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日本的繩文人從哪裡來?和台灣原住民又有什麼淵源?──繩文人DNA研究(下)

寒波_96
・2019/09/11 ・3245字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

日本的史前居民繩文人,究竟是不是日本人的祖先?最近由繩文人遺骸取得 DNA 的遺傳學研究,對於這些問題提供了相當有用的線索。除此之外,還有個意外發現:繩文人與台灣原住民之間,有著非常古老的聯繫。

上集:繩文人真是現代日本人的祖先?有多少遺傳留下?

仿冒繩文陶器的餅乾,與真正的繩文陶器 XD。圖/取自 おかし作り考古学研究所

繩文人遺傳能追溯到東南亞,也和東北亞有文化交流

繩文人來自東南亞或東北亞呢?有了繩文人 DNA 以後可以直接和各地人群比較,尋找誰與繩文人比較相似。和現代與古代基因組相比,繩文人最接近寮國的和平文化(Hoabinhian culture),距今 8000 年前的人。1

和平文化分佈於寮國、馬來西亞等東南亞地區,是當地農業出現以前,仰賴採集狩獵維生的古文化。和平文化的古人本身儘管活在數千年前,遺傳上卻最為接近印度洋島上的安達曼人──一個與東亞其他人分家 5 萬年之久的族群。

而繩文人的親緣關係與安達曼人、和平文化人更加接近,表示繩文人的祖先很早以前已經與其他人分家,遺傳上獨立發展許久,符合對他們分家年代的估計。

至今東亞、東南亞地區的古代基因組仍相當有限,可供比較的樣本不多。東亞北方,距今 4 萬年前的田園洞人,與繩文人還有一些相似。但是 2.4 萬年前,住在西伯利亞南部的貝加爾湖附近,作為北亞族群代表的樣本 MA1,與繩文人卻是非常非常的不像。2, 3

目前樣本仍很有限,不該妄下結論,不過至少可以肯定,住在北海道、愛知這批已知的繩文人,遺傳上和冰河時期結束以前的北亞族群沒有直接關係。這點是支持繩文人來自東南亞,反駁東北亞起源的有力證據。繩文人的直系祖先,超過 4 萬年前時應該住在東南亞,後來一路向北到日本,與幾萬年來的北亞人群缺乏遺傳交流。

繩文人兩條可能前往日本的路線。圖/改編自 readyfor

然而,繩文人與東北亞並非毫無關係,因為歐亞大陸東北方一帶,西伯利亞、東亞北部、東北亞、北海道等地,一度都很流行細石器(microblade)。這片廣大的區域之間多半上演過文化、科技方面的交流,卻很可能沒有反映在 DNA 的層面上,至少目前仍偵測不到。

竟然和台灣原住民有遠古淵源?

另一個懸疑已久的問題是,現代日本族群中,繩文人的遺傳貢獻佔多少?在取得繩文人古代基因組後,也可以比較直接地計算。用伊川津貝塚 2500 年前樣本估計的結果是,現代日本本土人與繩文人共享約 8% 遺傳組成;不同分析方法的結果會有點出入,不過與這個數字大致上沒差太多。

與繩文人共享 DNA 變異的不只日本人,還有東北亞現代的烏爾奇人(Ulchi)、尼夫赫人(Nivkh),以及距今 7700 年 Devil’s Gate Cave 遺址的古代人(估計比例 4%);出乎意料的是,台灣原住民也與繩文人有著不可忽視的遺傳相似度,某一分析方法甚至計算出高達 41% 的數字!

繩文人與各族群的關係,顏色愈溫暖意謂共享愈多祖源。圖/取自 ref2

繩文人與彌生人合體後,發展為後來的日本人,所以如今的日本族群之所以配備 8% 與繩文人一致的祖源(ancestry),是由於祖傳的直接繼承所致;但是台灣原住民(以阿美、泰雅族為代表)與繩文人之間,卻極有可能缺乏直接關係。

繩文人抵達日本也許超過 3 萬年,至少也有 16000 年,可是台灣原住民絕大部分的祖先,來到台灣的時間不會超過 7000 年前,之間有著很明顯的年代落差。另外也沒有明確的考古證據支持,繩文時期的日本與台灣有過交流。

模仿人面陶器的餅乾 XD。圖/取自 おかし作り考古学研究所

東亞沿岸的DNA流動

比較可能的狀況是,繩文人在東南亞與其他人分別以後,沿著海岸北漂日本,就此與其他族群分隔。留在東亞太平洋海岸這邊,仍然有些人保持著接近繩文人的祖源,後來他們融入台灣原住民的祖先當中,再一起移民台灣。

這份與繩文人共享的古早祖源,只留存在東亞海岸的族群;已知的內陸族群,例如 2400 年前住在喜馬拉雅山區的 Chokhooani 都沒有繼承到。

由此間接推論,在漢藏語系的移民於近幾千年內,遷徙到東亞沿岸的區域以前,東亞沿岸的人群遺傳上應該和後來不太一樣。只是古早祖源後來多數遭到漢藏語系相關移民的稀釋,只有在台灣等少數地區才有留下一些比較明顯的痕跡。不過這部分只是推測,需要更多古代DNA 樣本才能釐清。

同樣非常值得一提的是,有關北海道的阿伊努人,也已經有相關的古代 DNA 研究正在進行中,不過至今仍沒有比較完整的分析釋出。這些研究將能帶我們深入認識繩文人、阿伊努人、東北亞族群的複雜歷史,大家再等等吧。

琉球群島各考古遺址的年代。圖/取自跨越黑潮網站

還有未知的琉球

然而, 有關琉球群島的遺傳史,目前的古代 DNA 分析仍然沒有什麼幫助。琉球群島最早有人類活動的紀錄距今約 3.6 萬年,也有繩文時期的遺址,但是琉球的「繩文人」和本州、北海道的繩文人之間關係如何,仍沒有什麼頭緒。在遺址中出土的古代琉球人,和後來的琉球人之間是否有傳承關係,也仍是大大的問號。

與琉球考古有關,最近引起高度關注的是「跨越黑潮──復現 3 萬年前的航海」計畫。這項進行多年的計畫由日本與台灣合作,希望模擬舊石器時代的古代人類,由台灣渡海前往琉球群島的狀況,歷經數次失敗後,終於在今年(2019 年)以獨木舟為交通工具,順利由台灣划到與那國島。

圖/取自 跨越黑潮網站

這一系列實驗證實「用獨木舟從台灣划到與那國島」是可行的,但是以草為材料編成的船絕對沒辦法穿越黑潮,因為草船太容易吸水。然而,幾萬年前的航海家是否已經配備獨木舟,或是以竹製船,沒有人知道。

舊石器時代的人類渡海並非問題,早在超過 5 萬年前已經有人從東南亞大陸出發,最後在澳洲與新幾內亞登陸;但是台灣到沖繩的距離更遠,海況似乎也更難克服。

探索沖繩的史前文化,如今已經累積不少考古、遺傳學的資料,但是我們所知的仍然了解太少,還有太多問題等待回答。往好處想,至少我們對繩文人的認識最近有了重大突破,大家可以先關注繩文人,思考歷史演變的可能性,再與未來新發表的結果對照。

延伸閱讀

參考文獻

  1. McColl, H., Racimo, F., Vinner, L., Demeter, F., Gakuhari, T., Moreno-Mayar, J. V., … & Wasef, S. (2018). The prehistoric peopling of Southeast Asia. Science, 361(6397), 88-92.
  2. KANZAWA-KIRIYAMA, H. I. D. E. A. K. I., JINAM, T. A., KAWAI, Y., SATO, T., HOSOMICHI, K., TAJIMA, A., … & SHINODA, K. I. (2019). Late Jomon male and female genome sequences from the Funadomari site in Hokkaido, Japan. Anthropological Science, 190415.
  3. Gakuhari, T., Nakagome, S., Rasumussen, S., Allentoft, M., Sato, T., Korneliussen, T., … & Mizushima, S. (2019). Jomon genome sheds light on East Asian population history. bioRxiv, 579177.

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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寒波_96
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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》。


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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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