本文是中南大學(xué)黃石教授關(guān)于“遺傳多樣性上限理論”的科普文章，2017年發(fā)于大同思想網(wǎng)鳞芙，本簡書現(xiàn)予以轉(zhuǎn)發(fā)猿诸，略有刪節(jié)辅甥。
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黃石教授演講
“現(xiàn)代人出東亞說”的來龍去脈
文/黃石
我于1983年在復(fù)旦大學(xué)讀完遺傳學(xué)本科專業(yè)。之后將近26年祟绊，在美國繼續(xù)讀書并最終在美國圣地亞哥Burnham Institute 擔任教授楼入。2009年回國后，加盟中南大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)國家重點實驗室久免。
我們的團隊從事分子遺傳學(xué)和人類學(xué)研究多年浅辙，9年前（2008年）我們提出了一個更加完整的進化理論——遺傳多樣性上限理論，這一理論解決了遺傳多樣性之謎阎姥。自那時候记舆，我們就開始建構(gòu)現(xiàn)代人起源的分子模型。2016年呼巴，我們在相關(guān)學(xué)術(shù)機構(gòu)作了報告泽腮，正式提出“出東亞說”御蒲，獲得了一些影響力，并在2017年發(fā)表了研究論文诊赊，受到某國外主流媒體關(guān)注厚满。但因為中國的主流媒體一直受出非洲說影響甚深，對我們的學(xué)術(shù)成果謹小慎微而不予報道碧磅。
今正好是30年了碘箍，“出東亞說”的提出才1年不到，但已經(jīng)引起巨震鲸郊。在這個時間節(jié)點丰榴，我覺得很有必要向公眾匯報“現(xiàn)代人出東亞說”的最新成果，以澄清真相和呈現(xiàn)真理秆撮。也算作一些科普工作四濒。
“多地區(qū)起源說”和“出非洲說”
對于人類起源，目前學(xué)術(shù)界有兩種對立流派职辨，分別是“多地區(qū)起源說”以及“出非洲說”盗蟆。兩種學(xué)說對于直立人在約190萬年前走出非洲有著同樣的共識，分歧是關(guān)于5-10萬年前出現(xiàn)的解剖形態(tài)學(xué)上的現(xiàn)代人與直立人的關(guān)系舒裤。
“多地區(qū)起源”將現(xiàn)代人看作是來自于非洲更新世早中期直立人演化的產(chǎn)物喳资。這一學(xué)說的基礎(chǔ)主要是依賴于化石和舊石器時代的文化遺存，特別是東亞地區(qū)的數(shù)據(jù)惭每，可是卻缺乏現(xiàn)代研究當中比較常見的分子遺傳學(xué)證據(jù)骨饿。
“出非洲說”假設(shè)了一個相對距我們時間比較近的現(xiàn)代人共同祖先，該祖先于10-20萬年前起源自非洲台腥，在距今5萬年左右進一步從非洲分散到歐亞大陸宏赘，然后取代了當?shù)卦械墓湃?只有微弱的混合)。提出這個模型的最初理由是在非洲發(fā)現(xiàn)了最早的10-20萬年前的現(xiàn)代人化石黎侈，但能成為主流共識主要是依賴了分子數(shù)據(jù)察署，以及分子進化中性理論對遺傳多樣性的解讀，認為非洲人有著最大的遺傳多樣性峻汉，也就意味著演化時間最長贴汪。然而，“出非洲說”賴以為基石的“中性理論”雖然在一定范圍內(nèi)是合理的休吠，但還有需要完善之處扳埂，還沒有完全解決“什么因素決定了遺傳多樣性”這一世紀之謎。
分子鐘和中性理論
“中性理論”是60年代主要由木村資生提出的分子進化理論瘤礁，是一個針對微觀并與宏觀達爾文自然選擇理論對立的學(xué)說阳懂，它能有生存空間來自于達爾文理論對理解微觀現(xiàn)象的困難。但是，中性理論從一開始誕生就注定了其片面性岩调，現(xiàn)在看來與它所依賴的數(shù)據(jù)僅是幾個基因序列有關(guān)巷燥，屬于對有限數(shù)據(jù)的誤解。
遺傳距離是衡量生物物種間遺傳差異的指標号枕，可以用序列相似性的高低來表示缰揪。1963年，美國院士Margoliash首次發(fā)現(xiàn)了遺傳等距離現(xiàn)象葱淳，并首次正式表述了分子鐘假說钝腺。等距離現(xiàn)象是具有開創(chuàng)范式意義的生物現(xiàn)象，可以表述為赞厕，任一簡單物種與所有比它高級的千萬種物種的同源序列的遺傳距離大致相同拍屑，等于該低等物種的最大種內(nèi)距離。例如坑傅，猴子與猩猩的距離與猴子與人的距離相同，等于猴子類中不同種猴子之間的最大距離喷斋；魚與青蛙的距離與魚與人的距離相同唁毒，等于魚類中不同種魚之間的最大距離。
遺傳等距離現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致了“分子鐘”假說的提出星爪，認為物種突變速率是恒定的且不同物種突變速率是相同的浆西。而“中性理論”是把自然界并無普遍存在的“分子鐘”當成是真實的自然現(xiàn)象來進行解釋而得出的。其核心內(nèi)容或前提假設(shè)是基因組中存在著無限多可容忍突變的中性位點顽腾，但這個前提的證據(jù)不足近零，并與一些自然現(xiàn)象和常識矛盾。如果要對人類起源進行研究抄肖，就必須使用正確的種系發(fā)生的研究手段久信，包括正確或與現(xiàn)實接近的前提假設(shè)，而且必須是在對遺傳多樣性有著正確完整的認識之后而不是之前漓摩。然而長期以來裙士，決定遺傳多樣性的關(guān)鍵因素，仍然是困擾進化領(lǐng)域內(nèi)科研工作者的未解難題管毙，達爾文和木村資生的“中性理論”都沒能夠給出滿意答案腿椎。當然，不應(yīng)否認的是夭咬，中性理論也還是有合理內(nèi)容的啃炸，在有限范疇內(nèi)是被檢驗成立的。在進化時間較短并且是類似物種比對時卓舵，分子鐘是較準確的南用。
等距離現(xiàn)象被首次報道后， 幾乎再沒有出現(xiàn)在任何后續(xù)主流教科書或原始研究文獻中。僅在對進化論公開持懷疑態(tài)度的學(xué)者的專著中出現(xiàn)過训枢，被某些學(xué)者看成是現(xiàn)代科學(xué)最令人震驚的發(fā)現(xiàn)之一托修，超前時代半個世紀，直到今日仍然能夠震驚幾乎所有人恒界。
遺傳多樣性上限理論
在過去十幾年里睦刃，我們實驗組針對遺傳多樣性這一世紀難題，做了大量的工作十酣，已經(jīng)基本找出其背后的關(guān)鍵因素涩拙。基因組DNA是生物體內(nèi)最基本的建筑零件耸采，個體內(nèi)的遺傳變異相當于是零件的誤差或熵兴泥，遺傳多樣性的增加即意味著事物向雜亂無章的狀態(tài)趨近。我們提出了“遺傳多樣性上限理論”（后簡稱為“上限理論”）虾宇，對現(xiàn)存理論的合理內(nèi)容進行了吸收搓彻，補充和完善（圖一）。
A.大進化（Macroevolution）。物種基因組功能部分用藍線表示搪泳，中性或適應(yīng)性序列用黃色表示稀轨。B 小進化。
生物體的復(fù)雜性可以定義為它的表觀遺傳編程的復(fù)雜性岸军。具體來說奋刽，復(fù)雜性可通過參與表觀遺傳編程的基因數(shù)目和細胞種類數(shù)來估算。我們提出了一個邏輯自明的直覺或公理：在建筑上艰赞，如果一個系統(tǒng)或者機器越復(fù)雜它能容忍的建材的隨機變異就越少佣谐。由這一直覺我們可以自然地得出生物學(xué)中與之對應(yīng)的常識，即表觀遺傳復(fù)雜性較低的簡單物種能容忍更多的DNA變異猖毫，或者說它的遺傳多樣性更高台谍。
我們進一步將現(xiàn)有理論的正確部分公理化。在建造學(xué)中吁断，有另外一個顯而易見的直覺脱柱，即任一有序復(fù)雜系統(tǒng)都能容忍一定限度的建材誤差范圍环揽，這些有限的誤差可對系統(tǒng)功能造成有利英遭、有害或中性的影響务唐。顯然，只要將這里的建材換成DNA就可以表述在生物學(xué)中與之等同的常識又兵，主流進化理論的正確部分基本上等同于此公理的內(nèi)容任柜。?
根據(jù)以上兩個公理基石卒废，可以邏輯推出遺傳多樣性上限理論，雖然大進化與小進化都涉及到基因突變及表觀遺傳復(fù)雜性的微小改變宙地，但是從簡單物種到復(fù)雜物種的大進化摔认，是表觀遺傳復(fù)雜性的臺階式提高，以及相應(yīng)的遺傳多樣性的降低宅粥。而在小進化中表觀遺傳復(fù)雜性沒有大的改變参袱，其線性階段基本上可被主流現(xiàn)代進化理論來正確描述（圖一）。
上限理論認為秽梅，今天看到的絕大部分遺傳多樣性和遺傳距離是處在飽和狀態(tài)抹蚀，遺傳多樣性的飽和態(tài)水平的決定因素是物種的生理學(xué)構(gòu)造或表觀遺傳編程圖紙的復(fù)雜性秩序性水平。打一個通俗比喻企垦，一個機器設(shè)備的零件的可容忍的上限誤差范圍环壤，是由設(shè)計圖紙或機器自身的構(gòu)造要求來決定的。支持飽和態(tài)的數(shù)據(jù)很多钞诡，而支持大部分基因組序列變異處在線性階段的證據(jù)還有待被發(fā)現(xiàn)郑现。
上限理論首次將被分子鐘和中性理論誤讀的真實自然現(xiàn)象（遺傳等距離）進行了正確解讀。并發(fā)現(xiàn)了遺傳等距離現(xiàn)象所隱含的一個從未被任何理論解釋的重要特征荧降，即重疊位點特征或巧合重復(fù)突變特征懂酱。這一特征意味著極限距離，即突變在同一位點的重復(fù)積累發(fā)生不再導(dǎo)致遺傳距離的增加誊抛。具有這一特征的序列不滿足中性理論的無限多位點的前提，但占基因組絕大部分整陌。分子鐘和中性理論能夠合理解釋重疊位點少的現(xiàn)象拗窃，但不能解釋重疊位點多的現(xiàn)象。
對于種系發(fā)生研究而言泌辫，使用的序列是否達到了遺傳距離上限或飽和態(tài)随夸，是課題中至關(guān)重要的一點。我們的大量研究證實震放，只有慢變序列還沒達到上限宾毒，只占了基因組中非常小的一部分。
相信分子還是相信化石殿遂？
分子進化領(lǐng)域有一個業(yè)外人士不了解的公開秘密诈铛，那就是業(yè)內(nèi)研究者之間交流時，從來沒有把基于遺傳數(shù)據(jù)和中性理論得到的結(jié)果（比如：分化時間和進化樹拓撲結(jié)構(gòu)）認為是一個肯定的結(jié)果墨礁。但筆者認為這不是正常的科學(xué)幢竹，得不到肯定的結(jié)果恰恰是自身理論系統(tǒng)的不完善所致，而不是進化研究本身的問題恩静。
試想焕毫，中性理論的前提都不確定蹲坷，結(jié)論如何能確定？在遺傳多樣性是什么意思都還沒有完全搞明白之前邑飒，就去解讀人的遺傳多樣性并得出“出非洲說”循签，這結(jié)論能確定嗎？因此疙咸，目前的不確定是進化研究還處在起始階段的暫時現(xiàn)象县匠。
必須注意，其它的獨立證據(jù)能成為一個結(jié)論的證據(jù)的前提是罕扎，必須首先要有一個正確結(jié)論的出現(xiàn)或提出聚唐。若分子方法只能給出有缺陷的不確定結(jié)論，其它獨立的真實數(shù)據(jù)中（如化石）必定有部分數(shù)據(jù)只能是成為這一不確定結(jié)論的證偽數(shù)據(jù)腔召，那時候杆查，人們選擇相信分子還是相信化石呢? 事實上這種情況已經(jīng)發(fā)生，人們選擇了信分子臀蛛，原因是做分子的說自己的東西更硬亲桦，顯然，分子遺傳學(xué)者這里有自相矛盾浊仆。既然內(nèi)部承認分子結(jié)論（如出非洲說）是不確定的客峭，為何對業(yè)外人士說的那么絕對肯定？為何要科普這一不確定結(jié)論抡柿？為何不提醒人們出非洲說的前提假設(shè)是不確定的或有可能是錯的舔琅？
現(xiàn)代人起源新解：常染色體多地區(qū)起源與現(xiàn)代型Y和線粒體出自東亞
我們從2009年起，開始對人類進化的分子模型進行重建洲劣，這期間在一些雜志報紙會議發(fā)表過一些批評出非洲說和普及上限理論的文章备蚓，分別是：《基因能否證明我們的祖先都來自非洲》（2014-11-21 文匯報）；《分子進化遲到近半世紀的完整解讀：支持“多地區(qū)起源說”而不是“出非洲說”》（《中國社會科學(xué)報》2012年12月7日第389期）囱稽；《用與種系發(fā)生相關(guān)的DNA序列解讀人類起源》（《21世紀中國人類學(xué)的發(fā)展》主編：席煥久郊尝，劉武，陳昭战惊。知識產(chǎn)權(quán)出版社流昏。）。
我們的工作得到了多地區(qū)起源說倡導(dǎo)者吞获、中科院古人類所吳新智院士的大力支持况凉。從2010年起，我多次拜訪過他各拷，并在古人類所多次報告過我們的研究進展茎刚。我在2013年3月應(yīng)邀訪問了德國馬普人類所，向他們報告了我們的分子人類學(xué)研究進展撤逢，并認識了出非洲說的原作者之一Mark Stoneking教授膛锭，也結(jié)識了當時還是研究生的付巧妹教授粮坞。我在2013年10月北京的一次國際人類學(xué)會議上報告過我們的分子人類學(xué)研究進展，在同一會上初狰，國內(nèi)出非洲說的代表者金力教授也做了發(fā)言莫杈，我們有過一些對相關(guān)問題的交流。在2016年9月北京的一次國際人類學(xué)會議上奢入，我們首次報告了現(xiàn)代人出東亞說筝闹，與會者有Mark Stoneking教授，對于出非洲說前提基石不穩(wěn)的問題腥光，我們進行了針鋒相對的討論关顷，對方最后無以應(yīng)對。
我們在2016年發(fā)表了我們耗時八年的研究成果——現(xiàn)代人出東亞的分子模型武福。我們仔細篩選出了15000多個中性慢變的SNPs议双，用新方法對已經(jīng)發(fā)表的DNA數(shù)據(jù)進行了重新解讀，結(jié)果與宏觀研究得出的多地區(qū)起源附帶雜交學(xué)說高度一致捉片，得到了人類常染色體組在191-196萬年前第一次分化的推論平痰。對于Y染色體和線粒體，我們根據(jù)事實認為不同單倍型都是具有不同功能的伍纫，共享變異意味著共享生理功能和生存狀態(tài)宗雇。我們因此重新構(gòu)建了Y和線粒體進化樹，把序列相同的歸為一組莹规。
現(xiàn)代人Y染色體東亞南方起源并擴散到其它地區(qū)。
新證據(jù)顯示良漱，現(xiàn)代人的Y和線粒體DNA起源于東亞南方嘹履，然后通過遷徙并與古人類雜交而散布到全球（圖二）。另外债热，所有帶有非洲人血統(tǒng)特征的民族都集中在ABCDE這一超級Y單倍型里面，與表形上顯示的非洲人特征基本一致幼苛。我們進一步發(fā)現(xiàn)了相對于其他東亞群體（中國北方人窒篱，福建人，西雙版納傣族人舶沿，越南人墙杯，及日本人），非洲人有更多中國南方湖南人的血統(tǒng)括荡，提示現(xiàn)代人可能出自以湖南為中心的東亞南方地區(qū)高镐。
總之，我們的研究首次考慮到了遺傳多樣性的飽和狀態(tài)問題畸冲，建立了新的人類進化分離時間以及進化分支的結(jié)構(gòu)圖嫉髓。這一結(jié)果的基石是異常牢固的從公理出發(fā)的遺傳多樣性上限理論观腊，以及中性理論的合理部分，并有大量分子實驗證據(jù)和獨立宏觀研究的驗證算行。我們的新理論和方法將會對未來的人類進化和文明史的研究梧油，具有普遍現(xiàn)實意義。
