基因寻幽：我们的DNA中还生活着哪些古人类？

当尼安德特人基因组于2010年首次测序并与我们自己的基因组进行比较时，科学家们注意到智人（*Homo sapiens*）的基因也出现在我们自己的DNA中。结论是不可避免的：我们的祖先与其他早已灭绝的人类谱系发生过交配并繁衍后代，而这些谱系如今就生活在我们的基因中。

不久之后，当丹尼索瓦人基因组于2012年被测序时，也揭示了类似的杂交事件。我们现在知道，来自所有三个*智人*谱系的小种群在不同时期有过混合和交流。其结果是，我们今天的DNA中零星地包含了那些曾经与我们共存但未能存活到今天的古人类群体的贡献。丹尼索瓦人和尼安德特人的基因并非存在于每个人的DNA中——例如，一些非洲人两者都没有，而欧洲人只有尼安德特人的基因。但是，这些基因的痕迹足够清晰，科学家们能够明显地分辨出来。

从某种程度上说，其他人类群体的DNA存在于我们体内并不令人惊讶。今天的智人是数百万年进化的结果；我们可以将许多古人类物种算作我们的祖先。但是，尼安德特人和丹尼索瓦人对我们基因构成的贡献发生的时间要近得多，是在智人已经与其他人类群体分离之后。这些杂交事件，也称为基因渗入，并没有创造出新的人类物种——它们丰富了一个已经存在的物种。我们获得的一些特征至今仍与我们的生活息息相关。

“有大量证据表明，古人类对现代人类（尤其是走出非洲的现代人类）存在某种基因渗入，”冷泉港实验室的计算生物学家Adam Siepel说。“我认为该领域的专家们对于是否有压倒性的证据支持这一事件没有任何疑问。”

一些证据还表明，我们的DNA中可能还潜藏着两个以上的额外人类群体，研究人员有时称之为“幽灵谱系”。生活在非洲的现代人类可能在那里与其他一个或多个古人类物种发生过杂交，从而进一步增加了我们当前的DNA。最近对现代印尼人的研究表明，我们所称的丹尼索瓦人实际上是由三个独立的古人类群体组成的，其中至少有一个可以被视为独立的物种。亚洲人和美拉尼西亚人的祖先至少与其中一个群体，甚至可能更多群体发生过交配。

追踪幽灵

科学家们已经开始通过几种不同的方式揭示我们缠结不清的过去。对于尼安德特人和丹尼索瓦人这类群体，其DNA至今仍残存在一些化石中，这使得研究最为容易。在测序了它们的基因组后，考古学家只需将其与我们自己的基因组进行比较。发现我们DNA中与古代群体DNA惊人相似的片段，就强烈表明我们的祖先在某个时候与它们发生过杂交。

当然，这些基因可能来自更久远的过去，来自我们与尼安德特人和丹尼索瓦人共同拥有的最后一位共同祖先。但这个分化发生得太早了，以至于我们与其他人种群体共享的大部分DNA区域都已经发生了突变，使得它们在每个群体中看起来都与众不同。因此，任何看起来是直接匹配的基因，都强烈表明发生了杂交。

然而，对于我们所知的绝大多数古代人类物种，我们拥有骨骼但没有DNA。构成脆弱双螺旋的分子会随着时间的推移而分解，尤其是在我们大多数祖先生活的炎热潮湿的环境中。但是，考古学家通过运行旨在识别出细微差别的统计算法来分析基因组数据，在我们自己的DNA中发现了其他古人类存在的微弱痕迹。几篇论文都曾提出，隐藏的祖先潜藏在我们的基因组中。但误差范围很大。

科学家用来在基因数据中寻找幽灵谱系的数学模型非常复杂，但通常归结为搜索当今特定人群中一组基因的聚集，这些基因使他们与其他现代人类群体区分开来。最近，一个研究小组对来自161位现代印尼人的基因组进行了分析。他们将这些遗传信息与丹尼索瓦人、尼安德特人以及其他现代人类的基因组进行了比较。

研究人员在印尼人身上发现了丹尼索瓦人DNA的痕迹——这并不意外——但也看到了一些迹象，表明这些古人类实际上是三个不同的群体。它们共享一个共同的祖先，但在分布于亚洲和太平洋的过程中，它们在基因上开始分化。其中一个群体与在西伯利亚发现的丹尼索瓦人之间的差异，与它们与尼安德特人的差异一样大。研究人员表示，这意味着它很可能应该被视为一个独立的物种，尽管他们没有化石来正式确定。

“如果我们决定像对待尼安德特人和丹尼索瓦人那样，给这个群体一个独特的名字，那么我们可能也应该给这个群体起另一个名字，”新西兰梅西大学的计算生物学家、该研究的合著者Murray Cox说。

新的发现可能会为我们提供这个丹尼索瓦人近亲的有形证据，但目前其唯一的遗迹就存在于一些现代人类种群的基因组中隐藏的DNA片段里。

然而，这些丹尼索瓦人般的幽灵并非孤单。其他研究非洲狩猎采集者DNA的研究人员也使用了类似的方法，发现了他们声称的证据：这些群体的祖先在数万年前就与非洲大陆上的其他古人类发生了交配。

也许规模最大的研究，发表于2011年，分析了来自马登卡、比亚卡和桑族61名非洲人的DNA。他们将这些基因组与两种人类群体模型进行了比较，一种模型假设非洲人的祖先与古代人类群体发生了杂交，另一种则没有。包含古人类基因流动的模型产生的模型结果与该地区实际的人类群体更为吻合。

根据他们的建模，研究人员表示，他们测序的非洲基因组中约有2%来自一个神秘的古人类群体。两者在大约35,000年前发生了杂交。

另一项针对一种名为MUCL7的基因的研究，该基因编码我们唾液中的一种蛋白质。他们发现了非洲人中幽灵谱系的进一步证据。MUCL7基因在当今人类中有几种变体，研究人员表示，其中一种可以追溯到一个非*智人*的祖先。一篇分析了来自哈扎族、桑达韦族、巴卡族、巴科拉族和贝德赞族15人基因组的论文也发现了杂交的证据，但同样无法确定其身份。

理解我们的遗传

我们许多人从其他人类群体继承的基因在许多情况下至今仍在我们的体内发挥作用。来自尼安德特人和丹尼索瓦人的基因至今仍在影响我们的免疫系统功能。据称，尼安德特人基因会影响身体的角蛋白（构成我们的毛发等）以及我们对紫外线的反应。这些基因很可能是在人类从非洲迁往欧洲之后获得的，在那里与我们的尼安德特表亲的“邂逅”可能加速了我们对寒冷气候的适应。

来自丹尼索瓦人的一个独特基因也已在现代藏族人中发现，他们生活在高高的喜马拉雅山脉。该基因被称为EPAS1，它改变了他们的身体制造血红蛋白的方式，血红蛋白是红细胞中携带氧气的蛋白质。该基因有助于在高海拔地区更有效地输送氧气，很可能为他们能够征服海拔数千米的青藏高原铺平了道路。

其他基因禀赋则带来了更多问题。一些来自尼安德特人的基因与抑郁症和心肌梗塞以及过敏有关。一些来自古人类的基因有助于我们的免疫系统，而另一些则可能使我们易患某些疾病：例如狼疮、克罗恩病和2型糖尿病。

就像许多家族传承一样，我们非智人基因的遗传是复杂的。科学家们还需要做更多工作，才能理解我们多物种过去的真正含义，包括它们如何继续塑造我们现在的状态。事实上，即使是寻找幽灵基因的证据也可能很困难。

区分幽灵与幻影

幽灵谱系存在的证据正在积累，但当科学家们只能依靠基因证据时，很难确凿地证明另一个物种的存在。有许多因素会混淆我们基因讲述的故事，使得很难区分古代种群的真实信号与背景基因噪音。一个种群所处的进化压力类型、种群的大小、它与其他人类种群混合的程度以及基因瓶颈——即只有一小部分种群存活下来繁衍后代——这些因素都会增加遗传学家工作的 G uncertainty。有时出现的“幽灵”不过是风中飘动的隐喻窗帘。

一篇近期发表在《自然·通讯》上的论文阐明了这种方法的一些不足。在该论文中，三位来自西班牙和爱沙尼亚的研究人员表示，他们基于复杂的统计分析和机器学习算法，在亚洲和太平洋地区人群的DNA中发现了幽灵谱系的证据。

他们首先使用一种模拟基因信息的计算机程序构建了一个人工基因组，然后将其与古人类的人口统计学模型配对。该研究的合著者、巴塞罗那基因组调控中心的人口遗传学家Oscar Lao表示，这为他们提供了一个可以与真实基因组进行比较的“计算机内”基因组。他们进行了数百万次模拟。

在两者匹配的地方，他们然后探究了人工基因组的进化历史中是什么导致了该基因簇的出现，这意味着在计算机基因组中产生该DNA的原因也可能发生在现实生活中。他们说，对数百万次模拟结果的平均值，可以近似代表真实的基因组。

然后，他们试图将数据拟合到几种描述古人类不同谱系之间相互作用的场景中。他们说，最符合的场景是一个模型，该模型包含了一个迄今未知的古人类群体与现代人类杂交。作者们说，这些人将是尼安德特人和丹尼索瓦人的混合体。

这也能解释为什么今天的亚洲人比欧洲人拥有更多的尼安德特DNA——他们的祖先不仅在某个时候与尼安德特人发生了性行为，而且还在亚洲与这个杂交群体发生了基因渗入。Lao说，这项工作再次提醒我们，古人类是一个多样化的群体。

“它表明，古遗传多样性的图景非常复杂，”他说。“不仅仅是尼安德特人一直等到解剖学意义上的现代人类出现，还有其他古老人群，我们至今还没有找到它们的古老遗骸。”

这是一个引人入胜的故事，并得到了去年在丹尼索瓦洞穴发现的第一代尼安德特人-丹尼索瓦人杂交个体的推动。但其他研究人员并不信服。

Siepel说，目前存在太多未知因素，使得我们无法运行这类模拟。

“这是一个需要写下相当复杂的模型来区分这些场景的问题，而这个模型几乎肯定在许多方面都不现实，”他说。

华盛顿大学生物统计学研究教授Sharon Browning表示同意。

“人类历史的现实非常复杂，”她说。“如果你过于简化，没有抓住真正发生的事情的关键方面，那么你就会比较不同的模型，而所有这些模型都是错误的。”

Browning也研究古人类的遗传学，她说她自己的工作没有发现Lao及其同事看到的那个种群的证据。

相反，她实验室近期一篇关于现代基因组中丹尼索瓦人DNA痕迹的论文发现了两个不同的丹尼索瓦人样群体。一个在基因上与我们测序过的、来自西伯利亚的单个丹尼索瓦人基因组相似。而另一个群体看起来只与其有远亲关系。

这一发现至少在大致轮廓上与最近的推测相符，即丹尼索瓦人可能不止一个物种。如果是这样，Browning和Cox可能都发现了与丹尼索瓦人远亲的同一个幽灵谱系的证据。或者，他们可能各自识别出了不同的群体，暗示着古人类之间的多样性远比我们想象的要大。

更多发现？

随着科学家们声称在我们共同的过去中发现了未知种群的证据，人们有理由想知道还有多少这样的种群等待被发现。我们迄今为止所拥有的关于幽灵谱系的证据，绝大多数都是一些暗示，而（顾名思义）没有确凿的证据来支持它们。事实上，在从DNA中识别祖先方面，我们可能已经达到了可观测的极限。尼安德特人和丹尼索瓦人的基因贡献仅占某些现代人群基因组的一小部分。

“任何其他存在的基因渗入[我们的DNA]的比例都会相当小，”Browning说。她表示，大多数看起来来自另一个物种的DNA片段可能都已经找到了。“没有太多东西留给可能属于其他物种的东西了。”

然而，未来的考古发现——提供真实、确凿的证据——可能会给我们带来惊喜，特别是如果我们能够从遗骸中提取DNA的话。Siepel说，如果没有能够测序丹尼索瓦人的DNA，我们基因组中丹尼索瓦人DNA的证据很可能非常微弱。

“如果仅仅是通过现代人类中的渗入片段来推测这个物种的存在，那将是非常有争议的，”他说。

未来的发现可能会将今天的幽灵谱系变成有形的人类物种，曾经活着并呼吸着的人类，他们将自己的基因历史与我们融合。他们的身体可能已经消失，但他们的DNA却永存。