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「出埃及記」與「出台灣記」

人類的起源與遷徙一直是人類學家興致勃勃的課題。在台灣,學校的歷史課本會告訴你台灣的原住民屬於「南島語族」的一支,意謂台灣的原住民與東南亞島群的原住民是系出同源。如果把視角放大,不難查到目前全球的人類很有可能全部起源於非洲。不只如此,人類學者還可能會告訴你具體的遷出時間以及移動路徑(如下圖)。這真是神通廣大!到底是怎麼辦到的?

(黑色的箭頭代表人類遷徙的路徑,彩色的圈圈代表移動到這裡的時間點,單位是千年前。圖出處)

答案就藏在每個人身上的細胞裡。舉個例來講,我們已經知道女生的性染色體是XX,而男生是XY;換句話說,Y染色體只會出現在男人身上。這意味著男人細胞核裡面的Y染色體只能從爸爸身上遺傳得到,如果你是男生,那麼你的細胞核中的Y染色體應該會跟你爸爸的完全一樣。不過,由於DNA有些微的機會產生突變,所以你的Y染色體是有「一丁點的微小可能」跟你爸爸的不一樣。當時間拉得越長,產生差異的機率會越大,差異的數量也會越多;換句話說就是你的曾曾曾祖父的Y染色體完全跟你一樣的機率,會略小於你爸爸的Y染色體跟你一樣的機率。假設在路上隨便抓兩個男生分析他們的Y染色體,如果兩人的Y染色體越相似,代表他們的「共同父親」生活的年代離今天越近。

除了Y染色體,科學家更愛用的是「粒線體DNA」(Mitochondrial DNA,簡稱mtDNA)。粒線體DNA非常的奇怪,奇怪的點是它不在細胞核裡,而是在細胞質的一個叫做粒線體的胞器內。事實上,整個動物細胞也就只有細胞核和粒線體中有DNA的存在。(至於為什麼粒線體內會有DNA,那又是另一個故事了,暫且不提)更有趣的是,受精卵的粒線體是由卵子提供,所以粒線體DNA只能由母親繼承。因此,不管你是男是女,你細胞粒線體中的DNA一定跟你媽媽相同,除非你很幸運的「中獎」發生粒線體DNA的突變。有了這些追蹤工具,如果我們要調查世界上任意兩個人共同祖先的生活年代,可以先調查他們的Y染色體(當然,要兩個人都是男生才行)或粒線體DNA,然後找出DNA序列差異的數量,例如有多少個鹼基對是不一樣的。只要知道「平均來講這些DNA要花費多少代的時間才能夠突變一個鹼基對」,經由簡單的乘法,就可以知道兩人共同祖先的年代。

由於粒線體DNA的平均突變速率比Y染色體DNA還要快,意謂著可以得出比較精準的共同祖先年代,因此成為了在人類遷徙問題上最熱門的研究工具。這種鑑定兩人共同祖先的年代的方法,稱為「粒線體分子鐘」(Mitochondrial Molecular Clock),它有一個技術性的參數,就是DNA的突變率。這個參數不容易求得,但是影響又很深遠;事實上去年就曾經有論文指出這個參數可能被高估了一倍,使得計算出來的年代比實際的年代近得多;但最近的一則論文,使用了不少經過放射性碳準確定年的人類化石標本以及這些標本上的粒線體DNA序列來校正突變速率,卻得到跟舊有的速率參數差不多的結果。

不過,雖然在突變速率上還有定量的問題待解決,但定性的現象卻很明確──藉由比較不同地方人民的共同祖先,除了可確定親緣關係遠近之外,還可以勾勒出遷徙的路徑。例如在圖1中,我們發現非洲人民的粒線體DNA平均上比其他洲人民較有差異,可推斷出:與其他洲人民共同祖先的生活年代相比,非洲人民和其他洲人民的共同祖先生活在更遙遠的古代;再加上一些人類遷徙上的人口成長假設,就可以知道所有人類距離現今最近的共同祖先(唔,也就是說是所有人類的「媽媽」)約在15萬年或遲至5萬年前生活在非洲。在這之後,有一群人類離開了非洲至別的地方生活,史稱「非洲出走」(Out of Africa)事件,也有人會拿聖經中的Exodus(出埃及記)來比喻。

讓我們再把視角縮小,移到「南島語族」上。人類學家當然不會放過這個課題,早在快二十年前就有利用粒線體DNA來研究南島語族的遷徙模式。令人驚訝的是,粒線體DNA的研究竟然發現台灣有可能是南島語族的發源地!這意謂著,現今東南亞與大洋洲的島嶼原住民,有可能是從台灣「移民」過去的。人類學家因此仿照非洲出走,創了「台灣出走」(Out of Taiwan)這個名詞。不過事情總沒有這麼簡單;隨著使用的遷徙模型不同,有些粒線體DNA的研究成果是不支持「台灣出走」理論,或是認為關聯性沒有那麼大。到底真相是如何?在期待更多的證據浮現之前,或許只能坐時光機去問當時坐著小船飄洋過海(抑或是走在冰河時期因海水面降低而露出的海床上)的南島語族原住民了!(台灣出走假說中,南島語族的遷徙路徑。圖出處)

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WhyJ

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同時滿足冒險的血液與科學研究的熱情,這就是地球科學與太空探索的魅力所在。期待在世界的某個角落中碰到你,那怕是層巒疊嶂的山稜上、波光瀲灩的水岸旁。那時,我將與你分享從沙丘中看見的歷史,與從冰川發掘的寶藏。夜晚,我們將遙望皎潔的明月,甚至更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。