尼安德塔人的DNA比例,跟現代東亞人沒有差異,意謂智人與尼安德塔人的混血發生在更早之前,亦表示此化石的型態特徵,都該屬於智人的變異範圍,而不該歸類為尼安德塔人。

圖二
至今東亞品質最好的古代DNA,來自尼泊爾的安納布爾納峰(Annapurna)。 / 攝影:Daniel Hoshizaki, National Geographic Your Shot

至今東亞品質最好的樣本是在2016年發表、取材自尼泊爾安納布爾納保留區的 八個古代基因組[見參考資料[見參考資料2]。這群1250-3150年前居住在喜馬拉雅山區的古人,遺傳上跟現代的青藏高原居民「圖博人」最接近,顯示這個區域數千年來,即使歷經過數次文化轉變,遺傳上仍一脈相傳。

有趣的是,已知現代圖博人族群中,有兩個基因有助於適應高海拔環境:EPAS1EGLN1。其中EGLN1基因,八位古人都有;但生存在1750年以前的古人,卻都沒有EPAS1,或許兩個基因是在不同年代進入圖博人基因庫。

另一發表於2016年的研究,樣本源自3000年前日本的福島,也就是鼎鼎大名的繩文人[見參考資料3]。繩文人似乎在2萬多年前已經與東亞其他族群分家,符合過往「繩文人長期在日本獨立發展」的論點。相當殘缺的兩個繩文人基因組透漏,繩文人和現代日本人的遺傳差異,小於其他地方的族群,可見繩文人對現代日本族群曾有過DNA貢獻;只是比率不高,估計未滿20%。

最新發現是來自2017年發表的俄羅斯遠東地區古代基因組。與此處7700年前依賴採集漁獵維生的古人、遺傳上接近的現代族群,皆位於黑龍江地區,屬於通古斯語族。有意思的是,當地古今族群沒有經歷過明顯的族群轉換,顯示出相當的遺傳延續性,與歐洲的狀況不同:歐洲採集狩獵族群的血脈,如今皆已融入其他族群,並未獨立保存至今。

圖三
老照片,留下一百多年前的東亞古人身影。DNA,卻能讓時光回溯到更久遠以前!/ 圖片出自《永恆的剎那——國家地理攝影精粹》

東亞的限制與展望

由歐洲與美洲的前例可以看出,用古代基因組探討人類遺傳史,威力非凡。可惜東亞地區至今,只有相當零星的幾個研究;而且除了基因組數量稀少,品質普遍也很糟。缺乏各個年代與地區的樣本,就沒辦法進一步交叉比對;DNA品質不佳,也無法深入分析;都限制了古代遺傳學本可大展的身手。

古代遺傳學,是由歐美發展的新興學科,尚未普及於東亞學界;環境濕熱,不利 DNA保存,都是造成東亞在古代遺傳學領域落後的因素。不過往好處想,這也等於還有很大的進步空間,期待不久後的將來,能有更多來自東亞的驚喜。

 

參考資料:

  1. Fu, Q., Meyer, M., Gao, X., Stenzel, U., Burbano, H. A., Kelso, J., & Pääbo, S. (2013). DNA analysis of an early modern human from Tianyuan Cave, China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(6), 2223-2227.

2 Jeong, C., Ozga, A. T., Witonsky, D. B., Malmström, H., Edlund, H., Hofman, C. A., … & Di Rienzo, A. (2016). Long-term genetic stability and a high-altitude East Asian origin for the peoples of the high valleys of the Himalayan arc. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201520844.

  1. Kanzawa-Kiriyama, H., Kryukov, K., Jinam, T. A., Hosomichi, K., Saso, A., Suwa, G., … & Inoue, I. (2016). A partial nuclear genome of the Jomons who lived 3000 years ago in Fukushima, Japan. Journal of Human Genetics.
  2. Siska, V., Jones, E. R., Jeon, S., Bhak, Y., Kim, H. M., Cho, Y. S., … & Gallego-Llorente, M. (2017). Genome-wide data from two early Neolithic East Asian individuals dating to 7700 years ago. Science Advances, 3(2), e1601877.

 

撰文:寒波(作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》同名粉絲團,歡迎參觀、拍打、與餵食)

延伸閱讀:從DNA看尼安德塔人與智人的複雜情史