Y染色体上的证据,人类迁移路线图,中国人

编者按:

现在   世界多个国家的科学家们正在合力完成一项庞大的人类寻根计划,希望通过研究人类基因的变异来绘制出一幅“人类迁移图”。

  中国科学家的研究表明,中国人的祖先源于东非,经过南亚进入中国。这支南亚先民经过多次迁徙及体内基因突变,逐渐分化成为各个民族。

  按科学家的观点,通过个人的DNA样本分析,每一个中国人都能了解自己的故事,寻找到自己的一脉渊源。

我们是谁?我们从哪里来?

  “这些历史信息隐藏在我们体内的DNA分子结构里。”李辉说。这位复旦大学生命科学学院博士生热衷收集各个民族分支的DNA样本,并着重研究中国南方的各个民族群体间的关系。

  李辉生长在上海郊区奉贤,通过检测自己的Y染色体和线粒体,发现它们来自广东福建一带。而在2万多年前,这些DNA类型在东南亚的北部湾活动。李辉从小说“飞”的时候是念“bóng”,和侗语“ben”很像。

  很长一段时间,他一直以为这就是奉贤话。通过DNA检测,李辉才知道,他所说的一些话来自一种古老的澳泰语。这个语系祖先的形成是在2万多年前南方的北部湾。

  科学家们一直在尝试着用DNA分析和电脑技术研究人类历史,从而确定人类种族及人类社会的形成过程。这项工作从未间断过。目前,一项庞大的人类寻根计划在全球展开。新华社4月18日的一则电文说,为了全面了解人类的起源与迁移过程,以及人类数千种语言的形成,在未来几年内,我国科学家将和美国等国的科学家一起,通过研究基因的变异以绘制出一幅“人类迁移图”,从而填补人类历史认识的空白。

  这项为期5年的项目被称为“人类迁徙遗传地理图谱计划”。这一项目将通过分布在中国、俄罗斯、印度、巴西等地的10个实验室和大学的专家来共同完成。科学家们将在世界各地采集不同人种的10万份DNA样本进行分析。

  复旦大学现代人类生物学研究中心主任金力教授和他的团队负责东亚和东南亚地区的人群研究,内容包括东亚和东南亚的人群迁移、民族和语言的产生和分化、人群间的基因交流等。

  “这次我们调研的重点将是绘制一幅中国人祖先迁移的地图,用来探究我们民族和语言等诸多进化环节当中的未知问题。”金力教授说,此次要采集大约2万个DNA样本。每一个中国人将能了解自己的故事。

北京猿人不是我们祖先

  “我们的祖先究竟是谁?”初中教科书的权威教育是,分布在中国的现代人是由生活在40万年前的北京猿人进化而来。这个说法的理论依据是人类的多地区起源说,认为在欧、亚、非的现代人都是由当地的猿人进化而来。

  金力教授的实验室助理钱吉说,现代人是单一的物种,而各地的猿人差异却很大,属于不同的物种,并没有都进化成为现代人。只有东非的猿人走上了向现代人进化的道路。所以,北京古猿人不可能成为我们的祖先。

  中科院昆明动物研究所研究员宿兵在查阅中国现有化石的年代以后,发现了一个不容忽视的断层。这个断层从大约10万年前至4万年前,没有任何人类化石出土。经推测,生活于东亚的直立人和早期智人(HomoSapiens)在最近一次的冰川时期,由于恶劣的气候而绝灭。取而代之的是从非洲不远万里迁徙而来的现代人种。

  但仍有科学家支持“多地区起源说”。中科院古脊椎古人类所的吴新智院士细心比较北京猿人、山顶洞人和现代人的骨骼特征,发现70%的中国人在头骨上有3个特征和北京猿人是一致的。所以他依旧觉得北京猿人可能是中国人的祖先。但他的学生刘武去非洲考察时,却发现有30%的东非人在这3个头骨特征上也和北京猿人相一致。

  年,中国科学家意识到DNA遗传密码的重要性。在那些双螺旋的DNA链条上交织着红、黄、蓝、绿4种颜色的小球,A、T、C、G.它们掌管着整个人类的迁徙和发展史。

  按科学上的解释,每一个小球就是一个核苷酸单位。所谓基因就是这些小球按照一定秩序连在一起,并具有相应的遗传信息。它有很强的功能性,控制着人类的肤色、形态和健康。比如人类的高血压就有几百个基因在控制。它们的序列不能随便更换。变换了,就要影响身体状况。

  而还有些小球的序列不具有功能性,性质如同DNA分子里的填充物。它们的排列是自由的。它们过了几千几百年会自由地发生一次变化,例如原本A的地方出现C.这种变化不受任何外界因素影响,不承担自然选择的压力。它们的改变不会影响身体健康。就是这些遗传突变记载了人类迁徙的历史信息。

  中科院昆明动物研究所研究员褚嘉佑着重研究的是DNA排列中的一种被称为微卫星的特殊排列顺序,这是一种公认的遗传标记。DNA排列中有一种简短的重复,比如TGTGT鄄GTG,其重复的字母和次数都可以遗传,当延续到后代身上时,原先那一个G的位置可能会变成A,或者原先重复9次而到了后代忽然变成重复10次。根据这个原理,褚嘉佑分析了28个东亚人群,推算出在中国的现代人起源时间不会早于5万年。

  有人认为褚嘉佑的取样数量太小,没有说服力。年,金力的学生柯越海和他的研究小组对主要以华人为主的东亚人群进行了大规模的遗传分析。他进入的是Y染色体的世界。它们一代代地由父子相传,而且“性格”稳定,一般在几十代之后才会有一到两个基因位点发生变化。这些遗传突变位点的结构如同一棵树,也正是这棵基因树记录了人类在不同时间向地球不同地点散布的路径。

  柯越海共分析个男性个体,发现那些Y染色体的YAP、M和M89上都会有其中一个位点发生突变。它们是基因树中的三根树枝。它们汇拢到一根叫M的树根上。这个M就是非洲人体内的突变位点。也就是说中国人与生活在东非的非洲人有关。

  柯越海说,中国人Y染色体的有效群体本来就不大,所存在的种类不多,这1万2千多个样本几乎囊括了绝大部分中国人染色体的类型。这可以充分证明,华人占大多数的东亚人群起源于非洲。

真正的亚当夏娃

  领导“人类迁徙遗传地理图谱计划”的人类基因组科学家斯宾赛-威尔斯说,“我们都曾属于同一个祖先,仅仅是随着时间的流逝而被分离开来。”他认为,世界上所有的现代人,无论是亚洲人、美洲人、欧洲人,都是由东非直立人而来。他们在5万-10万年前,开始向世界各地扩散。

  从DNA开始,关于人类的研究渐渐超出了文化的层面,人们学习着从自己体内寻找丢失的历史。上世纪80年代末,人类学中诞生出一支怪异的分支,分子人类学。它自诞生起就显示出惊世骇俗的力量。它不仅让“非洲起源说”的面目变得清晰可信,分子人类学家甚至凭借它找到了非洲的亚当和夏娃。

  年,美国夏威夷大学的瑞贝卡·坎恩破译了来自世界各地的妇女的线粒体DNA,发现现代女性的线粒体DNA都来自一位妇女,她大约生活在15万年前的非洲。

  线粒体存在于细胞质里,是细胞的“能量工厂”,它们包含少量遗传物质—————DNA.每个人的线粒体都来自母亲,因此线粒体是从母系遗传的角度研究人类进化的重要工具,就像Y染色体是研究父系遗传的工具。

  随后,分子人类学家再次成功破译了男性遗传密码的Y染色体。通过研究,他们得出结论,现代男性都有一个共同的父亲,他生活的年代也应该在大约15万年前的东部非洲。

  “DNA中的遗传密码让亚当、夏娃离开了神话世界,变成了有血有肉的非洲人。

  他们成了包括中国人在内的所有人的祖先”。复旦大学生命科学学院博士生李辉说。

  李辉解释说。大约15万年前,在东非分化出了很多人种与部落,其中就已经包含了现在的黑、棕、黄、白四个人种的祖先。Y染色体上的M是目前发现的一个很古老的突变位点,这是人类在要离开非洲时产生的突变,大约发生在10万年之前。那些棕色人、黄种人就是带着这个古老的突变开始向世界扩散。除了非洲以外的现代人都具有这个位点的突变。

  10万年前,地球处于冰川期,大部分陆地被冰川覆盖。整个海平面比现在低米左右,许多海床裸露在地面。在东非,各个部落拥挤在这块炙热的土地上,抢夺着有限的食物。或许是频繁发生类似于现在的卢旺达种族清洗事件,一部分人开始走出非洲。

  “又过了几千几万年,现代人在Y染色体基因突变M基础上又出现了2个突变类型,M和M89.前者发生在8万年前,后者发生在4万5千年前,人类已通过北非进入了欧亚大陆。”李辉说,最早出来的是棕色人。他们主要是在海边捕鱼为生,并捡食滩涂上的高蛋白食物。他们拿着旧石器和尖木叉,在印度洋岸边走着。公元5万年前,他们已占领了南亚和东南亚的陆地和岛屿。在之后的几万年里,散漫的捕捞捡食生活让他们沿着无边的海岸线,一路走到东亚,之后可能穿过白令海峡到达北美和南美洲。

  黄种人走出非洲的时间要比棕色人晚了近5万年。

  但他们的扩散速度很快。他们只用了棕色人1/5的时间就到达东南亚。柯越海取样的1万2千个中国人的样本中有个样本在M89的位点上发生突变。而这个突变标记在黄种人到达东南亚时就已形成,并且一直在这里做了很长久的活动,之后他们将要进入中国,分化出现在的汉族。

人类基因图谱——世界人口基因组分布

D-YAP矮黑人基因

M棕种人基因

K-M9是黄种人基因

P-M45是白种人基因

D-YAP矮黑人基因

M棕种人基因

汉族人无论是南方汉人还是北方汉人,Y染色体中都没有这两种基因

而北方民族蒙古人,突厥人,满族人,朝鲜人和日本人都有D-YAP和M

其中K-M9是黄种人基因,是中国人的主体类型,P-M45是白种人基因

C-M是棕种人基因,海洋居民,C—M走的路线大概就是沿着海岸出发,从阿拉伯半岛—伊朗—印度—中南半岛,此后,这批M的子孙分为两支系,NO.1支系向北进入西伯利亚,并最终进入了北美地区;NO.2支系向南进入澳大利亚,并扩散到整个太平洋诸岛。虽然我们的基因树上C—M画的比较简单,但实际上C—M并不单一,他们类型众多。

  

  今天C—M的后代主要分布在印度南部、北亚东部、日本、北美西部、澳大利亚、太平洋诸岛。在东亚地区,外蒙地区比例非常高,达到58%,还有哈萨克人、吉尔吉斯人、布里亚特人、比例都在60%以上,这些人群的类型(包括北美地区)都是C3—M;M的其他类型还有,日本的阿伊努人90%以上是C1—M8,另外,现代日本人(6.5%)、朝鲜人、满州人、阿穆尔人中,也有一定数量的C1。C2—M38,主要分布在澳大利亚和太平洋诸岛屿,C4、C5主要分布在南印度地区,在当地民族中能达到20%。在汉族人中几乎没有C-M基因的分布。

D—YAP又被称为小黑矮人基因,是一支非常古老的基因,它和C—M几乎同时走出非洲。现在D—YAP类型主要分布在印度安答曼群岛的安达曼人(%)、藏族(58%)、土家族、彝族、瑶族、日本(34.7%)、朝鲜、满州人、缅甸人、克钦人。在汉族人中,D—YAP在汉族人群中几乎没有发现Y染色体变异数量多少并不能用人口数量来衡量,很多人口众多的大民族都是由一个小人群由于某种原因迅速壮大而来的,如历史上曾建立了强大帝国(典型的是汉人、阿拉伯人),近代的高技术革命和殖民(如英格兰人、西班牙人),这些人群的同源性强,Y染色体的变异类型并不特别丰富,相反,一些非常古老的小民族,其Y染色体变异类型却十分丰富。

  

  亚欧大陆上主要民族(图中的chinese指汉族,和一般人的观念不同,汉族的基因构成恰恰是一个非常单一纯粹的民族,足以证明原来的汉族融合而成的理论是错误的)K—M9基因是最重要的一个支系,亚欧大陆上,除了西亚地区和西伯利亚,世界岛上绝大部分民族都由K—M9的子孙构成,今天汉族人中,96%的人都是K—M9类型。

  

  K—M9下面也有很多子类型,最重要的有两个,一个是ON—M,另一个是P—M45。

  前者(ON—M)主要分布在东亚、东南亚、北亚东部、部分太平洋岛屿(以上都是O—M子类型)和乌拉尔山两侧、北欧北部、东欧北部和北极圈内的爱斯基摩人(以下都是N—M子类型)。中国人主体类型就是O—M。族人中的4%的P-M45白种人基因,最有可能的来源的是古代中原的高加索人种。

《人类基因序列图》将给我们带来些什么?

公元年4月14日,美国科学家在华盛顿庄严宣布:美、英、日、法、德和中国,6个国家联合,经过13年的努力,共同绘制完成了《人类基因序列图》。这是一个伟大的日子,一个具有里程碑意义的日子。

这一天,是我们期待太久太久的日子。尽管这一天提前了两年,可还是觉得让我们等得太久太苦。

这一消息瞬间传遍了全世界。

人类基因序列图谱的破译,会给我们的世界和我们自已,带来什么样的巨变?在即将到来的天崩地裂般的变化面前,我们的想像能力显得那么贫乏,显得不够用了。

这张图对于我们是如此重要,以至在年3月14日,美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表联合声明,呼吁人类基因组研究成果公开,任何个人或集团都不能独占它的专利权,以便使它成为全人类共同拥有的财富。

这项始于年、预计在15年内完成的人类有史以来最浩大的工程之一,被全世界的一批最优秀的科学家,用充满智慧的、艰苦卓绝的工作,整整提前两年完成了。在参加研究的6个国家中,中国是惟一的发展中国家,这表明在基因工程的研究上,中国走在世界的最前列。

中国承担了《人类基因序列图》工程1%的任务,即人类23个染色体中第3号染色体的一部分解读,约万个碱基对的研究。

《人类基因序列图》:打开生命之门的金钥匙

我们可以毫不犹豫地将本世纪名命为“生物工程世纪”。年再次蝉联全球首富的比尔·盖茨说,下一个全球首富将出现在基因工程中。毫不夸大地说,《人类基因序列图》将改变一切,将为全球经济大洗牌。

《人类基因序列图》这部浩瀚得无法想像的天书的破译,我们一直以为,那是件遥远得与我们这一代人毫无关系的事。忽然就在今天,科学家们把这本书在我们眼前打开了。

人类已经有了几千年的文明史。可人类对自己的认识,远远不能与对浩瀚苍茫的宇宙的认识相比拟。在所有的自然科学中,医学是对我们最重要,却偏偏又是最薄弱、最落后的一门学科。但凡能称作“病”的00种疾病中的某一些病症,现代医学似乎还无能为力。

在人类的科学发展史上,在《人类基因序列图》未能破解的几千年的人类历史长河中,可以说,医学一直在黑暗的、漫无边际的长夜里摸索。随着物质文明的迅速提高和科学技术的急剧发展,人类的生存空间却在同时急剧恶化。在科学飞跃发展的时代,人的生命却变得愈发脆弱。

随着《人类基因序列图》的完成,人类终于找到了打开生命之门的钥匙。那是一部讲述生命之谜的,有着30亿个词汇的大辞典,上帝就是按照这张图制造人的。

“人类基因工程图谱”与我们这个星球上60亿居民,人人有关,有关的程度让我们难以置信。它解说的是生命的本质,是生老病死的奥秘。

有了这张图谱,许多可怕的疾病会迎刃而解,那些让我们谈虎色变的被称之为“绝症”的艾滋病、癌症,还有许多常见病、多发病,现代医学至今连其发病的基因都未能搞清的疾病,如糖尿病、精神病、高血压病、进行性肌营养不良、心肌炎……将从图谱里找到答案,将随着有缺陷的基因的修复,而被治愈。包括长期以来我们束手无策的重大手术,或难如登月的器官移植、神经修复、甚至困扰全球的难题:减肥,都将变得轻而易举。

更让我们难以置信的是,它不仅会使我们活得更健康,还会让我们长寿。随着死亡激素的发现,随着生物节奏、生物钟的发现,人类的寿命将大大地延长,从理论上说,《人类基因序列图》告诉我们,人类的正常寿命是0岁。简直是长生不老了。

还是在上个世纪末,人类就己经弄清了死亡激素的成因,以及它对人类寿命的影响,并弄清了分泌死亡激素的脑后垂体的位置,但尚未找到控制它的方法。随着“长寿基因”的问世,活到0岁,只是个时间问题。

科学家们还破译了一个更神奇的基因:忠诚婚姻基因。在动物实验中发现,当好色到荒淫程度的老鼠被注射了忠诚基因之后,它不但认定了自己的配偶,居然终身不渝!你说《人类基因序列图》,什么奇迹造不出来?

“后基因组时代”

《人类基因序列图》的完成是否意味着,生命的天书已经打开,科学家从此就掌握了生命的奥秘了呢?

北京师范大学细胞生物学研究所何大澄教授是这样回答的:“不是这样的,基因组的测序完成,当然是一个非常重大的事件,是人类对于生命本质认识的一个重大飞跃。但是这个测序就如同我们发现了一部从西天取来的经,但是这个经具体内容是什么,我们并没有真正了解。”

也就是说,人类对人类基因组的认识才刚刚开始。

在科学家测出了人类基因组里3万多个基因的结构以后,人类基因组计划宣告完成,但对于人类基因组的研究并没有停止,从此生命科学进入了“后基因组时代”。

在“后基因组时代”,科学家还要研究人类基因组里3万多个基因的功能,进而揭示基因是怎样控制生命现象的。

基因就好比建筑生物个体的图纸,蛋白质则是根据图纸合成的建筑材料。很显然,光有图纸是不会产生生物个体的,蛋白质在建筑生物个体和调节生命活动中,起着至关重要的作用,实际上,生物体的新陈代谢以及生长发育,都是由蛋白质直接参与并完成的。

宽客网络课堂开张了

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在后基因组时代,科学家需要盘点人类蛋白质组里所有种类的蛋白质,并对这些蛋白质的生理功能进行描述。他们发现,蛋白质分子是有机大分子,它本身是一条长链,这和基因有点儿像。

然而基因仅由A、G、C、T,4种碱基组成,蛋白质则是由20种氨基酸组成的,蛋白质的建筑材料种类是基因的5倍。因而蛋白质种类要远远多于基因。

由于蛋白质直接参与生物体组成,这就解释了为什么自然界里的生物如此丰富多样,是蛋白质构筑了五彩缤纷的生命大厦,生命的世界就是蛋白质的世界,蛋白质的世界是这样美丽而奇妙。

蛋白质组研究代表着21世纪生命科学的最前沿,也是现代科学十大前沿研究领域之一。随着蛋白质组研究的不断深入,将会产生巨大的经济社会效益。

在后基因组时代,通过对基因组和蛋白质组的深入研究,科学家还发明了蛋白质芯片诊断技术。

蛋白质芯片其实就是一些表面经过特殊修饰的金属载体,它们可以选择性吸附不同的蛋白质,减少了样品复杂性,提高了分析效率。

这种技术只需要取少量血液样品,就可以在分子水平上对肺癌进行早期诊断,对病人不会造成太大痛苦。诊断由专门的技术人员进行,样品点到蛋白质芯片的样品孔内,经过一些简单处理,送到阅读机上,进行处理分析。仅仅需要5~6分钟时间,蛋白质芯片阅读机就可以读出上千种蛋白质。

通过比较正常人和肺癌病人的蛋白质,科学家找到了肺癌病人早期诊断的依据。

行走在天堂与地狱之间

可别以为《人类基因序列图》带来的都是好处,那将是一个绝大错误。

《人类基因序列图》中国组的负责人杨焕明博士说,在他看来,《人类基因序列图》所带来的忧患,更甚于所带来的喜悦。他始终是用带着焦虑的目光在







































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