哈佛医学院的遗传学家大卫·赖希重新绘制了我们物种的家谱。今天，在他的办公室里，透过窗户俯瞰着波士顿的路易斯·巴斯德大道，他拿起一支蓝色记号笔，走到一面白墙前，向我展示了他的成果。他首先画了两条线——一条代表人类，一条代表尼安德特人——它们在大约70万年前从一个共同的祖先分支出来。人类分支又分为非洲人、亚洲人和欧洲人的谱系，然后又细分为更小的群体，比如新几内亚人或印度洋偏远安达曼群岛的居民。赖希还在尼安德特人分支上为丹尼索瓦人创建了一个分支，这是一个几年前遗传学家才发现的旧石器时代谱系。
一切都很好。如果我们和我们的人形亲戚通过进化整齐地分化，你就会期待看到这样的图景。它看起来很像达尔文在《物种起源》中包含的生命之树。但是赖希随后违反了他的树。
他没有创建新的分支，而是开始将分支连接在一起。他划了一条线，将尼安德特人谱系与欧洲人和亚洲人联系起来。他连接了丹尼索瓦人谱系和通往新几内亚人的谱系。他一次又一次地横穿这棵树，将这些分支连接成一片嫁接丛。
赖希退后一步，审视着他的创造。他前额高耸，侧面轮廓像猎鹰，声音非常轻柔。“所以，”他轻声说，“有点复杂。”
这说得还算客气。在过去的15年里，赖希开发了一套复杂的统计方法工具箱，从我们的DNA中提取历史。通过这些方法，他揭示了追溯到数万年前的“丑闻”式交往。
大约20万年前，我们的祖先在东非进化。他们扩散到非洲大陆的其他地区，然后迁徙到亚洲和欧洲。当他们沿着海岸线和翻山越岭时，他们遇到了尼安德特人和其他人类近亲。而且，至少偶尔，他们会发生性行为。
我们不知道这些相遇的淫秽细节，尽管赖希和其他科学家将来有可能填补其中的一些。但是赖希已经完成的工作毫无疑问地表明，杂交是人类进化的一个主要特征。数十亿人携带着来自尼安德特人和其他古代人类近亲的大量DNA。其中一些基因可能在今天我们的健康中发挥重要作用。
“在我们的历史中，我们经常与远亲混合，”赖希说。事实上，他预计会有更多杂交的证据浮出水面。我们的基因组中可能还潜藏着其他未被发现的人形生物。
换句话说，赖希的墙即将变得更加凌乱。
DNA的新启示
1992年赖希进入大学时，科学家们对人类进化的了解大多来自化石。当时逐渐形成的共识是，智人只在非洲进化。然后人类迁徙到其他大陆，在那里与被称为人科动物的人类近亲共同生活了一段时间。
支持这种“走出非洲”模式的古人类学家认为，尼安德特人虽然分布在欧洲大部分地区，但并非今天欧洲人的祖先。相反，他们是从一种古老的人科动物独立进化的，然后在大约3万年前消失了。今天的欧洲人不是晚期的尼安德特人，而是非洲移民。
一种新的探寻人类历史的方法出现并支持了这一观点。遗传学家学会了如何对小片段DNA进行测序，并比较这些片段在不同个体中的版本。
在20世纪80年代中期，已故遗传学家艾伦·威尔逊和分子遗传学家丽贝卡·坎恩从各种民族的人群中收集了基因样本。他们专注于细胞中香肠状结构中发现的DNA，即线粒体。
线粒体DNA的特别之处在于，它几乎不变地从母亲传给孩子。当一个女性的线粒体DNA发生突变时，她的所有孩子都会遗传这个变化，从而在她的后代中产生一个遗传标记。
新的基因研究结果有力地支持了“走出非洲”模型。坎恩和威尔逊利用了线粒体DNA在几个世纪以来以相对稳定的速度突变的事实。因此，通过统计各种人类群体中线粒体DNA的突变，他们可以估计它们相互分化的时间。他们发现，所有在世人类中不同的线粒体DNA都来自大约20万年前生活在非洲的一个共同祖先，这位女性被昵称为“线粒体夏娃”。
“我非常认同那个传统，”赖希说，他是在坎恩和威尔逊发表他们的研究结果几年后到达牛津大学攻读遗传学博士学位的。赖希开始学习如何分析人类DNA，以更多地了解人类如何走出非洲。这项研究很有趣，但他当时还不确定是否想成为一名科学家。
1997年夏天，他离开实验室，尝试从事新闻工作，为《经济学人》撰写了一篇关于德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所遗传学家斯万特·帕博（Svante Pääbo）研究发现的短文。帕博的团队刚刚从一具4万年前的尼安德特人化石中提取了DNA。
“那是我写过的唯一一个故事，”赖希说。他选择了一个好题材。这是人类进化研究中最重要的成就之一。
研究人员将一粒胡椒大小的尼安德特人肱骨骨片磨碎。他们用化学物质浸泡骨片，除去所有分子，只留下可能含有的DNA。骨片中确实含有大量DNA，而且大部分遗传物质属于寄居在骨片孔隙中的细菌。除去微生物DNA后，马克斯·普朗克研究人员得到了379个碱基对的尼安德特人线粒体DNA。
“我认为这是世界上最令人惊叹的东西，”赖希说。
帕博和他的同事将尼安德特人DNA与人类线粒体的相同DNA片段以及相应的黑猩猩DNA进行了比较。尼安德特人DNA与人类的相似度高于与黑猩猩的相似度。但它与亚洲、非洲和欧洲人类的基因片段仍有很大差异，而这些基因片段彼此之间非常相似。
这一结果似乎证实了“走出非洲”模型。如果尼安德特人是现存人类的祖先，那么你会期望他们的线粒体DNA更像欧洲人的。正如赖希在他的文章中写道，帕博的研究表明，现存人类中没有尼安德特人DNA。
但Pääbo只检查了尼安德特人基因组的极小一部分。赖希后来帮助Pääbo研究了其全部，而完整的故事将远比这复杂。“我想不仅Svante错了，我也错了，”赖希反思道。
检测古老关系
在尝试写作之后，赖希最终决定他还是更喜欢科学，于是回到了实验台。正是在那时，他的研究发生了决定性的转变。当时，大多数遗传学家都在寻找重建不同人群历史的方法。例如，他们想追溯凯尔特人向大不列颠扩张的路线，或者追溯美洲原住民与西伯利亚最近亲属的关系。
但赖希对这些群体接触时发生的事情感到好奇。即使他们可能大部分保持分离，一些个体也可能杂交。赖希想知道他是否可以通过观察现存人类的基因组来找到那些古老交往的证据。
检测这些迹象并非易事。想象一下，两个来自世界遥远地区的人——比如一个来自西班牙的女人和一个来自波利尼西亚的男人——结婚并生了一个女孩。她出生时有23对染色体：一套来自她的母亲，一套来自她的父亲。她母亲的染色体携带着大量遗传标记，精确地指明了她的西班牙血统。同样，她父亲的DNA也明确无误地是波利尼西亚血统。但随着女孩自己的卵子发育，她的DNA会混合。
在产生卵子的细胞中，西班牙染色体将与其波利尼西亚对应物配对。染色体片段交换位置。每个卵子最终都会形成一个新的、杂合的染色体。现在想象一下，这个女孩长大后嫁给了一个西班牙男人。她孩子的DNA将只有四分之一是波利尼西亚的，而且波利尼西亚DNA会被切割成更小的片段。随着世代的推移，杂交的迹象变得更加微弱。
尽管面临挑战，赖希认为检测杂交可能很重要。它可以揭示人类一些隐藏的历史，甚至阐明人们为何易患某些疾病。赖希来到哈佛医学院后，开始了一项前列腺癌研究，通过揭示使某些男性更容易患此类癌症的基因，证明了这种分析的价值。“非洲裔美国男性的前列腺癌发病率比欧洲裔男性高1.5到2倍，”赖希说。“我们已经能够找到原因。”
为此，赖希必须重建非洲裔美国人的遗传历史，他们从17世纪开始作为奴隶来到美国。白人奴隶主有时会与他们的奴隶发生性关系并生下孩子，从而将欧洲基因引入非洲裔美国人口。获得自由的奴隶也与美洲原住民和拉丁裔生下孩子。结果，今天的非洲裔美国人可能拥有高达80%的欧洲DNA。
赖希和他的同事们检查了1,597名患有前列腺癌的非洲裔美国男性的DNA。他们调查了分散在这些男性基因组中约1,300个短片段，并将其与欧洲、亚洲和非洲男性的基因组中相同的位置进行比较。他们能够确定每个非洲裔美国男性基因组中每个片段的来源大陆。
赖希和他的同事发现了七个遗传风险因素，它们共同构成了一个癌症风险热点。那些拥有所有七个标记的欧洲版本基因的非洲裔美国男性患前列腺癌的可能性不高于欧洲人；然而，非洲版本与患病风险升高有关。这七个位点似乎控制着一个参与细胞分裂的基因。这些位点的突变导致细胞繁殖过快。
美国的杂交仅在过去几个世纪发生。对于他的下一个项目，赖希承担了一个更大的挑战：整个印度的民族历史。今天，印度有12.1亿人口。他们的文化多样性令人震惊：该国拥有2000个民族，每张印度纸币都必须用15种语言印上其价值。
赖希想看看印度人的DNA中是否包含关于他们作为民族起源的线索。他们是否都来自同一个创始人群体，或者他能否区分来自不同祖先群体的DNA？
他与海得拉巴细胞与分子生物学中心的科学家合作，分析了132名印度人的DNA。他们的研究对象代表了25个民族，从生活在喜马拉雅山脚附近的克什米尔婆罗门到居住在印度南端的库伦巴人。
在每个人的DNA中，科学家们调查了56万个位点，并对每个印度人的每个位点进行了比较。研究人员还将这些数据与印度以外人群（包括欧洲人和非洲人）的数据进行了比较。
赖希和他的同事们编写了一个计算机程序，对这数千万个数据点进行全面分析。然后，计算机创建了一系列可能的家谱，并衡量每个家谱能够多好地解释印度各地发现的遗传变异。2009年，科学家们报告说，印度人大部分的DNA可以追溯到两个祖先群体。
“这是两个不同群体之间的混合，它们之间的差异就像东亚人和欧洲人之间的差异一样大，”赖希说。
其中一个人口来自印度洋安达曼群岛的人群。他们可能在4万年前抵达印度次大陆，他们的后代构成了印度大部分人口，直到几千年前。
接着，第二个群体，与欧洲人的祖先密切相关，出现在次大陆上。当这两个群体接触时，他们开始通婚，混合了他们的基因。在一些民族群体中，他们的DNA现在几乎完全融合了。但在次大陆的北部和南部，基因混合得要少得多。
这一发现使赖希深刻认识到杂交在人类历史中的重要性。“你可能会认为我们现在生活在一个特殊的时代，”他说。“但在我们的历史中，我们经常与远亲混合。”赖希和他的同事们设计来探究印度历史的统计方法，对于他解读人类和尼安德特人更早期的关系至关重要。
自从赖希在1997年撰写关于尼安德特人DNA的文章以来，帕博一直致力于获取更多的尼安德特人基因。到2010年，他和他的同事们已经绘制出尼安德特人整个基因组的粗略草图，其中包括超过30亿个碱基对中的60%以上。
Pääbo现在可以带着数千倍的数据，重新审视尼安德特人与人类之间的关系问题。但为了理解他所拥有的巨量DNA，他需要与那些擅长从DNA中推断人群关系的人合作——比如赖希。
“对于我们的社区来说，尼安德特人和现代人类互动史一直是一个重大问题，”赖希说。“Pääbo收集的数据是深入研究这个问题的绝佳方式。”
我们体内的尼安德特人
赖希和他的同事于2007年开始分析帕博的尼安德特人基因组。他们以与分析印度人基因大致相同的方式研究了DNA。他们将尼安德特人基因组中的每个位点与人类基因组以及黑猩猩基因组中相应的位点进行了比较。他们再次尝试找出最有可能解释这些证据的进化历史。
“我们当时假设尼安德特人和人类没有混合，”赖希说。毕竟，Pääbo在1997年最初通过一小段线粒体DNA发现的结果就是如此。而当他能够查看更大片段的线粒体DNA时，他也得到了相同的结果。
赖希和他的同事们研究的大部分尼安德特人基因再次支持了Pääbo早期的研究。换句话说，所有人类版本彼此之间都比它们与尼安德特人版本更相似。但随后他们的计算机开始吐出一些奇怪的结果。
结果发现，尼安德特人DNA的片段与欧洲人和亚洲人的相应片段更相似，而不是与非洲DNA相似。另一方面，在任何情况下，非洲人和尼安德特人都没有排除其他人类而共享相似的基因版本。这是否意味着欧洲人和亚洲人毕竟携带了一些尼安德特人DNA呢？
“我们对这个结果表示怀疑，”赖希说。“我们发现了混合的信号，然后非常努力地想让它们消失。”
他努力了一年，却毫无结果。最终，赖希和他的同事别无选择，只能得出结论：尼安德特人与人类有过交配。他们估计，活着的亚洲人和欧洲人的DNA（平均）有2.5%是尼安德特人的。他们不得不否认纯粹的“走出非洲”模型。相反，他们的模型更接近“走出非洲，并深入了解一些尼安德特人”。
赖希和他的同事们发现的模式可以帮助缩小杂交发生的时间和地点。由于非洲人没有携带尼安德特人DNA，这似乎表明尼安德特人只与欧洲人和亚洲人的祖先杂交。一种可能性是，当人类在大约5万多年前走出非洲时，他们在近东地区遇到了尼安德特人。
一旦人类和尼安德特人交配，人类继续向欧洲和亚洲扩张，并带着尼安德特人的基因。另一种可能性是，杂交发生得更晚。尼安德特人分布范围很广，从西班牙到俄罗斯。当人类与尼安德特人接触时，他们可能在多个地方交配。
然而，人类和尼安德特人并没有融合成为一个民族；亚洲人和欧洲人身上2.5%的尼安德特人DNA是一个非常小的比例。两位瑞士遗传学家马蒂亚斯·库拉特和劳伦特·埃克斯科菲尔研究了需要多少杂交才能使今天人类的尼安德特人DNA如此之少。他们得出的结论是，只需每30年一个尼安德特人和一个人类生一个孩子即可。
“这对我来说并不奇怪，”赖希谈到这一发现时说。“人类不容易跨越群体界限进行混合。人们倾向于与长得像他们、说他们语言的人混合。”
除了这些粗略的轮廓，故事很快变得模糊。显然，这些杂交产生的混血儿童必须被人类文化所接受。但我们无法判断这些结合是人类与尼安德特人之间激烈战斗中的强奸，还是个别尼安德特人被人类社会所接纳。
赖希希望找到更多线索，让故事更加清晰。他想解决的一个问题是基因如何从尼安德特人流向人类。是人类男性与尼安德特女性交配，反之亦然？
“实际上，研究基因流的方向性有很大的机会，”赖希说。女性有两条X染色体，而男性有一条X和一条Y。他指出，如果尼安德特女性与人类男性交配，她们会向所有孩子提供一条X染色体。
如果涉及到尼安德特男性，他们能为女儿提供一条X染色体，但不能为儿子提供。如果赖希发现X染色体上的尼安德特人DNA含量异常低，而与其他染色体相比，这可能是一个线索，表明尼安德特男性使人类女性怀孕。高比例则会指向另一个方向，即尼安德特曾曾祖母。“我们正在努力研究这个问题，”他说。
其他远亲
2010年一个晚上，赖希和帕博以及一些同事在莱比锡的一个啤酒花园共进晚餐。他们正在完成尼安德特人基因组的研究工作。现在，帕博带来了新的消息给赖希。他认为自己在另一种已灭绝的人科动物中发现了DNA。
帕博一直与俄罗斯古人类学家合作，他们在西伯利亚一个名为丹尼索瓦的洞穴中发掘化石。这个洞穴里堆满了数千年来形成的石化遗骸。一些似乎是尼安德特人的。一些似乎是人类的。
俄罗斯人将骨骼样本运往德国，帕博的博士后约翰内斯·克劳斯开始研磨它们以寻找DNA。大多数骨骼只含有细菌基因。但随后克劳斯观察了一根属于一名5万多年前去世女孩的小指骨尖，一切都改变了。
这个样本充满了DNA。当克劳斯对一小份样本进行测序时，他立即发现它既不完全是人类的，也不完全是尼安德特人的。它属于某种科学界未知的其他人科动物。帕博和他的同事们将这个早已消失的女孩命名为丹尼索瓦人。
赖希立即投入到这个项目中。他和他的同事们对这个新基因组采用了与尼安德特人DNA相同的方法。总的来说，丹尼索瓦人的基因与尼安德特人最为接近，但基因组有许多在人类或尼安德特人中都没有发现的突变。丹尼索瓦人的祖先显然比尼安德特人与现代人类的分裂更晚近地与尼安德特人的祖先分化。
他们的共同祖先可能在数十万年前从非洲迁徙而来，将我们自己的祖先留在非洲大陆。尼安德特人的祖先向北迁徙，远至欧洲。与此同时，丹尼索瓦人的祖先向东迁徙，并存活了足够长的时间，至少在西伯利亚洞穴中留下了那个小指骨。
丹尼索瓦女孩的基因给我们提供了一些线索，让我们了解她可能长什么样子。例如，她有导致她皮肤黝黑、棕色眼睛和棕色头发的基因变异。在5万年前的某个时候，丹尼索瓦人消失了，就像他们的尼安德特表亲一样。
赖希和他的同事知道尼安德特人和人类有过杂交，于是仔细寻找活体人类基因组中的丹尼索瓦人DNA。他们在两个人群的基因组中找到了它，一个来自新几内亚，另一个来自附近的布干维尔岛。他们DNA中高达5%的成分来自已消失的丹尼索瓦人。
这一结果与他们的尼安德特人研究发现截然不同。这促使赖希和他的同事对人类DNA进行了更广泛的调查。他们未能在中国人中找到丹尼索瓦人DNA的痕迹。在欧洲人或亚洲大陆居民中也未能找到。
但他们确实在澳大利亚原住民的基因组中发现了残余。在菲律宾，他们也在名叫马曼瓦人的人群中发现了它。这些身材矮小、皮肤黝黑的部落人长期以来一直吸引着人类学家，因为他们似乎与大多数西太平洋居民截然不同。
“这太惊人了，我们起初以为是个错误。但这是一个非常独特、一致、压倒性的模式。唯一能解释这一点的方法就是基因交换，”赖希说。“丹尼索瓦人群可能分布在数千英里，从北方的西伯利亚苔原一直延伸到东南亚潮湿的丛林——比尼安德特人的分布范围更大。”
古代DNA，现代健康
当尼安德特人和丹尼索瓦人遇到现代人类时，他们的基因已经独立进化了数十万年。然而，他们的DNA可能至今仍在影响数十亿人的健康。一些基因在与人类DNA结合时可能造成了伤害，增加了某些疾病的风险或降低了个体的生育能力。
另一方面，一些外来DNA可能对我们有益。2011年8月，斯坦福大学的彼得·帕勒姆和他的同事发现，一些免疫系统基因的尼安德特人和丹尼索瓦人版本现在非常普遍。它们在欧洲、亚洲甚至太平洋岛屿都能找到。它们的流行表明它们可能提供了某种抵抗疾病的优势。
赖希还没有准备好就我们的尼安德特人或丹尼索瓦人DNA如何影响我们的健康发表明确立场。尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组草图仍然存在太多空白和错误，无法达到那种确定性。但他对其中一些基因可能受到人类自然选择青睐的可能性持开放态度。“这些人走出非洲，他们必须应对尼安德特人和丹尼索瓦人已经适应的环境。”
幸运的是，赖希说，我们不仅仅可以猜测为什么某一段尼安德特人或丹尼索瓦人的DNA仍然存在于我们的基因组中。“你可以将它与人的特征联系起来，”他说。拥有特定尼安德特人DNA片段的人是否比没有的人跑得更快？拥有特定丹尼索瓦人DNA片段的人是否更擅长逻辑谜题？“这是一个你可以实际进行的实验。”
对赖希来说，尼安德特人和丹尼索瓦人基因组的揭示可能只是我们对进化新理解的开始。如果我们的DNA中出现另一种古老人科动物的基因组，他也不会感到惊讶。“为什么不呢？目前看来这并非不可能，”他说。
在非洲，这种证据可能会出现。亚利桑那大学的遗传学家迈克尔·汉默和他的同事通过研究非洲人的DNA，发现了一种新人科动物的线索。他们发现了总共约占基因组2%的片段，这些片段似乎与人类DNA格格不入。汉默认为，最好的解释是，这是另一种古老人类与非洲人在大约35000年前杂交的结果。
为了证实这些发现，科学家们需要找到更多的古代基因组，赖希认为他们会找到。“我很乐观，”他说，“世界上充满了像丹尼索瓦洞穴这样的地方。外面一定还有成千上万的其他骨骼。”
