4.7萬年前智人和尼安德塔人瘋狂混種科學家發現Y染色體有點不對
尼安德塔人是現代人類最著名的已滅絕近親,他們過去生活在歐洲和亞洲的部分地區,大約在4萬年前前後消失。最近的一項研究指出,這種十分聰明的人類物種在大約4.7萬年前,與現代智人(也就是我們)有過一次雜交熱潮,以至於現代人類的DNA中包含了尼安德特人基因組的幾乎所有片段。
只有一條染色體除外,那就是Y染色體,尼安德塔人的Y染色體在現代智人中完全找不到。
那麼,有趣的問題是,尼安德塔人的Y 染色體到底怎麼了?
尼安德特人的基因組
大約76.5萬至55萬年前,尼安德塔人和現代智人祖先在非洲各奔東西。當時,尼安德特人遷移到歐洲,而現代智人的祖先則留在了原地。
在13萬到11萬年前,現代智人的祖先第一次走出非洲,但這次遷徙以失敗告終,最後在近東地區逐漸消失。
直到5 萬至4萬年前,現代智人再次遷移到歐洲和亞洲。現代智人的重大轉變被認為發生在7萬年前前後——變得有別於其它人屬物種,所以這次遷徙直接讓尼安德特人消失在了歷史舞台。
由於保存完好的歐洲和亞洲尼安德特人骨骼和牙齒的DNA,科學家已經恢復了完整的男性和女性尼安德特人的基因組副本。
不出所料,尼安德塔人的基因組與我們非常相似,他們同樣包含約20,000多個基因,捆綁在23條染色體上。
另一方面,他們也有22對常染色體──兩個副本分別來自父母,還有一對性染色體,女性擁有兩條X染色體,而男性則擁有一條X染色體和一條Y染色體。
科學家有許多方法在智人的基因組中尋標記到尼安德特人的DNA序列片段,所以我們現在知道,除起源於非洲的人類譜系外,現在所有人的體內都包含有尼安德特人的基因。
其中,歐洲起源的人類譜系的基因組包含了2%的尼安德塔人基因係列,而亞洲和印度的譜係比例還會更高一點。
不過,尼安德特人的基因似乎正被我們逐漸剔除,因為已知一些古代智人基因組中含有的尼安德特人DNA 序列較多,有些達到6%左右。
也因為我們知道什麼基因來自尼安德塔人,所以我們知道哪些特徵是尼安德塔人帶給我們的。
其中包括紅髮等外觀特徵,還有關節炎、紅斑性狼瘡等疾病都與尼安德特人的基因有關,當然他們的基因也帶給了我們對許多疾病的抵抗力。
但是,所有這些基因都與Y染色體無關,目前沒有發現現代智人攜帶尼安德特人Y染色體的任何部分。
Y染色體很難測序,因為它含有大量重複的“垃圾DNA”,因此尼安德特人的Y染色體基因組僅進行了部分測序。
科學家在已定序的尼安德特人Y染色體上發現了現代智人Y 染色體中幾種相同基因的樣本,但沒有在現代智人的Y染色體上發現尼安德特人的部分。
值得一提的是,在現代人類中,一個名為SRY的Y染色體基因啟動了男性的發育,SRY基因在所有猿類中都發揮著這一作用,或許也包括尼安德特人,但目前還沒發現尼安德塔人的SRY基因。
尼安德塔人的Y 染色體怎麼了?
其實,有許多原因都會導致尼安德塔人的Y染色體在今天不出現在現代智人身體。
有人認為,尼安德特人的Y 染色體從未出現在跨物種雜交中,因為只有現代智人的男性愛上(或者其它暴力手段)尼安德特女性,而沒有尼安德特人男性愛上現代智人女性。
不過,這個想法很難與現代人類中沒有尼安德特人線粒體DNA的痕跡(僅限於女性系)的發現相協調。
也有人認為,由於尼安德特人族群數量非常少,所以擁有有害基因累積的可能性非常高,所以尼安德特人的Y 染色體在工作方面不如其競爭對手智人那麼出色。
由於那些帶有特別有用的基因的Y 染色體(例如產生更多、更好或更快的精子)會迅速取代群體中的其他Y 染色體,所以隨著時間推移,尼安德特人的Y染色體基因組在現代智人中完全消失。
另外,考慮到人類的Y 染色體總體上正在退化,所以也可能尼安德特人的Y 染色體中SRY 基因已經丟失,他們靠其它方式決定性別,所以他們的Y染色體遠沒有現代智人的有用,也就逐漸就消失了。
還有一個最有可能的原因,就是尼安德塔人的Y染色體無法與現代人類其他染色體上的基因一起運作,導致帶有Y染色體的混血不孕。
獅虎獸
在物種雜交中,如果有一方不孕、罕見或不健康,那麼它基本上就是具有不同性染色體的那一方。
這稱為霍爾登法則,例如在哺乳動物中,雄性擁有XY染色體,那麼雄性雜交後代不健康或不孕的比例就更高;
而在鳥類中,雄性有ZZ染色體,雌性有ZW染色體,所以它們是雌性雜交後代不健康或不孕的比例就更高。
霍爾登法則的具體原因還不是很明確,但是它確實普遍影響生物,例如你可能知道獅子和老虎雜交的獅虎獸,它們雌性有生育能力,但雄性都不育,就是這種情況。
攜帶尼安德塔人Y染色體的混血不生兒子或根本不生孩子,那麼Y染色體自然就會消失了。
尼安德塔人到底如何滅絕的?
你會發現,無論出於哪種原因,碰到現代智人並與之雜交後,尼安德特人自己的繁殖肯定出了巨大的問題。
他們要么因為可生育人口減少了——被現代智人佔有,要么因為混血不育或者有害基因的存在被淘汰,總之碰到現代智人之後,他們種群肯定是萎縮了,這對於本身就人丁凋落的他們來說是雪上加霜。
每個人都想知道尼安德特人是如何滅絕的,其實現在有一個認可度較高的原因,那就是他們真的生育出現了問題。
尼安德塔人和現代智人在歐洲共同生活了4000-10000年,2019年一項研究指出,這個重疊的時間要遠長於現代智人透過戰爭或流行病等方式滅絕尼安德特人所需的時間。
這項研究也指出,只要生育率略有下降,那麼隨著時間推移,這種累積就會成為他們最終走向滅絕的重要因素。
其實,不僅現代智人透過這種「基因污染」的方式讓尼安德塔人最終滅亡,現在許多強勢的入侵物種也都是這麼做的。
我們知道入侵物種通常會和本土相同生態位上的物種之間存在資源的競爭,這通常被認為是本土物種滅絕的主要原因。
其實,對許多物種來說,基因污染也是相當關鍵,甚至可能就是摧毀一個物種的最後一根稻草。
講道原文:https://theconversation.com/modern-human-dna-contains-bits-from-all-over-the-neanderthal-genome-except-the-y-chromosome-what-happened-230984
參考:
[1].https://doi.org/10.1126/science.zf18669
[2].https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216742