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我們都有尼安德塔人的血統,但你知道你有多尼安德塔嗎?

本篇建議搭配《滅亡萬年的尼安德塔人,他們的DNA對現代人有哪些影響?》一同閱讀,風味更尼安德塔喔!

文迪亞與丹尼索瓦洞穴的位置。圖/改編自 The Geopolitical Realities of Eurasia

高品質古人類基因組,第三個!

由帕波率領的團隊,在 2010 年發表了尼安德塔人的基因組,震驚世界 [1]。已經消逝幾萬年之久的尼安德塔人 DNA,帶來無比寶貴的資訊;如今我們知道,非洲以外人類的祖先,都曾與尼安德塔人有過混血,也能估計比例,計算每個人有多麼「尼安德塔」;搭配其他資訊,還能得知遠古混血對智人各方面的影響,如幾萬年來的適應,或是當代人的健康。

文迪亞洞穴外觀。圖/取自 Science 新聞〈Neandertals and early modern humans probably didn’t meet at rumored rendezvous site

然而,2010 年發表的第一版尼安德塔基因組,其實是由克羅埃西亞,文迪亞洞穴(Vindija Cave)中 3 個樣本拼湊而成,只復原到所有序列的 60%,覆蓋率(coverage)約 1.2,儘管足以分析,品質卻差強人意。所幸在文迪亞之外,另一個古代 DNA 寶地,位於西伯利亞南方,阿爾泰山的丹尼索瓦洞穴(Denisova Cave),很快再度震撼智人。

定序出第一版尼安德塔人基因組的 3 個樣本。圖/取自 Science 專題〈The Neandertals Genome

除了以其命名,前所未聞的新種「丹尼索瓦人」以外(該基因組的化石樣本稱作「Denisovan 3」)[2],此處出土的尼安德塔化石「Denisovan 5」(又稱作「Altai Neanderthal」),在 2014 年發表,以 50 倍覆蓋率的超高品質,成為繼 2012 年問世的 30 倍丹尼索瓦蘿莉以後,第二個古人類高品質基因組 [3] [4]。隨後更有許多統計分析以此出發,挖掘出人類演化史上不為人知的秘密 [5] [6]。

一個雖然好過沒有,總是讓人覺得不夠。最近帕波戰隊又發表第二個高品質的尼安德塔基因組,樣本「Vindija 33.19」一樣來自文迪亞,不過這回覆蓋率高達 30 [7]。這是至今第三個高品質古人類基因組,三位都是女生。

尼安德塔人有多少人?

古代基因組可以告訴我們什麼陳年往事?太多了!一項是族群大小。每個人同一條體染色體都有一對,因此同一個位置,會有 2 個 DNA 序列共同存在。假如一個族群很大,成員間累積較多差異,彼此配對又是隨意的,那麼可以想見,此一狀況下生下的寶寶,同一對染色體上,來自父母雙方序列之間不同的機率,也就是「異質性(heterozygosity)」將比較大;反之,若是族群很小,常常近親交配,那麼寶寶兩條 DNA 序列間,異質性就會比較小。

用這個方法計算,文迪亞和阿爾泰尼安德塔人,兩者的異質性差不多小,他們又比丹尼索瓦人低一點點,而三者皆遠遠低於現在的非洲人。這表示不論尼安德塔人或丹尼索瓦人,兩者的人口相較於智人都少很多;估計尼安德塔人的有效族群量(effective population size)是 3000 人左右。(有效族群量計算的是,參與生殖的人口,所以實際上的總人口應該會更高一些。不過由一些研究看來,目前對尼安德塔人的人口嚴重低估,若是加入更多樣本,或許將大幅增加。[8])

文迪亞尼安德塔人、阿爾泰尼安德塔人、丹尼索瓦人、非洲外的現代人、薩哈拉以南非洲的現代人,各自基因組的異質性。圖/取自 ref 7

古人類的求偶選擇,也是有趣的問題。之前分析阿爾泰尼安德塔人基因組,發現她的父母是非常近的近親,證實尼安德塔人有近親交配的行為。然而,對尼安德塔人而言,阿爾泰是個離其他同類相當遙遠,離群索居的偏僻之處,或許近親交配是由於找不到對象,不得已而為之。

這回的文迪亞尼安德塔人,住在附近普遍有同類鄰居的地方,沒有偵測到如阿爾泰般近親交配的跡象,表示有得選擇的時候,近親交配並非尼安德塔人的常態選項。

人類遺傳大歷史

高品質基因組,對釐清族群史相當有幫助。比較各樣本間差異,估計的結果是,文迪亞尼安德塔人與丹尼索瓦人,兩者介於 39 到 44 萬年前間分家;而他們與現代人的共同祖先,則可以追溯到 52 到 63 萬年前;年代都與之前的估計類似 [9]。

採取遺傳學方法定年各樣本的年代,文迪亞尼安德塔人距今 5.2 萬年,比該樣本最近重新用碳同位素定年,得到的結果 4.4 萬年要更老一些 [10](不確定這樣的差異,是否意謂這邊的遺傳學方法,估計年代都會高估一點點)。

阿爾泰的丹尼索瓦洞穴,丹尼索瓦人生活在 7.2 萬年,尼安德塔人則是 12.2 萬年前;由於丹尼索瓦洞穴內部狀況十分複雜,利用地質材料定年,至今都還沒有可靠結果問世,因此使用 DNA 分子鐘估計年代,相當有價值。

用基因組資訊,估計丹尼索瓦人、各尼安德塔人樣本,彼此間年代上的關係。圖/取自 ref 7

有意思的是,之前研究阿爾泰尼安德塔人,得知他的祖先曾接受過智人相關族群的 DNA(切記,未必直接來自智人祖先)[11]。而這次則發現,文迪亞尼安德塔人不但也有,而且配備智人 DNA 的比例,與其住在遙遠東方的阿爾泰親戚不相上下。

一個合理的推測是,混血時間或許發生在阿爾泰與文迪亞族群分家以前,也就是比距今 13 到 14.5 萬年間更早。然而,以上論點只是根據已知資訊,推論出的一個假設而已,未必完全符合實情。我們如今只能確定,不同古人類族群間的情慾交流,相當頻繁。

你有多尼安德塔?

大家的基因組中,都有些 DNA 可以追溯到尼安德塔人(假如有非洲朋友在看就抱歉了)。尼安德塔 DNA 對現代人的影響,之前許多研究採用阿爾泰基因組分析,不過要研究此一問題,文迪亞尼安德塔人在親戚關係上,更接近和智人祖先發生情慾交流的那群尼安德塔人,所以是更好的比較對象。

由文迪亞尼安德塔人基因組估計,世界各地族群的基因組,能追溯到尼安德塔人的比例。圖/取自 ref 7

採用文迪亞基因組的估計,如今歐亞大陸西部族群的基因組,大約有 1.8 到 2.4% 源自尼安德塔人,歐亞大陸東部族群則是稍高,大約有 2.3 到 2.6%,兩者都比之前用同樣方法的估計結果更高(假如未來使用的比較對象,更接近與智人祖先混血的尼安德塔人,算出來的比例或許會更多一點)。

採用阿爾泰或文迪亞的尼安德塔基因組,估計得到各地智人族群,配備的尼安德塔 DNA 序列總長度。以文迪亞作比較對象,各地族群的基因組,都能偵測出有更高比例源自尼安德塔人。圖/取自 ref 7

以歐洲族群來說,每個人攜帶尼安德塔 DNA 的比例,都介於 1.8 到 2.4% 之間,也就是一個人約有 40.4 Mb 的 DNA 序列與文迪亞基因組一致;這比例和近大洋洲人類似,比南亞人低,又比東亞人更低。

也許有人覺得疑惑,近大洋洲人(論文用詞是美拉尼西亞人,不過近大洋洲人更貼切)為什麼沒有比較高?原因大概是出在,近大洋洲族群的基因組中,除了尼安德塔 DNA 以外,還有相當比例可以追溯到丹尼索瓦人。

儘管每個人基因組上,繼承自尼安德塔人的 DNA 比例沒差太多,但是不同人配備的尼安德塔 DNA 位置不一樣。我們基因組上有些部位,完全沒有人源於尼安德塔人(或丹尼索瓦人);其餘地方,則是有些人繼承自智人祖先,有些人配備尼安德塔版本。靠著比較這些差異,就能分辨來自尼安德塔混血的遺傳變異,對現代人的影響。

更認識尼安德塔人,也能更加認識現代人

最近發表的另一論文,使用英國的遺傳資料庫「UK Biobank」,大尺度分析尼安德塔 DNA 對現代英國族群的影響 [12]。可惜該研究是採用較舊的阿爾泰基因組,沒有納入這回的文迪亞最新情報。

不過可想而知,在不久後的將來,更新的研究,勢必不會放過第二個高品質尼安德塔基因組,各位智人不妨有點耐心,拭目以待吧。更多尼安德塔人的 DNA,不但能讓我們更了解過去的尼安德塔人,也能增進對現代智人的認識。

至於我們到底有哪些地方被尼安德塔人所影響呢?請接著看這篇文章吧:《滅亡萬年的尼安德塔人,他們的DNA對現代人有哪些影響?

更認識尼安德塔人,也能更加認識現代人。修改自:Ryan Somma@Flickr

延伸閱讀:

參考文獻:

  1. Green, R. E., Krause, J., Briggs, A. W., Maricic, T., Stenzel, U., Kircher, M., … & Hansen, N. F. (2010). A draft sequence of the Neandertal genome. science, 328(5979), 710-722.
  2. Reich, D., Green, R. E., Kircher, M., Krause, J., Patterson, N., Durand, E. Y., … & Pääbo, S. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature, 468(7327), 1053-1060.
  3. Meyer, M., Kircher, M., Gansauge, M. T., Li, H., Racimo, F., Mallick, S., … & Sudmant, P. H. (2012). A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science, 338(6104), 222-226.
  4. Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., … & Li, H. (2014). The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature, 505(7481), 43-49.
  5. Vernot, B., Tucci, S., Kelso, J., Schraiber, J. G., Wolf, A. B., Gittelman, R. M., … & Scheinfeldt, L. B. (2016). Excavating Neandertal and Denisovan DNA from the genomes of Melanesian individuals. Science, 352(6282), 235-239.
  6. Sankararaman, S., Mallick, S., Patterson, N., & Reich, D. (2016). The combined landscape of Denisovan and Neanderthal ancestry in present-day humans. Current Biology, 26(9), 1241-1247.
  7. Prüfer, K., de Filippo, C., Grote, S., Mafessoni, F., Korlević, P., Hajdinjak, M., … & Reher, D. (2017). A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia. Science, eaao1887.
  8. Posth, C., Wißing, C., Kitagawa, K., Pagani, L., van Holstein, L., Racimo, F., … & Krause, J. (2017). Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals. Nature communications, 8.
  9. Fu, Q., Li, H., Moorjani, P., Jay, F., Slepchenko, S. M., Bondarev, A. A., … & Meyer, M. (2014). Genome sequence of a 45,000-year-old modern human from western Siberia. Nature, 514(7523), 445-449.
  10. Devièse, T., Karavanić, I., Comeskey, D., Kubiak, C., Korlević, P., Hajdinjak, M., … & Higham, T. (2017). Direct dating of Neanderthal remains from the site of Vindija Cave and implications for the Middle to Upper Paleolithic transition. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(40), 10606-10611.
  11. Kuhlwilm, M., Gronau, I., Hubisz, M. J., de Filippo, C., Prado-Martinez, J., Kircher, M., … & Rosas, A. (2016). Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals. Nature, 530(7591), 429-433.
  12. Dannemann, M., & Kelso, J. (2017). The Contribution of Neanderthals to Phenotypic Variation in Modern Humans. The American Journal of Human Genetics, 101(4), 578-589.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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關於作者

寒波

生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。