David Reich: 戴维·赖克:为什么青铜时代是人类演化的转折点

00:00德瓦克什·帕特尔

我又请到了戴维·赖克,他是哈佛大学研究古DNA的教授。你会怎样描述自己的研究内容?

戴维·赖克

我是一名遗传学家,研究人类历史,研究古代人群之间以及他们与今天人群之间的关系。

德瓦克什·帕特尔

我们两年前做过一期访谈,它成了我做过的最受欢迎的访谈之一。我想,大家之所以觉得那期内容很有吸引力,是因为人类历史上有太多我们不了解的东西,而你们实验室所用的技术让我们才刚刚开始有所认识。

你们最近发表了一篇很令人兴奋的预印本论文,我想和你聊聊。你能先简单介绍一下我们今天要谈的背景吗?

戴维·赖克

古DNA这个领域在十六七年多以前起步时,人们的梦想是:从古代人类遗骸中提取DNA,追踪其随时间的变化,从而了解大量关于生物学的知识,也就是人类的生物学特征如何随时间改变。而这个梦想,从这个领域诞生之初到现在,其实一直没有真正实现。

这个领域在了解人类历史方面取得了巨大成功。它带来了一些出人意料的发现:关于人类迁徙,人们并非是生活在同一地点、几百年、几千年甚至几万年前的那些人的后代;人群混合在人类历史上十分普遍,性别偏向的过程也十分普遍。还有一些发现是考古学没有预料到的。从这个角度看,这个领域非常成功,但在了解生物学和生物学变化方面,却一直没有成功。

一个重要原因是样本量太小。只有一个人的DNA时,它能提供关于历史的大量信息。这是因为,当你观察一个人的DNA时,那并不只是一个人,而是许多人。那是你的两位父母、四位祖父母、八位曾祖父母、十六位高祖父母,依此类推。往回追溯,成千上万、几万甚至几十万的祖先对今天的人都有贡献。

当你观察单个人的基因组,或者一个尼安德特人的基因组时,实际上是有成千上万的祖先都体现在你的数据里。你可以非常精确地把这个个体放在你已有数据的其他人群之中来定位。但如果你关心的是某个特定的遗传变异如何随时间变化,比如它影响肤色,或者影响成年后消化牛奶的能力,或者影响某种行为特征,那么一个人只能给你一份样本,或许是两份:一份来自他的母亲,一份来自他的父亲。

要想高分辨率地看清频率如何随时间变化,你需要非常大的样本量,也就是真正大量的人。直到最近几年,我们才有了这样的数据。今天谈到的这项研究,以及希望未来几年许多团队会开展的工作,其动力就在于我们现在终于有了这样的数量。我们可以利用这些数据,观察频率如何随时间变化。

德瓦克什·帕特尔

我能问个问题吗?接下来几个小时里我会问很多外行的问题,但是,为什么频率变化特别有意思呢?

戴维·赖克

我们感兴趣的是,利用过去几万年里我们自身历史中发生过的这场“自然实验”,来弄清我们的DNA中哪些部分在生物学上是重要的。如果一个人群经历了环境的变化,例如转向农业、开始与驯化动物近距离生活,或者从寒冷的地方搬到温暖的地方,或者从低处搬到高处,那么这个人群就会面临压力,需要适应这些新的压力和新的需求。

检测这一点的方法,是看某个遗传变异的频率是否朝着某个方向发生了系统性的推动,并且推动的幅度大到足以被我们检测出来。这个变异也许能让你在更高海拔生活,也许会促使你形成一种在新处境下更有利的不同行为模式。除非样本量非常大,否则很难检测出几个百分点或百分之十左右的细微频率变化。我们要找的,是那些极端到不可能由偶然造成的频率变化。这会告诉我们,由于人们经历的环境变化,生物学层面上受到了推动。

德瓦克什·帕特尔

有意思。你们发现了什么?

戴维·赖克

七年前,阿里·阿克巴里(Ali Akbari)开始着手利用我们产出的数据来研究生物学随时间发生的变化。他当时是我实验室的博士后研究员,几年后成为了常任的职业科研人员。我想,他之所以对我们实验室感兴趣,而不是别处,是因为我们实验室的一个重点,就是从古代人类中产出真正大规模的数据。我们一直努力把这个过程工业化,让它成本非常低廉、质量很高,并为此产生大量样本和大量高质量的数据。

我们已经产出了这么大量的数据,这使得我们重新有可能去问:频率随时间是否发生过变化?过去几十年里,人类演化领域的主流观点是,在过去几十万年的人类历史中,自然选择一直相当平静。

有几条证据被用来证明这一点。其一是,如果你比较来自世界各大洲的不同人群,比如欧洲人和东亚人,观察那些在两个群体之间频率不同的突变(所有突变的频率都会有些许差异,有时差异很大),你可以问:“欧洲人和东亚人之间,频率差异最大的突变是哪些?”结果是,几乎没有任何遗传变化在欧洲人和东亚人之间的频率差异达到100%。

欧洲人和东亚人来自四万或五万年前的一个共同祖先人群,这个人群走出了非洲和中东。这个人群有一套基因频率,这些变异随机地波动(这个过程称为遗传漂变),或者也可能在某个方向上受到选择。从四万或五万年前至今所经过的时间,在演化的时间尺度上足够短,因此这两个群体之间平均而言并没有太多的遗传分化。

然而,如果发生过自然选择,比如帮助某个地方的人更好地消化酒精,或者更好地消化牛奶,你可能预期会有某个突变的频率飙升到非常高。四万或五万年是很长的时间,大约有1500到2000代。这很可能足以看到频率上100%的差异。但你并没有看到超出偶然预期的差异。

这些因素综合起来,使人觉得选择一直很平静。也许几十万年前,祖先人类群体达到了某种最优状态,此后就再没有太多朝任何方向的遗传变化了。

确实存在少量自然选择,或者说是为了清除不断“落”到基因组上的有害突变而进行的选择,但没有我们所说的定向选择。定向选择指的是新出现的突变,或者被系统性地推向某个方向的突变,帮助人群达到另一个适应性设定点,使其更适合这个人群所处的环境条件。

我们能够对DNA中所有突变的频率变化进行划分(我们观察的是大约1000万个存在变异的位点),看其中有多少是由定向选择(适应)造成的,又有多少是由其他因素、尤其是遗传漂变造成的。结果是,98%来自其他因素,尤其是遗传漂变。造成频率波动的,压倒性地是迁徙和人群结构。

因此,检测适应性自然选择的信号极其困难,因为它们只占总频率变化的很小一部分。绝大部分变化来自这些迁徙和混合。尽管如此,正如我们的研究所显示的,自然选择其实非常之多,在基因组中可以说无处不在。

德瓦克什·帕特尔

我想在这里问一个澄清性的问题。为什么我们要把人群的基因混合或人群替代排除在选择之外?如果从群体层面来想,一个人群取代了另一个人群,这难道不是选择吗?

我记得上一期你解释过,某个特定地区的人群构成发生过巨大变化。一个人群进来,取代了之前的人群,然后又有新的人群进来,取代了这个人群。只要遗传因素与这个人群为什么取代了另一个人群有关,为什么这不应该算作我们所理解的过去一万年里的选择呢?

戴维·赖克

它可以算,也许确实算,在某些方面大概也应该算。但也可能这种人群替代是由某种文化现象造成的,比如其中一个群体掌握了而其他群体没有的技术。也许有一些遗传突变也起了作用。谁知道呢?这是有可能的。

但你所看到的是全基因组范围的整体变动。我们要看的是,DNA中是否有某个位置,以不同于基因组其余部分的方式在驱动变化。从统计学的角度看,在这些迁徙发生的时期,频率会出现巨大的波动。这些时期对检测自然选择来说信息量极低。检测自然选择的最佳时机,是在几百年内没有发生迁徙和人群基因混合的时候。在这样的时期,你确实能看到突变因此而朝着一个方向慢慢移动。

为了这项研究,我们把欧洲和中东的历史看作一个由许多小人群在空间和时间上构成的“群岛”,彼此之间相当隔绝。在大规模的迁徙与混合事件之间,你会有一个在不列颠被隔离了几百年的小人群,或者一个在匈牙利被隔离了几百年的小人群。在每一个这样的小小“自然实验”里,我们都可以问:这个突变的频率是否略有上升?同一个突变在另一个小人群里的频率是否也略有上升?如果所有的箭头都指向同一个方向,那我们就赢了。它们是在告诉我们,自然选择正在发生。

例如,4500年前的欧洲,几乎所有突变都经历了巨大的频率变化。这并不是因为自然选择,而是因为来自黑海和里海以北的草原迁徙。40%到80%的DNA变成了来自草原牧民的颜那亚(Yamnaya)人的DNA。他们的突变频率不同,未必是因为选择,而只是因为他们在不同的地方演化了几千年、几万年。当你观察后代人群时,会看到频率发生巨大变化。你需要做的是,看看自然选择对某种变动的解释程度是否超出了你根据偶然所预期的水平。

德瓦克什·帕特尔

所以你们找到了这些似乎受到选择的位点。我还有一个澄清性的问题。你说你们找到了3800个位点,有50%的把握认为它们在过去一万年里受到了选择。

戴维·赖克

是7200个,有50%的把握。我们得到了大约7200个DNA位点,它们有50%的置信度是真的。其中只有一半是真的,我们不知道是哪些,所以其中有3600个是真的。

德瓦克什·帕特尔

这是否也意味着,在这7200个之外,你有把握认为基因组中的其他位点没有受到选择?

戴维·赖克

不是。如果你看25%概率的阈值,会有几万个位点,其中也会有很多是真的。事实上,我们做的多项分析都表明,基因组正因自然选择而“震颤”。

还有各种各样较弱的效应,需要比我们做过的更大的研究才能发现。事实上,DNA中几乎每个位置都与另一个正被自然选择朝某个方向拖拽的位置相关联。自然选择并不是平静的,而是无处不在。尽管它只占频率变化的2%,但它在各处都把这些位点朝这个或那个方向拉扯。

于是我们分析了这些已经识别出的位点,也就是我们非常有把握的数百个位点。我们查看它们在DNA中是随机分布的,还是呈现出某种模式。我们考察了大约100种性状,这些性状都做过全基因组关联研究,涉及各种不同的方面,与免疫、自身免疫、行为、代谢以及其他方面有关。

对于其中每一种性状,我们可以问:全基因组关联研究已知会影响这些性状的遗传变异中,遗传选择信号的数量是否异常之多?我们发现,免疫性状有极其显著的富集,大约是四到五倍。选择信号在免疫性状中高度集中。我们还看到代谢性状有很强的富集,比如可能影响肥胖或脂肪性状或2型糖尿病的那些性状;而据我们所能判断,行为或精神性状几乎检测不到富集。

德瓦克什·帕特尔

我想确认一下自己的理解。这并不是说行为、精神或认知性状没有受到选择,而只是说,控制这些性状的各个位点并不特别可能属于你们所识别出的受选择位点。

戴维·赖克

完全正确。从那项分析的结果看,似乎免疫性状受到了强烈选择,而在这一地区过去一万八千年里,行为方面没有任何选择。但这是一个错误的结论,而且我们有证据表明它是错误的。也有明确的证据显示,行为性状同样受到了选择。

我们之所以认为行为性状的信号弱得多,是因为从医学研究中我们知道,行为性状背后的基因数量要比免疫性状多得多;免疫性状背后的基因数量相对较少,但每个基因的效应较强。行为性状在遗传上是由大量效应微弱的基因塑造的,而我们没有足够的统计效力去检测这些非常微弱的信号。

当我们对最强的选择信号做分析时,这批非常强的结果能非常有效地对免疫性状进行“查询”,却不能很有效地查询行为性状。很可能免疫性状仍然是受选择最强的类别,我想事实也确实如此。但行为性状没有受到选择,这绝对不是事实,而且我们可以证明这不是事实。

德瓦克什·帕特尔

有意思。

15:45戴维·赖克

我们已经能够证明,有两种方式可以把之前的观察与我们的新观察调和起来。请记住,之前的观察是:在几十万年或几万年的时间尺度上,自然选择似乎一直很平静。理由是什么?是在欧洲人和东亚人之间,看不到频率上100%的差异。

现在我们看到有数百个位点的频率在飙升,在很多情况下选择率达到1%或更高。1%或更高的选择率意味着在几十代的时间里就会迅速翻倍。在把欧洲人和东亚人分开的1500或2000代里,难道不应该看到许多遗传变异在不同人群之间的频率差异达到100%吗?

我们能够证明,这至少可以由两个因素来解释。其一是,在世界的这一地区,也就是欧洲和中东,我们实际上正处在自然选择加速的时期。看出这一点的一个办法,是观察我们所见到的富集模式,即免疫性状与这些选择信号异常地关联在一起。我们可以把研究时间段的最后5000年,也就是所谓的青铜时代及之后,与之前的5000年做比较。我们看到,围绕免疫性状的选择强化,以及同样地围绕代谢性状的强化,在这个时期都加速了。

并不是说自然选择在所有地点和时间的速率都一样。在我们分析的这个时间段里,它在增强。整个时间段的选择强度与之前的时期相比,很可能都提高了。我们正处在一个选择加剧的时期。这并非不合理,因为这个人群在生活方式和文化上经历了巨大的冲击。我们分析的几乎所有人,在某种意义上都是农民或食物生产者。农业在世界上首次被发明,是在一万一千年或一万二千年前的中东。发明农业的那些人在8500年前之后涌入欧洲,散布到整个大陆,并迅速扩张。

到了青铜时代,人们的生活方式进一步加剧,人口密度高得多。人们越来越多地与自己的牲畜生活在一起,感染它们的疾病,也与动物和彼此之间交换疾病。这是一个人们生活方式快速变化的时期,导致这个人群有了不同的生物学需求。也许并不奇怪,在这些剧烈变化的背景下,这个人群的生物学特征未必能很好地适应。

可能存在一些人所说的演化错配:把在狩猎采集者中演化出来的某种遗传变异,放进农民或牧民之中,它就不太合适了。你所看到的,是这个人群的DNA对冲击的反应。这个人群的祖先仅在一万年前还是狩猎采集者,如今却被置于农耕的、青铜时代的、高人口密度的城市环境之中。一种假说是,我们所看到的,就是由此产生的适应。

德瓦克什·帕特尔

在论文中,你们有很多关于青铜时代前后选择加剧的例子。也许我们可以过一遍其中的一些。

戴维·赖克

我们在这项工作中做的一件事,是仔细考察DNA中的许多这类位点。我们实际上有一个叫AGES浏览器的网络浏览器,是阿里和他的一位同事(也是我们论文的合著者)构建的。它让你可以查询这1000万个位点中的每一个,查看每个位点的轨迹以及选择的证据。

我们看到的一点是,虽然就大部分而言,我们检测到的自然选择信号与随时间恒定的自然选择是一致的,但在其中少数几个位点上,我们能看到自然选择出现了逆转或根本性的变化。这种情况经常发生在5000年前到2000年前之间,也就是青铜时代和铁器时代,这是一个人口快速增长、并迅速转向密集使用许多此前并未以这种方式使用的技术的时期。

一个例子是TYK2遗传变异,它是严重结核病的一个主要风险因素,而结核病是当今世界上最重要的传染病杀手。如果你看这个结核病的主要风险因素,这个变异的频率从8000年或6000年前开始飙升,在世界的这一地区上升到大约9%或10%。然后在最近3000年里,它的频率又急剧下降。在这两种情况下,都有非常明确的自然选择证据:第一种情况是选择使它的频率上升,下一种情况是选择使它的频率下降。

一个可能的原因是结核病的传播。它也许在2000或3000年前成为这个人群中的地方性疾病。这有可能与病原体序列数据和其他证据相一致。也许这个变异在那之前保护人们免受某种东西的伤害,但在那之后结核病变得严重,而且严重到把选择推向了相反的方向。这是推测性的。

德瓦克什·帕特尔

它之前所保护的,大概是另一种疾病?

戴维·赖克

也许吧。

德瓦克什·帕特尔

这篇论文给我的一大启示就是,青铜时代发生了一些奇怪的事。正如你所说,一个又一个性状,选择都在青铜时代期间加剧。

这对有些性状是说得通的。比如,为什么乳糖酶持久性,也就是成年人能够处理牛奶的能力,在这个时期加强了?这是我们开始不仅把牛用于肉,还用于奶、羊毛和其他副产品的时期。所以乳糖酶持久性会变得更重要,这是说得通的。

但还有一些性状,似乎从农业诞生之初就应该有意义了。我忘了那个等位基因的确切名称,是FADS1吗?它帮助把植物脂肪酸转化为身体所需的长链脂肪酸。当你从狩猎采集者以肉类为主的饮食转向以谷物为主的饮食时,这显然很有意义。

我想你们发现,这也是一个在5000到3000年前受到特别强烈选择的位点。那么这是怎么回事?为什么在你们观察到的所有这些不同性状上,青铜时代都如此特殊?

戴维·赖克

这个FADS1/2变异是一种素食/肉食适应。在此之前的工作中,2015年与我共事的伊恩·马蒂森(Ian Mathieson)就已经把它识别为一个受到非常强烈选择的变异。它其实非常古老,在古老型人类中也能看到它的拷贝。

我们论文的发现之一涉及ABO血型系统。你的血型会被检测为A、B和O。B变异的频率以A为代价上升到了10%,但此前的研究已经表明,A和B在人类与长臂猿及其他猿类的共同祖先中就已经存在。其中一些突变在不同的时间段里来回波动。

但我们谈的是青铜时代的变化。TYK2这个结核病风险变异,也是多发性硬化症的风险变异,在青铜时代之前出现转折并频率上升,然后在2000或3000年前的那个时期发生逆转。北欧与南欧存在差异:在北欧,这个过程非常强烈,既有非常强的正选择,也有非常强的负选择;而在南欧,只有一点点,甚至连很强的负选择都没有。

血色病是一种致病性的铁沉积,在欧洲会引起问题,它在这一时期前后同样发生了逆转。在一些我们之后或许会谈到的复杂性状中,这些性状也有自然选择加剧的时期。例如色素减退:欧洲人在过去一万年里肤色变浅了。你可以在我们的数据中看到这一点。色素减退最强的时期大约在4000到2000年前,在那之后就弱得多。

这似乎是一个影响极大、事件频发、至关重要的时期,我们所看到的许多过程在这时变得非常强大。从基本原理上看这令人惊讶。在你接触这些遗传数据之前,你可能会认为,最大的变化应该是开始种植植物,也许还有饲养农场动物。那发生在新石器时代,始于一万到一万二千年前,并在8500年前之后传入欧洲。但实际上,选择的加剧发生在5000年前、4000年前。

这非常有意思。这个转折点的观察告诉我们:至少在世界的这一地区,人类在某个时候被硬生生拽入了一种与其狩猎采集祖先截然不同的生活方式,以至于机体不得不非常强烈地去适应。进入青铜时代的这一“硬拽”过程,其程度可能在性质上大于最初转向种植植物时的那一过程。这很令人惊讶,因为我们脑海中的简化图景是,最大的转变是农业。但生物学上的读数却在说,我们的基因组对这些发生在5000年前的事件反应要强烈得多。

德瓦克什·帕特尔

2014年你和巴蒂亚(Bhatia)以及许多其他同事做过一项工作,考察了今天两三万名非裔美国人的基因组。你们说:“看,有80%是西非的DNA,20%是欧洲的DNA。我们能不能观察他们今天的基因组,看看他们的等位基因频率是否与这种基因混合所预期的大不相同?”如果我说错了请纠正我,但你们发现并没有不同。

也就是说,在两三百年极其剧烈的环境变化中,从动产奴隶制转入一个全新的环境,却没有自然选择的效应。所以我们看到了像这样没有自然选择的情形,但青铜时代显然一定产生了更强的效应,那时的环境变化比非洲人从非洲被迁往新大陆并生活在奴隶制下所发生的变化还要强烈。

戴维·赖克

也许是这样。也可能是那个时间段太短,看不出多少效应。在巴蒂亚等人的那篇论文中,我们考察了大约三万名非裔美国人,看的是:相对于约80%西非祖先成分的平均比例,DNA中是否有某些位置明显高于80%,或明显低于80%。如果某个来自欧洲人或来自非洲人的遗传变异受到了自然选择,那正是你所预期的情形。

我们没有在DNA的任何位置看到显著不同于偶然预期的结果。一种可能的解释仅仅是,自然选择能够起作用的只有寥寥几代,也许五代。所以即使选择强度是每代2%,你也只能看到10%的复合效应,没有足够的时间去检测它。

但青铜时代不是300年,而是3000年。这就是复利的力量,你有足够的时间开始看到强烈的效应。就人类历史而言,这确实是一个影响极大的时期,你可以在我们的复杂性状中看到这一点。比如看看色素沉着,它是我们数据集中复杂性状里选择信号最强的。你查看已知会影响色素沉着的遗传突变,把它们在整个DNA上的效应加总起来,有几十个乃至上百个。你再看自然选择何时最强,这个时间段确实是2000到4000年前。

对于其他一些性状,你同样看到选择最强的时间段是2000到4000年前。例如,看看影响认知表现指标的遗传变异,比如今天英国白人在智力测验中的表现。当然,在过去测量这样的性状是很奇怪的,因为那时没有智力测验,也没有学校。但它在今天是一个预测指标,你可以考察它在过去是如何变化的。

我们看到,对于这一组预测人们智商测验成绩的遗传变异组合,存在非常强的自然选择,而且它与受教育年限或家庭财富的预测指标也高度相关。这些在过去都是荒谬的性状,因为过去没有财富,过去没有学校。但如果你看今天的预测指标,会发现存在朝着一个系统性方向的强烈移动,效应很大,按现代变异的尺度大约是一个标准差。

我们可以用这样一个办法,来看是否存在某些时间段,自然选择发生得更强烈或更微弱。我们让一个2000年的窗口滑过我们的数据,然后重复整个分析,不是针对一万八千年,而只是针对短短2000年的窗口。我们可以测量每一个2000年窗口中的选择强度。当你观察智力这一项时,会看到它在青铜时代达到峰值,也就是5000年前到2000年前之间。

最近2000年的影响几乎为零,根本没有自然选择的证据。你一开始带着的偏见,也许也是我的偏见,可能是:如果这个性状上有任何自然选择的信号,那它在最近2000年里应该会异常强烈。也许这是一个工业化的时期,也许这是对这个特定性状有更大需求的时期。但事实上,最近2000年里根本没有自然选择的证据。而在2000到4000年前之间,有非常强的证据,选择强度不是一个标准差,而是两个标准差,这是这段时期内的平均值。

德瓦克什·帕特尔

这里的标准差,指的是这个性状本身的多基因评分的移动幅度吗?

戴维·赖克

指的是在祖先成分保持不变的某个人群内,这个性状的多基因评分在一万年期间移动了多少。我们实际上是在数据集中观察一个异质的人群集合,里面有南欧人、北欧人、狩猎采集者和农民。在过去的不同时期,这些群体所占的比例有多有少。

阿里·阿克巴里开发的这套方法,其全部优势就在于它能校正这种随时间变化的祖先成分。这里真正要问的是:我们把整个数据集划分成了一个由许多小人群构成的“群岛”,分布在空间和时间的不同位置。我们在每一个时空位置上提问:比如4000年前到3500年前不列颠的一小群人,匈牙利的一小群人,2000年前到1500年前意大利的一小群人。在每个这样的地方,在那短短的时间里祖先成分相对相似,没有被迁徙过分地扰乱,我们观察遗传变化是否朝着同一个方向移动。在校正了已发生的大规模人群变化之后,我们测量每个时间点上的选择强度。

德瓦克什·帕特尔

那么这个效应就非常大了。比中位数高一个标准差,相当于处在第85百分位。你的意思是,选择的效应如此之强,对比一万年前和现在,中位数已经移到了第85百分位。对于智力之类的东西,或者说预测家庭收入的那个东西,过去一万年里这是一个巨大的效应。

尤其是考虑到这只占等位基因频率变化的2%,而98%来自迁徙……想想迁徙的影响该有多大,真是惊人:单是这2%就足以推动这类品质产生一个标准差的变化,至少是在我们今天世界上所见到的变异范围之内。

戴维·赖克

你在数据中可以看到的一点是,迁徙的影响是巨大的。例如,看认知表现指标的轨迹,也就是今天英国白人的智力测验成绩,但你去看古代人的这一预测指标,对欧洲狩猎采集者的估计值比现代均值低三个标准差。这是极其巨大的差异。

然后从他们到农民有一个巨大的跃升,农民处在均值,即零的位置。这就是迁徙。你所看到的是,这两个群体在这些性状上有不同的设定点。接着,草原牧民的数值又更低一些。

你会看到这个性状的预测指标随时间出现巨大的波动。这并不能证明选择,那只是迁徙。但我们的检验告诉你的是:在迁徙所造成的那些波动之外,是否存在自然选择在所有地点和时间都把这个性状朝同一方向推动的一致效应?这正是我们所检测的东西。

35:02德瓦克什·帕特尔

有一种理论叫集体智力假说,它认为对智力的选择其实是朝相反方向进行的。随着社会的发展,专业分工越来越细,而分工越细,每个人只需要理解世界中越来越小的一部分。因此,古人其实比我们聪明得多,我们在智力上是向下演化了。

你们的结果似乎指向相反的方向。虽然在最近2000年、社会变得越来越复杂的时期并没有选择,但至少在社会刚开始的时候,对于今天用来预测智力的那类东西,需求更大。

这之所以令人惊讶,是因为如果你想想狩猎采集者(读读你同事约瑟夫·亨里奇的书),他们需要掌握和评估的信息量,从如何加工食物,到如何搭建庇护所、生火,等等,而我的世界里,我只需要知道如何架设麦克风、提出问题……看起来祖先环境对智力的要求应该高得多。所以,文明的开端反而加强了对智力的选择,这非常令人惊讶。

戴维·赖克

这就是数据的力量。我想,如果在这项工作之前你问乔(Joe),狩猎采集者的选择会是怎样的,他们这个特定性状的设定点会在哪里……我想他大概不会做出很强的预测,但他也许会说:“也许你会预期这个性状的预测值很高,因为这些人确实要做很多事情、搞清楚很多东西。也许一旦有了更复杂的社会,就会有更多的集体大脑,也许会出现对这个性状的选择。”而事实上,在某些方面恰恰相反。

这就是数据的力量。它并不是你所预期的。这其实体现了数据在帮助我们理解这一切时的价值。这非常有意思。智力的遗传预测指标,有很多令人困惑的地方,所以值得谈一谈。或者说受教育年限的遗传预测指标,它与智力高度相关,而且测量得更好。

如果你看受教育年限的遗传预测指标,2017年来自冰岛的一个团队有另一项了不起的研究,考察了冰岛过去一百年里这个指标的变化。它比较了年长的人和出生时间较近的年轻人。据估计,仅在一个世纪之内,冰岛人智力的遗传预测指标就下降了0.1个标准差。在这么短的时间里,这是一个绝对巨大的效应。这是对受教育年限的选择,是选择压制它。如果我说了“智力”,我并不是有意这么说。它是针对受教育年限的遗传预测指标的反向选择。

对此的一种可能解释(比较笼统)是,这里测量的并不是对受教育年限或真正智力的选择,而是对另一个与两者都相关的性状的选择。例如,受教育年限的预测指标与女性生第一个孩子的年龄高度相关。如果你对此加以控制,受教育年限的全部信号都会消失。所以也许你测量到的,是女性关于何时生育的决定。

如果你生孩子早,你上学就少;如果你生孩子晚,你上学就多。也许这是对延迟满足、拖延或规划能力的某种度量。同一个性状还与体重指数、肥胖和步行速度相关。那么,这真的是我们通常所理解的智力吗?还是另有他物,在过去的不同时代以不同的方式表现出来?

德瓦克什·帕特尔

显然,像受教育年限这样的性状,在过去本身并没有意义。但它背后的那些东西似乎受到了强烈选择。基因组中无论什么预测受教育年限的部分,似乎都受到了强烈选择。我们该如何理解这一点?基因组中真正发生变化的东西到底是什么?

戴维·赖克

有两件事你需要考虑。受教育年限在遗传上与太多其他事物相联系。如果你看受教育年限的遗传预测指标(这个性状现在已经在数百万人身上测量过),它与一些真正出人意料的东西相关。它与女性生第一个孩子的年龄相关,与人们的肥胖相关,与人们的步行速度相关,与人们的家庭财富相关,还与许多看起来与它截然不同的其他性状相关。

如果你以为自己真的是在测量智力或真正的好学程度的遗传预测,那你应该重新想想,因为它与太多东西相关。似乎存在某种一般性的性状,你也许可以把它想成执行功能,或者推迟满足的倾向(我只是在大致比划),它正在受到选择。它把所有这些性状朝同一个方向一起推动,而在过去的不同时间,它时而有利、时而不利。

当我们发现,这种在今天英国白人中表现为多上学几年的遗传倾向的信号时,我们感到难以置信。这怎么可能?也许有问题。于是我们做了几项检验,想弄清它是不是真的。其中一项检验是,我们找了一项研究,里面对受教育年限的测量不是在欧洲人中做的,而是在中国的中国人中做的。我们查看了许多变异在中国对受教育年限的效应大小,然后看它们与这些相同遗传变异在欧洲人中过去一万年的轨迹是否相关。

这是世界上的两个地方,这两处的人群基本上完全没有联系。欧洲人过去一万年的轨迹,不可能碰巧与今天中国人受教育年限的效应有任何关系。但实际上存在巨大的统计相关性,变异在今天中国对受教育年限的效应大小与它们在欧洲的轨迹之间,有五到六个标准差的相关。这其实和变异在欧洲人中对受教育年限的效应大小与它们在欧洲人中的轨迹之间的相关性一样强。我们实在看不出这怎么可能是偶然发生的。一旦看到这一点,我们就相当确信这是一个真实的信号:不知怎么的,自然选择一直在增加那些今天表现为预测更长受教育年限的遗传变化。

德瓦克什·帕特尔

为了确认我理解了:你们观察的是欧洲的这些古DNA,你们说它似乎能预测现代欧洲人的受教育年限,或者至少是对那些古DNA的选择似乎预测了现代欧洲更长的受教育年限。你们还发现,同样的变异也预测了中国的中国人更长的受教育年限。所以这不只是欧洲做这些全基因组关联研究的方式所产生的某种奇怪的假象。基因组的这些部分似乎稳健地预测了确实会导致更长受教育年限的那类东西,至少在今天的人身上是这样。

戴维·赖克

没错。

德瓦克什·帕特尔

退一步说,我想弄明白,这告诉了我们过去一万八千年里我们的环境究竟发生了什么变化。我们谈了一些青铜时代之后发生的事。我们在谈集体智力那部分时说到这一点。让我觉得惊讶的是,像智力,或者没有精神分裂症这类看上去显然总是有益的东西,在青铜时代之前并没有被推到顶点。

不同人群之间的差异如此之大,以至于欧洲狩猎采集者的预测值,如果智力测验存在的话,他们的得分会低三个标准差。但他们生活在现实世界中,生活在一个智力很重要的地方。

这怎么可能不是一个……你只要看人体或任何动物,演化都在非常强烈地作用于它,使它能胜任自己需要做的事情。而这一样看起来如此相关的东西(尤其与人类狩猎采集者需要做的事情相关),在中石器时代或旧石器时代似乎并没有受到那么强的选择?

戴维·赖克

我觉得这是个很好的问题。正如我们之前谈过的,选择是非常有效的。如果在特定环境中是适应性的,它可以在几百年或几千年内把性状的平均值朝某一方向移动。所以你可能会想,难道智力在所有情境和所有时间点上不都是好的吗?对此有若干思考的角度。

首先,我们是从一个极其看重这一特定性状的社会的角度在说话,也就是在智商测验或类似测验中得高分的能力,或者长时间上学的能力。我认为,我们生活在这样的时代,在人类历史上是前所未有的。如果你看希伯来圣经和基督教圣经,看它们多么重视智力,基本上是不重视的。

德瓦克什·帕特尔

但在圣经被写下的时候,尤其是《旧约》,恰恰是对智力的选择处于显然有史以来最高点的时候。

戴维·赖克

没错。但那里看重的是力量、勇气或虔诚,那些才是价值观。如果你读荷马或其他宗教的文本,看重的也不是智力,而是美貌和其他东西。这种极度专注于聪明才智的价值体系,显然不是过去常见的一种性状价值。你可能会认为,在某些共同体里,可能会看重更接近受教育年限的东西。但就总体而言,它在人群中并不是一种很高的价值。

德瓦克什·帕特尔

显然,我们关心的并不是在智商测验上的直接表现,尤其是在过去。我想更好地理解的是更广义的智力。也许智商测验意义上的智力,与“这里是一个新世界环境,去想办法在那里加工食物、搭建庇护所以及做其他一切”并没有那么相关。

你的同事比如约瑟夫·亨里奇谈过,现代人低估了一小群人做这类事情的难度。也许那不是智商测验意义上的智力,这就是为什么我们没有看到对这一点那么强的选择效应。但凭直觉,不管价值体系如何,让这个性状达到最大值似乎都很有价值。

戴维·赖克

我这样说是非常推测性的。让我举两个例子,说明我是怎么想这个问题的,不过我并不是这些事情的特别权威。正如我提到的,这些性状中有很多彼此相差很大,却又高度相关。肥胖、受教育年限、步行速度、智商测验成绩、家庭财富,所有这些离奇的性状,似乎在很大程度上都受同一组遗传变异组合所支配。

我们来想想这可能意味着什么。在冰岛过去一百年里,对这组变异的组合存在反向选择。一种可能的解释是,这基本上是对两种投入子女方式的选择:多生孩子、在每个孩子身上少投入,或者少生孩子、多投入。如果你选择推迟生育、积累更多财富、拥有更多资源,并在每个孩子身上投入更多,你的生育率就会较低,孩子就会较少。这会导致较低的生育率,但这些孩子可能存活得更好,在社会上表现更好。另一种方式是尽可能多生,在每个孩子身上少投入。他们个体的结果也许没那么好,但在物资丰裕的时代(比如20世纪的冰岛),多生孩子、少投入也许是合理的。

在多生孩子少投入与少生孩子、在各方面多投入以求出色之间,存在一个切换开关。你可以想象,在不同的时间和不同的地方……在生态学中有不同的方式。哺乳动物通常在一次怀孕上投入很多,只生少量后代,而鱼会把大量的后代产在河里,其中绝大多数会被吃掉。但在某些条件下,这是一种有效的繁衍方式。所以,根据环境条件,会有一个开关在投入大量后代但每个投入较少,与投入较少的后代但每个投入较多之间来回切换。也许我们看到的只是这种切换在不同的地点和时间来回移动。

同样地,对于精神分裂症和双相情感障碍,这怎么可能是有利的呢?也许我们在这些疾病中看到的,是某种性状谱系的读数,而这种性状谱系在某些情境下可能是有利的。也许焦虑、富有想象力或神经质,在重视能有异象或富有创造力的人的萨满传统或宗教传统中可能是有帮助的。也许这些是精神分裂症或双相情感障碍的亚临床版本,在某些时候可能有利,在另一些时候可能不利。你看到的,可能只是对不同类型创造力或其他在不同情境中可能有价值的思维方式的选择。

我在这里是大致比划,但我的感觉是,这些复杂性状之所以没有朝一个方向推进,是因为谱系的两端各有优势,而且这些不同性状有多维度的影响。

德瓦克什·帕特尔

朱利安·杰恩斯有一个著名的理论,出自《意识在二分心智崩溃中的起源》。我讲得很粗糙,但从根本上说,按我的理解,直到荷马时代,基本上每个人都是精神分裂的。人们真的认为神是你可以与之交流的真实的人。他声称古代文本似乎显示人们的行为就是这样的。

戴维·赖克

你被要求去相信异象。即使在今天,在一些宗教共同体中,与上帝交流、看到异象、有超自然的交通也受到重视。所以我就是不知道。

但我觉得,追问为什么某些性状并不总是有利的,是非常有意思的。对于精神分裂症和双相情感障碍,在某种意义上,大多数突变是不利的。我们可以从变异的模式看出这一点:作为风险因素的变异往往频率较低,而且效应往往较小。

德瓦克什·帕特尔

那么你们发现受到选择的另一个性状,是自农业革命以来体脂减少的趋势。这是为什么?

戴维·赖克

你看到的是,使你面临肥胖、体重指数风险的那组遗传突变组合在减少,与之高度相关的类似指标也在减少,比如更高的脂肪量、更高的腰臀比,以及更高的2型糖尿病风险。存在明确的选择,在现代变异的尺度上,这些性状在世界的这一地区过去一万年里下降了大约一个标准差。

这里面可能是怎么回事?为什么之前没有对这组性状的选择?有一个长期存在的想法,叫节俭基因假说。这个想法是,一旦狩猎采集人群进入食物充足的农耕环境,就不再像过去那样需要积累身体脂肪来度过压力时期,因为有了更稳定的食物储备。

因此,一旦进入农业环境和食物充裕的时期,就会出现对体脂的自然选择。也许你所看到的是,欧洲和中东的这群人在过去一万年里进入了食物相对更稳定的时期,积累脂肪储备不再那么有利,于是出现了对这组性状组合的反向选择。欧洲人在遗传上实际上相对比世界上其他一些人群更能防范2型糖尿病,比如非裔美国人和美洲原住民,这些人群或许接触农业的时间没有那么长。所以你可能看到的是更长时间接触更稳定的食物供应所产生的效应。

德瓦克什·帕特尔

这也是数据与一种常见说法相悖的另一个方面。常见的说法是,狩猎采集者的饮食其实稳定得多,因为更多样,他们不依赖单一的谷物或作物来获取热量。如果一种猎物消失了,他们还有其他东西可以去寻找。他们可以更容易地迁移地点,因为不被土地束缚。所以他们的食物更稳定。但如果存在对储存体脂的反向选择,那就表明,尽管农业社会中的饥荒可能很不稳定、很常见,但至少比狩猎采集者所面对的情况更稳定。

戴维·赖克

这里有一个时间尺度的问题。你说得完全正确。据我所知(我不是人类学家),在传统社会或以狩猎为生的共同体中,一次狩猎之后,人们常常会大吃特吃,摄入巨量食物,暂时积累起脂肪储备,然后连续好几天吃不到肉,直到下一次狩猎。这种对高价值营养的“丰歉交替”式获取,在农耕共同体中并没有同样程度地存在。

另一方面,饥荒在农业社会中更常发生,但其时间尺度和节奏与狩猎的节奏非常不同。也许每三年有一次饥荒。确实,如果你看农民的骨骼,至少在一些共同体中,骨骼上有更多压力的痕迹,也许是由于每三年或每五年一次的饥荒。但选择可能并不是作用在那个三年的时间尺度上。你从最近一次狩猎中储存的脂肪,并不能支撑你熬到三年后的饥荒。熬过饥荒,与积累体脂以便熬过两周之后的情况,是两回事。

德瓦克什·帕特尔

我有一个随意的问题。你提到,与这些在祖先环境中对适合度重要得多的其他东西相比(比如免疫系统,尤其是青铜时代之后),所有这些其他东西都比智力更重要。它们所受到的选择压力比智力大得多。

这让人好奇,智力是否还有大得多的提升空间。如果人类曾经被特别针对智力进行选择,他们本可以聪明得多。这之所以相关,是因为我们目前正在构建人工智能系统,我们试图让它们尽可能聪明。事实上,训练过程的唯一目标就是智力。我们不必同时担心让它们的免疫系统强大——

戴维·赖克

我们有大量的能量可以花在这上面。

德瓦克什·帕特尔

同时还要确保它们不会精神分裂。我想我们确实有点担心这个。但如果在过去的一万年、两万年或十万年里,智力并不是人类受到选择的主导性状,这是否意味着这个性状还有更大的提升空间?

戴维·赖克

我认为很多这类性状都还有更大的提升空间。你可以把身高朝某个方向推得极端,比今天高得多。你也可以把这些性状中的任何一个朝另一个方向推得更极端。这样做大概会有非常强的负面影响。你很可能会牺牲其他东西,存在权衡取舍。但很有可能的是,如果自然选择把这些性状中的任何一个朝某个方向推得比现在更远,均值就会移动。

57:21德瓦克什·帕特尔

所以,自“走出非洲”以来的所有这些演化,都是作用在人类变异库中本来就已存在的等位基因上,这个变异库来自我们上次谈到的那个最初的群体,约一万人左右,他们从非洲向外扩散。从认知特征到抗病能力再到身高,在所有这些不同的性状上,一个人群就包含了如此多的潜在变异,足以提供足够的“伸缩余地”,来适应你们现在研究的所有这些不同性状,这是否令人惊讶?

戴维·赖克

这是个内涵丰富的问题,我认为人类群体内部对于复杂性状拥有大量的变异。影响身高的变异数量巨大,影响体重指数的变异数量也巨大。如果你把所有这些突变都设置成高身高变异,那个人会极其高大,高得像一栋高楼。当然,这永远不会发生。

但如果你把所有影响精神分裂症风险的这些变异都指向同一个方向,就会有极高的风险或极强的保护作用。对于复杂性状,也就是由许多突变共同支撑的性状,所有的变异早已存在,足以把人群移动到一个在其所处环境中最优的、不同的适应性设定点。

如果你把人群推入一个新环境,在几百年或几千年之内,这个人群就可以迅速移动到一个新的适应性设定点。有些不寻常的性状,比如消化牛奶的能力,或对镰状细胞贫血的保护作用,需要一个单一的非常重要的突变,而这个突变在人群中可能还不存在。你必须等待这个突变在某些人身上出现。当人群相对较小,只有一万人时,你可能要等上几十代或几百代,这个突变才会出现。但当人群很大时,就不再有突变限制了。

每一个可能发生的突变都会发生。世界上有80亿人。每一代大约有30个新突变,所以每一代有2400亿个新的点突变。基因组中只有30亿个DNA碱基,所以每一个可能发生的突变,每一代大约都会发生100次。我们不再受突变限制。这些突变可以再次出现,也确实会再次出现。但当人群只有一万人时,你有时要等上几十代或几百代,新突变才会出现。

德瓦克什·帕特尔

青铜时代所改变的东西,仅仅是人类人口规模变得足够大,这种可能性有多大?到公元前3000年,人口达到大约5000万。人口足够大,不同地区之间的基因流动也足够高,以至于那些没有压倒性选择系数的东西,也就是并未被演化压倒性地偏爱的东西,终于能够被选择“看见”。

戴维·赖克

我认为这不太可能是真的,但这是一个极其有意思的思考方向。当人口规模已经达到一百万左右时,每一个可能发生的突变在几代之内就会发生。如果你考虑的是像欧洲这样的地方,甚至其他地方的人口,那远早于青铜时代。或者也许就在青铜时代或农耕时期之初。你问的问题是,当人群很小的时候,自然选择是否也许不能有效地起作用。

人们对自然选择常有一种想法,而且这是对的:在小人群中,选择不能有效地起作用。这是因为在小人群中,突变的频率每一代都会随机地大幅波动。如果人群规模是1000,突变的频率每一代会以千分之一的幅度波动。如果选择系数小于这个数,它就会淹没在由遗传漂变造成的频率随机波动之中。但这还只是针对1000人的人群。0.1%的选择系数是非常弱的。我们谈论的是1%的效应,那是非常强的。即使在1000人或一万人规模的人群中,它也会非常有效地起作用。

如果你谈论的是那种只有在大人群中而不是小人群中才会开始上升的突变,它们的选择系数在万分之一或十万分之一的量级。这些突变需要一万代或十万代才能在频率上上升,也就是几十万年或几百万年。在我们谈论的时间尺度上,这不会产生任何作用。这只是一个时间尺度的问题。我们在这项研究中谈论的是强的、可测量的选择系数,量级在半个百分点或更高。所有这些在小人群或大人群中都会起作用,不会受人群规模影响。

德瓦克什·帕特尔

有意思。你是说更一般地讲,一旦人群达到某个阈值,起主导作用的因素是时间跨度,而不是人群规模。

戴维·赖克

没错。这非常有意思,而且实际上并没有被广泛理解。

德瓦克什·帕特尔

说到数据与你原本可能的假设相矛盾,你事先发给我的论文之一,马利克(Mallick)2016年的那篇,发现5万年前的现代人与古老型人类之间没有固定差异。我们知道,那个时期发生了所谓的认知革命,现代性开始了,人们开始创作艺术。这是否意味着,并没有什么生物学上的变化使现代人成为现代人?发生的只是某种文化变化?我们该如何理解这些数据告诉我们的东西?

戴维·赖克

对。10万年前到5万年前,文化变化的节奏加快了。你看到了第一批大量的具象艺术、珠串项链、墙上的绘画,以及人们所使用的工具类型的创新节奏迅速加快。人们的想法可能是,应该存在某种重要的遗传开关,一种发生在人群中并扫荡到高频率、很快人人都拥有的重要遗传变化,使人们有可能做这些事情。比如,也许某些基因让人们拥有了复杂的具象语言。

2016年,斯瓦潘·马利克(Swapan Mallick)及其同事的那篇论文中,我们做的一件事,是在整个DNA上寻找可能预期会呈现这种模式的位置,即今天几乎所有的人都共享一个大约在10万年或20万年前的共同祖先。我们找得非常仔细,在我们能够观察的所有DNA上,没有发现比四五十万年前更近的。

这是一个疯狂的结果,因为看起来在这一时期并没有发生过任何作为今天所有人祖先的关键性选择性清扫。我们之前谈过欧洲人和东亚人之间没有选择性清扫,但在物质文化记录中出现大量证据的这一非常重要的时期,似乎连所有人类共享的选择性清扫都没有。可能在这个时期有生物学上的适应,但它是多基因的。有许多突变都朝着同一方向移动,帮助人群迁移到一个新的设定点,但在这段时间里,没有任何关键的生物学变化上升到高频率。

德瓦克什·帕特尔

5万年前的这个群体,是所有走出非洲者的祖先,还是也包括一些非洲人?

戴维·赖克

这是10万年前到5万年前。这是西非人、大多数东非人和所有非非洲人的共同祖先人群。

非洲有几个人群,其祖先中有相当大比例来自分化更早的群体。例如,南部非洲的科伊桑人或中非雨林狩猎采集者,他们祖先中有相当大一部分来自大约20万年前就与其他谱系分化的群体。但今天所有这些群体都能上大学,能做其他所有人所做的一切。没有证据表明某些群体缺少某个关键突变,而其他群体拥有。

德瓦克什·帕特尔

我们在不同人群之间看到的差异,尤其是如果这个5万到10万年前的群体人口规模非常小……我想上次我们讨论的量级是一万人。所以世界上几乎所有人,或者说我们今天在不同人类之间看到的变异,都潜藏在这个群体之中。

我明白你的意思:如果你只是把基因组上的不同东西堆叠起来,堆叠起来确实会产生很大的效应。但有意思的是,今天世界上有这么多不同的群体,而所有这些多样性都来自一个非常小的人群规模。

戴维·赖克

我们人类遗传学领域的很多人认为,我们的人群内部包含了制造几乎任何性状所需要的“黏土”。并且根据环境条件或选择条件,这些性状的平均值会朝不同的方向移动。至于不同的人类人群随时间受到了多少选择,这是一个经验问题。

我们参与的这项新工作所显示的一点是,至少在世界这一地区的最近一万八千年里,至少对少数几个重要性状而言,出现了显著的移动。我们考察了500多个性状。大约100个复杂性状在这段时间里显示出朝系统性方向的显著移动。看起来,在这一时期确实发生了对人们所生活的环境的响应,而且可能比此前的时期更强。

69:02德瓦克什·帕特尔

我们之前说到,3万年前的人类与今天的人类之间没有固定差异。那么,如果没有遗传基础来解释使人类具有更多象征性表达、拥有农业等等的能力……我想上次我们聊的时候我问过你这个问题,但尤其是在这个背景下,为什么冰期之前没有农业?在遗传上我们已经具备了条件。

戴维·赖克

这是一个非常有意思的问题。在遗传上我们已经具备了条件。共同的祖先人群在5万年前就拥有了农业所需的全部要素。这些人分布到世界的不同地方:一万五千年前左右的美洲,4万年前的新几内亚,东亚、欧洲、西非。在一万一千年或一万二千年前之前,没有任何地方发展出农业。它只是在过去的一万两千年里才发展起来,这一时期被称为全新世,也就是冰期的结束。

如果你和气候科学家、考古学家交谈(每次遇到这方面的专家,我都会问他们这个问题):农业怎么可能在所有这些地方发展出来?我们真的生活在一个如此不寻常的时代吗?人们告诉我,确实,在两百万年的尺度上,我们生活在一个非常不寻常的时代。也就是说,一万两千年前,我们转入了一个不仅温暖、而且气候稳定的时期。

很难相信我们生活在这样一个特殊的时代。但如果你看池塘底部的数据,可以用同位素特征来测量温度的波动,显然我们正处在这样一个时期:年与年之间、十年与十年之间、百年与百年之间的波动都小得多。这是一个相对稳定的时期,而我们奇迹般地生活在其中。

当这一相对稳定的时期到来时,就出现了多个群体各自独立地转向农业,尽管他们拥有的遗传组成都是同样的,这种组成在5万年前、10万年前、20万年前、30万年前就已经形成。这是一个人们只是接受的疯狂观察,但它令人难以置信。

德瓦克什·帕特尔

哦,你把范围扩大了。你说10万年前、20万年前、30万年前。基于现代人与30万年前的人之间的遗传差异,你基本上认为他们在30万年前就已经是现代的了吗?

戴维·赖克

我不知道。这正是我现在一直在积极思考的问题。30万年或40万年前,人类的文化发生了一次大转变:勒瓦娄哇技术的发明,即用石核制作石器的能力。

中石器时代革命,或者说中旧石器时代革命(取决于你在非洲还是欧亚大陆这样称呼),是一种新的制作石器的方式,它为尼安德特人和现代人所共有,但东亚或南亚没有这种方式。这是一个重大变化,想必涉及制造这类技术所需的认知变化。

然后还有向旧石器时代晚期/石器时代晚期的进一步变化,大约在10万年到5万年前,有了第二次转变,出现了一种新型的工具制作方式,但没有早先那次那么具有革命性。所以认知飞跃发生在何时,并不清楚。

导向今天人们的谱系的分化,比如南部非洲的科伊桑人和雨林狩猎采集者,都更多发生在30万年或20万年的时间尺度上。所有这些人都能上大学、做所有事情。所以,认知工具包、行为工具包和遗传能力是否在20万年或30万年前就已全部到位,甚至尼安德特人也具备,这并不明显。也不明显事实不是这样。

我就是不知道。你把这些从20万或30万年前发生的分化中传下来的人分布到世界各地,然后在一万两千年前之后,你开始看到农业在不同地方冒出来。这是人类历史上一个悬而未决的谜团。我觉得难以置信的是,我们生活在一个在两百万年尺度上从气候学角度来说如此独特的时代,但我的同事告诉我这是真的。

德瓦克什·帕特尔

气候这一点似乎令人惊讶,因为农业是在这么多不同的环境中独立发展起来的。我理解跨环境的变异可能下降了。如果它只发生在一个地方、一个时间,我可以接受这个解释。但事实是,他们在新世界种植玉米,在旧世界种植谷物,环境截然不同,这就令人惊讶了。

戴维·赖克

非常非常令人惊讶。我们接受了它,但这是一个疯狂的观察,大多数普通人没有意识到。

基本上人人都接受的一点是,除雨林狩猎采集者和科伊桑人之外,世界上几乎所有人的共同祖先人群大约生活在7万年前。人人都接受,这些人都已经具备了农业革命和建立国家社会所必需的认知、行为和智力要素。因为当这些后代分布到西非、东非、美洲、欧洲、南亚、东亚、新几内亚等地时,他们的后代都做了这件事。他们是独立地、半独立地,或者可以证明是完全独立地,在世界的所有这些不同地方做到的。

做到这一点所需的认知资源一定早已全部到位,但这是一根非常长的导火索。在共同祖先人群分散开之后,在所有这些不同的地方,它延迟了4万年或6万年,然后在那之后才点燃,发展成农业和所有这些其他事物。

这是个疯狂的论断。然后你还可以争论,实际的导火索是否有30万年之长,从尼安德特人分离的时候起,以及从现存现代人的不同谱系分离的时候起,这也是合理的。我们被要求相信的是一套疯狂的东西。

德瓦克什·帕特尔

有没有可能农业已经存在,但你们还没有现代冶金术,或者说使人口从公元前5000年开始随着青铜时代而爆发的无论什么东西?从人口角度看,公元前10000年到公元前5000年的新石器时代早期,似乎没有发生太多事情。有没有可能他们有农业,但没有铜或锡(这些要去中东获取),因而无法发展出能够大规模使用青铜的文明,于是他们就从历史记录中消失了?

戴维·赖克

我想我们会看到他们的考古遗存。美洲有一些非同寻常的发展,它们完全属于石器时代。

德瓦克什·帕特尔

如果他们完全消失了,你今天还能看到他们吗?

戴维·赖克

哦,是的。我们应该去墨西哥的特奥蒂瓦坎(Teotihuacán)旅行一趟。它太令人震撼了。我20岁去那里的时候,它的宏伟程度完全不亚于古埃及。它巨大、雄伟,而且没有金属。

德瓦克什·帕特尔

更令人印象深刻的是,它不仅没有金属,还没有牲畜、没有轮子,这太疯狂了。大理石是不用轮子拖运的。

戴维·赖克

对。带任何一个怀有旧世界优越感的人去这些地方,他们就不会再有这种优越感了。这些地方的东西实在非同寻常。这些人至少在2万年前就与东亚人的祖先分开了,在4万年前与西部欧亚人的祖先分开了。

从那时起,他们拥有的是同样的生物学和文化共享工具包,但在这一切发生之前,有一根很长的导火索延迟。这是一件令人惊叹的事情,而我们对此并不质疑。

77:13德瓦克什·帕特尔

你目前正在研究,或者想要研究的其他问题有哪些?就是这类人类历史的宏观问题。

戴维·赖克

我很困惑。我不知道我们之前是否谈过这个,但我对古老型人类与现代人之间的关系仍然非常困惑。

我们现在有了生活在欧洲、西欧亚和中欧亚的古老型人类的基因组序列,还有尼安德特人的。我们有来自那些神秘的丹尼索瓦人的古老序列,自从上次谈话以来,我们现在还有了一具丹尼索瓦人的骨骼。现在有一个头骨已被证实属于丹尼索瓦人。我们有大量现代人的数据,而这些群体之间的关系仍然存在非常大的谜团。

从遗传上看,丹尼索瓦人和尼安德特人是姐妹群。他们来自50万年或60万年前的一个共同祖先人群。这个群体又在70万年或80万年前从现代人的共同祖先中分出来。从遗传上,全基因组数据表明,尼安德特人和丹尼索瓦人是来自同一个古老型祖先人群的古老型人类。

但是尼安德特人和现代人之间有那么多共享的东西,而这些东西似乎并不为东亚人所共有。他们都共有中石器时代的石器,即勒瓦娄哇技术,这是一种在认知上独特的制作石器的方式,东亚并没有使用。他们也都有相同的线粒体DNA和Y染色体序列。

尼安德特人的Y染色体序列和线粒体DNA,实际上是现代人的,是通过20万年或30万年前的杂交传入,然后上升到100%的频率。尼安德特人和现代人都是古老型人类与现代人在30万年或20万年前发生的混合事件的产物,这一点通过古代和现代DNA的变异模式得到了证明。

感觉上,尼安德特人和现代人之间共享着某种与丹尼索瓦人不共享的东西,尽管全基因组的“投票”表明丹尼索瓦人和尼安德特人有亲缘关系。人们不禁想,尽管在全基因组范围内丹尼索瓦人和尼安德特人聚在一起,但是否有某种东西把尼安德特人和现代人联系在一起,而这与丹尼索瓦人不同。我现在一直在想这个问题。

德瓦克什·帕特尔

把他们联系起来的会是我们遗漏的杂交事件,还是他们在同一时间出现在同一地点?

戴维·赖克

有一个已知的杂交事件,是从通向现代人的谱系流入尼安德特人,但据认为只有5%。

我感兴趣的是这样一种可能性:这5%实际上是某种影响大得多的事情的标志,即在某种意义上,尼安德特人在某些方面其实深深地属于现代,尽管他们被古老型基因所淹没,他们实际上具有比人们想象的更多的现代影响。他们与现代人共有的中石器时代和中旧石器时代革命,在某种意义上,比我们想象的更根本地构成了他们的身份。

德瓦克什·帕特尔

有意思。抱歉,这个杂交事件是什么时候?

戴维·赖克

30万年到20万年前。

德瓦克什·帕特尔

所以,尼安德特人与今天大多数在世人类的共同祖先,可能比今天所有在世人类的共同祖先还要更近。

戴维·赖克

哦,那当然。

德瓦克什·帕特尔

这太疯狂了。

戴维·赖克

嗯,与所有古老型人类(包括丹尼索瓦人)的分化,都在人类变异的范围之内。

德瓦克什·帕特尔

等等,什么?

戴维·赖克

是的。任意两个人类基因的共同祖先的平均时间是一两百万年前。如果你看从母亲那里得到的3号染色体拷贝和从父亲那里得到的3号染色体拷贝,它们共享共同祖先的典型时间是一两百万年前。这比与尼安德特人和丹尼索瓦人的分离还要早。所以在你的DNA中有许多位置,你从母亲那里得到的那一份与尼安德特人的亲缘关系,比与你从父亲那里得到的那一份更近。

德瓦克什·帕特尔

我相信有个简单的解释,但这是怎么回事?

戴维·赖克

原因和这个一样:如果你有一个姐妹,那么在你DNA的某些位置,你与她的亲缘关系比与我的更近,因为你们共享一位父母。但在另一些位置,你与我的亲缘关系比与你姐妹的更近,因为你们碰巧没有从父母那里得到相同的DNA。

只是因为我们从共同祖先人群中得到的DNA在50万年前、70万年前、100万年前就已经相当多变,而我们中的一些人是其中某些祖先的后代,另一些人是另一些祖先的后代。在人类演化的时间尺度上,尼安德特人从我们的谱系中分离出去的时间非常接近,以至于在我们DNA的某些位置,我们与尼安德特人的亲缘关系比彼此之间更近。

德瓦克什·帕特尔

有意思。还有哪些其他重大问题?

戴维·赖克

这是我这些日子想得最多的主要问题。我仍然非常痴迷于有关人类人群在世界各地扩散的问题,并试图用古DNA重建这一过程。

我最近想得很多的一件事是,也许我们对古老型人类与现代人之间关系的思考方式并不正确。标准模型是这样的:丹尼索瓦人(通过古DNA发现的这些古老型人类)和尼安德特人来自50万年或60万年前的一个共同祖先人群,而这两者在更早的时候,也许是70万到80万年前,从现代人(像我们这样的人)的祖先中分离出来。这是2010年以来许多研究的重大结果。

但也有证据表明,大约在20万到30万年前发生过一次杂交事件,导致现代人向尼安德特人的祖先贡献了DNA。所以尼安德特人大约5%的DNA来自这次杂交事件,许多研究都已表明了这一点。我对此非常感兴趣,因为从考古记录来看,尼安德特人与现代人彼此看起来相当相似,比他们中许多与丹尼索瓦人(即东亚的这些古老型人类)相似得多。

在历史上很长一段时间里,人们都认为尼安德特人是我们的姐妹群。但在2010年,丹尼索瓦人基因组的测序清楚地表明,平均而言,丹尼索瓦人与尼安德特人比与现代人更近。这是一个非常令人困惑的结果。现在大多数人认为,尼安德特人和丹尼索瓦人来自一个共同的祖先人群,该人群更早地从现代人的祖先中分离出去。

我感兴趣的一种可能性是,思考尼安德特人的正确方式,其实是把他们看作在文化上以某种方式属于现代人,尽管他们在遗传上大部分是丹尼索瓦人。我所思考的这个模型,是受到一种被称为中石器时代革命的考古现象的启发。如果这里是非洲,这里是欧洲,我们知道制作石器的新方法,使用的是在远离使用地点的地方被非常仔细地开采出来的石核,用燧石之类的高质量石头制成,这种方法在30万年或40万年前开始被使用,最早是在高加索,也就是今天格鲁吉亚之类的地方,或者东非。

这种制作石器的方式相当具有革命性。在欧洲它被称为中旧石器时代,在非洲被称为中石器时代,与更广泛地使用火以及比以前远得多地搬运石头有关。

我感兴趣的想法是,这是现代人与尼安德特人共有的东西。存在某种共有的文化特征,东亚没有,它可能与遗传数据有某种关系,并以某种方式与这5%的DNA有关。

我感兴趣的想法是,有可能这里有一个人群发明了中石器时代和中旧石器时代技术(有时称为勒瓦娄哇技术),而这个人群中的人扩张到欧洲,与那里的本地古老型人类混合。这就是那次5%杂交事件。它发生在20万到30万年前。它产生了一个群体,这个群体在欧洲这片土地上扩张的过程中,大部分吸收了本地的DNA,在遗传上大部分成为古老型,但保留了其现代人的文化,保留了制作石器的方式和一些传统。

其中一件非常有意思的事情是,如果你真的去看遗传学,在整个基因组范围内,尼安德特人和丹尼索瓦人聚在一起。但如果你看线粒体DNA(人类和尼安德特人都是从母亲那里得到的),尼安德特人和现代人聚在一起。如果你看线粒体DNA,丹尼索瓦人和现代人共享一个祖先的时间远早于70万或80万年前,正如你根据历史所预期的那样。如果你看从父亲那里得到的Y染色体,丹尼索瓦人和现代人共享祖先的时间也早于70万或80万年前,这与这段历史是一致的。

但如果你看尼安德特人的线粒体DNA,只有30万到45万年。如果你看Y染色体,也只有30万到45万年。目前的遗传学研究要求我们相信的是,尽管这只占整个基因组的5%,它却引入了线粒体DNA和Y染色体,而且它们跃升到了100%的频率。这是一个有点疯狂的说法,因为这种情况碰巧发生的概率很低,大概是5%乘以5%,一个非常小的数字。这是我们大家实际上都相信的,但这是一个非常令人惊讶的事件。不知怎的,它被累积到文献里的所有发现之中,所以我们让自己去相信它,但从基本原理上看,仅仅5%就同时引入了Y染色体和线粒体DNA,似乎不太可能。

而且确实看起来就是这样。西班牙有一个距今30万到40万年的遗址,叫骸骨坑(Sima de los Huesos),有惊人的数据。他们的核基因组在基因组的大部分上看起来像尼安德特人,但他们的线粒体DNA和Y染色体像丹尼索瓦人。所以看起来确实有一个与现代人有关的人群挤进了这个类似骸骨坑的人群,取代了它的线粒体DNA和Y染色体,但保留了其基因组的其余部分。看起来确实发生过类似的事情。

我在琢磨的想法(很可能是错的,谁知道呢)是这样的:有一片景观……这是欧洲,你可以把它分成大约一百个“居群”(deme),即小区域。现代人被引入右下角,在中东或某个地方,然后扩散到欧洲。随着这个人群扩散,存在一个扩张的波前,他们与当地的古老型人类相互作用。

来自模拟以及对哺乳动物和鸟类等不同物种的研究的理论表明,即使只有少量杂交,当一个群体入侵或扩张进入另一个群体占据的领地时,也会出现本地基因的大量渗入。波前的先锋有时会与当地人群杂交。周围有太多本地人了,他们的DNA会被本地群体淹没,所以等他们到达另一边时,他们在很大程度上已经是本地的了。

也许我们看到的就是这样。比如说,你有一个母系的现代人群,用这种方式制作石器的传承是从母亲到孩子进行的。这就是为什么他们保留了自己的线粒体DNA,但等他们到达欧洲的另一端时,他们大部分已经是本地古老型了。你最终得到的是95%的人群替代。这可以解释为什么尼安德特人和现代人共享线粒体DNA,也可以解释为什么混合比例只有5%。

真正有意思的是,有来自对现代人研究的其他证据表明,现代人也是混合的。思考这一点的正确方式是,现代人是两个群体的混合,这两个群体大约在150万年前分化,而在20万到30万年前汇合,祖先成分大约20%来自这个古老型非洲群体,80%来自这个早期现代人谱系。然后这同一个群体与尼安德特人混合,结果是5%现代、95%本地。

所以你实际上有这个关键人群,它制造了中石器时代或勒瓦娄哇技术。它出现并向各个方向扩张,20万到30万年前进入欧洲和非洲,带来了这种技术、新观念,也许还有一些遗传适应。它扩张进入欧洲的古老型人类中,与本地人群混合,被95%替代,但仍然保留了其文化特征,也许还有一些遗传特征。

它在非洲也扩张了,但在这里它没有被95%替代,只被替代了20%。可能的原因是这个群体的分化程度要大得多。它是150万年的分化,而不是70万到80万年。因此,存在更多的遗传不相容性和基因流动的障碍。但仍然有大量的混合,也许是20%,我们有证据表明这是一次大规模的混合事件。

所以你实际看到的是现代人同时扩张进入欧洲和非洲。在一个地方,它形成了尼安德特人;在另一个地方,它形成了今天所有人的祖先。但所有这些群体都是这里发生的这一关键的革命性事件的后代。

我们经常谈论5万到10万年前的革命性事件,即更具象征性的行为等等,它们最先出现在非洲和中东,然后向外扩散。但还有这个更早的事件,它与今天非洲所有不同群体的分裂同时发生,即南部非洲的科伊桑人和中非雨林狩猎采集者。人们不禁想,这是否同样是一个重要的奠基事件。

如果这是真的,就会让你把尼安德特人看作在某种意义上是我们的表亲。他们共有的Y染色体、共有的线粒体DNA、共有的这次20万或30万年前事件的形成过程,以及共有的工具包。尽管基因组告诉我们他们是丹尼索瓦人的表亲,但从某种重要意义上说,正确的看法也许是把他们当作现代人的近亲。

德瓦克什·帕特尔

我有太多问题了。你还有15分钟吗?首先,150万年前的这群古老型非洲人是怎么回事?他们在非洲的什么地方?其中没有形成现代人的那部分会怎样?他们存活下来了吗?

戴维·赖克

这不是来自古DNA,而是来自对不同人群现代DNA的分析,主要是非洲人,也包括非非洲人。在多项研究中(据我所知至少有三项,也许四五项),他们观察了今天人群中的变异模式,并说今天现代人(包括非洲人)的数据与同质的人群不一致。

它看起来像是一个在一百多万年前很早就分裂成多个群体(至少两个,但也许很多)的人群,然后在几十万年前汇合。各篇论文拟合的模型不同,但它们都有这样的特征:一百多万年前的分裂,然后在几十万年前左右的汇合与再混合事件,形成了解剖学意义上的现代人的祖先。

德瓦克什·帕特尔

这包括科伊桑人以及其他任何群体吗?

戴维·赖克

是的。所有这些群体都有这一点,比例也许略有不同。所以你问,这些人生活在哪里?谁知道。在这个设想中,那80%来自高加索或东北非洲,也就是中石器时代形成的地方。中石器时代就是从这个人群中产生的。他们与当地群体混合,而那些群体在哪里,谁知道:南部非洲、西非、中非、东非。

我们没有任何古DNA,但这是一个非常丰富的环境。人类至少已经在那里生活了七百万年,到处都会有不同的人群。可能不仅仅是两个群体,很可能更多。

这里重要的主题是,有证据表明存在一百多万年前的亚结构。这个地方曾是一片布满古老型人类的景观,他们与这些扩张的人群有不同的亲缘关系,当扩张者经过时,会与他们发生基因混合。

德瓦克什·帕特尔

所以,对尼安德特人而言,大约30万年前第一次时,我们的祖先与他们共享了文化。他们共享了中石器时代的技术,但并没有取代那里的人群。基本上是技术通过文化传播的。

戴维·赖克

它也通过基因传播。看看印度的颜那亚(Yamnaya)人,印度几乎没有颜那亚祖先成分,它只是被稀释掉了。当颜那亚扩张进入中亚和欧洲时,形成了绳纹陶文化(Corded Ware)。其中有25%的稀释。它又向回扩张穿过中亚,穿过兴都库什山,进入南亚北部。它与当地人有更多的混合。今天在印度看到的颜那亚祖先成分最高是20%或10%。大多数人低于10%或5%。

一路上发生了大量的混合,但它是示踪染料。它追踪着印欧语系的语言,印欧文化的重要方面也是通过颜那亚传来的。所以如果你知道去哪里找,这种示踪染料在某些群体里只有10%、5%或2%。但正是人们所说的语言,以及重要的共享文化元素,把他们与讲印欧语的世界另一端的人联系起来。所以这5%,你不应该小看。在这个模型中,它追踪着重要的东西。

德瓦克什·帕特尔

我理解,如果东西更多地通过女性传递……抱歉,让我退一步。我不明白为什么在扩散发生时,母系的线粒体DNA和Y染色体会得到特别的优待。你能解释一下吗?

戴维·赖克

我之所以谈论这些母系或父系的扩张,是因为我对这个事实感到非常困扰,而且已经困扰了很多年,尤其是最近三四年:线粒体DNA和Y染色体把尼安德特人和现代人聚在一起,而基因组的其余部分把尼安德特人和丹尼索瓦人聚在一起。

这是一个疯狂的结果,在其他任何物种中都没有见到过。我对能解释它的模式非常感兴趣。如果你假设发生过母系或父系的扩张(可以是任何一种),那么现代人在欧洲这片土地上扩张时,就沿着其中一条线保留了他们的身份。

如果是母系的,当他们吸收一个来自本地共同体的男性时,他被带入这个共同体,孩子是按照母亲的文化被抚养大的。如果是父系扩张,吸收了一个来自本地共同体的女性,她是在父亲的文化中被抚养的。如果发生这种情况,就能保证基因组的这两个部分中的一个看起来就是现在这样,因为这是现代人的扩张。如果是父系的,就会保留Y染色体;如果是母系的,就会保留线粒体DNA。这样可以解决你两个问题中的一个。

德瓦克什·帕特尔

但不是两个都解决。

戴维·赖克

它解决不了另一个,所以你需要解决另一个。你可以通过自然选择或社会选择来解决它。顺便说一句,父系和母系传承在人类共同体中是常态而非例外。通常,共同体沿着男性或女性的线保持连续。通常是父系,有时是母系。

你还可以有像社会选择这样的现象。可能是这样:一旦你生下的孩子,其父亲比如来自外部共同体……通常在大多数共同体里,女性都会生育。这在今天是典型情况。通常,女性只要能生孩子就会生。但传统社会中的男性,他们的生殖成功率实际上差异很大。很大一部分男性从来没有孩子。然后有一部分男性与很多女性生了很多孩子。

男性之间存在对生育后代的竞争。在这种情境下,男性争夺接触女性的机会,女性的择偶就开始成为一个重要的过程。会出现这样的现象:如果你的父亲是古老型男性,那么你在竞争本地女性时,就可能不如父亲是非古老型男性那样成功。

像这样一些简单的社会现象就可以解释这些数据,而且我们在人类社会中确实能看到这一点。例如,如果我没记错的话,在中非雨林狩猎采集者中,根据男孩和女孩的父亲或母亲属于这个群体还是那个群体,对他们会有不同的对待。

德瓦克什·帕特尔

我想我不明白母系的……这个群体扩散,到达下一个前沿。他们生了孩子。对于刚刚进入的人类来说,孩子会拥有这些人类的线粒体DNA。但对于已有的本地人来说,他们会拥有古老型人类的线粒体DNA。为什么拥有古老型线粒体DNA的人没有存活下来?

戴维·赖克

这是个问题。有多种可能的解释,但解释这一点比同时解释线粒体DNA和Y染色体容易得多。一种可能是线粒体DNA在生物学上适合度较低。另一种可能是,存在基于父母是否为古老型而对人产生的社会歧视,这在人类情境中一点也不令人惊讶。这是这个论证中最薄弱的一环。这个论证很可能是错的,我只是告诉你我在想什么。

德瓦克什·帕特尔

好的,说尼安德特人。30万年前,我们的谱系与他们相互作用,但主要是他们的谱系存活下来,发生了文化和基因的扩散。然后是在7万年前我们再次相互作用?

戴维·赖克

是的。

德瓦克什·帕特尔

然后他们没有存活下来。

戴维·赖克

遗传上的祖先成分没有存活下来。

德瓦克什·帕特尔

遗传上的祖先成分没有存活下来。想必在30万年前到7万年前之间还有其他接触。

戴维·赖克

很可能。但这些是我们目前检测到的。

德瓦克什·帕特尔

是不是偶然的:有一次发生这种扩散,古老型基因组的大部分存活下来,另一次则是完全替代?

戴维·赖克

考虑到背景,这一点也不令人惊讶。如果你想想这个模型,这是70万或80万年前,这是30万年前。所以这里间隔了40万年。你之前跟我提到过巴蒂亚的论文,那是两个相隔7万年的人群。西非人和欧洲人之间没有生物学不相容性,没有针对生物学不相容性的自然选择。

我们知道,当尼安德特人和现代人相遇并混合时,存在生物学不相容性。那是在70万年前分开的。随着人群之间分开得越来越远,生物学不相容性迅速发展,大概与分离距离的平方成正比,因为需要成对的相互作用基因。这里,这个谱系和那个谱系之间大概只分开了40万年。但这里是120万年。那就很长了。这些处于无法产生后代的边缘。这些是相当不同的人类。这实际上比这些近三倍。

如果你看今天的人类混合,南部非洲有一些混合发生在相隔这一距离一半的人群之间。如果你看南部非洲的科伊桑人和班图人的混合,比如科萨人(Xhosa),也就是纳尔逊·曼德拉所属的人群,这些群体相隔近20万年,是这个距离的一半。完全相容。

你所看到的是一个在遗传上完全可渗透,或几乎完全可渗透的群体。而另一个几乎肯定存在相当大的生物学不相容性。因为在20万或30万年后,我们看到尼安德特人与现代人之间,或丹尼索瓦人与现代人之间的杂交,而且在那时有明确的不相容性证据。但这里会更大。

你会预期看到的是,当这个群体扩散时,他们会进入一片布满古老型人类的领地。会有一些杂交,但孩子的适合度不会很高。他们会死去。会有大量不育。基因流动和杂交的障碍会更大。

对我来说,当这个群体进入欧亚大陆时,那里有欧亚的古老型人类(丹尼索瓦人的祖先),与这边这些人只有40万年的分化;而另一边有非洲的古老型人类,与他们有120万年的分化,这一点也不令人惊讶。他们之间的杂交就是没有那么多,基因流动也就没有那么多。

但关键在于时间。是同一个时间。这确实感觉像是人们从一个地方爆发出来,与这里的人相互作用,又与那里的人相互作用的印记。这是同一场文化或技术革命,既影响这个地方,也影响那个地方,并造就了受这场文化革命影响的人群,而我们知道情况就是如此,因为他们共有同样的工具包。

有人认为勒瓦娄哇技术是独立发明的。但它非常相似,而这个模型会是它拥有同一起源的一种解释。所以有一条文化上共享的线索,即共享的工具包。有一条线粒体DNA和Y染色体的线索。还有一条共享时间的线索,即两者都是通过混合形成的。

德瓦克什·帕特尔

因为否则你就得相信尼安德特人独立发展出了石器时代的工具。

戴维·赖克

是的,这并非不可想象。但有点像相信农业在世界的多个地方独立发展起来一样。

德瓦克什·帕特尔

对。但它确实发生了。

戴维·赖克

确实发生了。所以正如我说的,这很可能是错的。我想告诉你的是,我们其实并不了解我们生活的这个世界。这并非显然是错的。事实上,对我来说,这比我们目前写下来的模型合理得多。它很可能是错的,但要合理得多。它解释了更多的东西,而且并不更复杂。

德瓦克什·帕特尔

你想重新讲一下你说的那个关于托勒密和本轮的类比吗?我觉得挺有意思的。

戴维·赖克

我认为,我们集体拼出的关于古老型人类与现代人关系的模型,是随时间逐渐累积起来的。曾有这样一种想法:现代人是独特的,尼安德特人和丹尼索瓦人彼此是姐妹群。随着时间推移,我们检测到了更多的混合事件,比如这次现代人进入尼安德特人,还有我甚至没提到的其他事件,比如一个超级分化的谱系进入丹尼索瓦人,以及其他一大堆东西。我们仍然说:“哦,全基因组说尼安德特人和丹尼索瓦人是姐妹群,所以这就是真相。”

我们把这一切拼凑在一起,让它都能运转。你看线粒体DNA和Y染色体,它们有这种奇怪的模式,这是不太可能的,但如果我们援引自然选择之类的东西,就可以让它说得通。你把这一切拼凑起来。

这让人想起古代世界发生的事情:当时有一种观点认为太阳绕着地球转,但这并不能很好地解释行星的运动。为了让行星的运动解释得正确,托勒密和天文学家们编造出了这些本轮,即特殊的额外旋转和运动,使一切大致说得通。那是一个极其曲折复杂的模型。当哥白尼及其同行提出一切都是绕着太阳转的时候,事情就简单多了。

当时发生的情况是,随着天文信息不断积累,它们总是与标准模型相矛盾,但只要不断提出一个又一个额外的复杂设定,就能让它说得通。这不像提出一切都围绕太阳而不是地球旋转那样惊世骇俗,但它要简单得多。而且它实际上解释了许多事情。

德瓦克什·帕特尔

这个替代模型有什么违反直觉、出人意料或难以接受的地方?人们不愿采纳它的顾虑是什么?

戴维·赖克

我不知道。现在没有人在考虑这个模型。对我来说,它显然是一个非常自然的模型。

德瓦克什·帕特尔

我这么问的原因是,古希腊的阿里斯塔克斯(Aristarchus)提出了日心说,因为他推算出了地球到太阳的距离,并注意到了其他一些事情。但它没有被接受,因为他的雅典同胞们说:“看,如果我们相信地球绕太阳转,那么要想让我们看不到恒星相对于地球的相对运动,唯一可能的解释就是恒星离我们极其遥远,遥远到不可思议、难以置信。”于是日心说被否定了。

我想问的是,这里与“要让它成立,恒星必须远到不可想象”相当的东西是什么?而实际上恒星确实那么远。也许我们应该接受这个理论带给我们的那个难以置信的推论。

戴维·赖克

这是个很好的问题。我认为我们必须假设,在这一时期,非洲和欧亚大陆的文化变革之间存在联系,而学界还没有真正把这一点与遗传数据结合起来。

遗传学中有一条关于非洲人亚结构的线索,而基于古DNA又有一整个世界,但它们从来没有被放到一起。没有人把现在已经相当丰富的关于现代人亚结构的工作,与基于古DNA的关于古老型人类与现代人关系的丰富工作放到一起。

如果你把它们放到一起,你会发现它们在亚结构形成的时间上是吻合的。我不知道这是否不太可能。在我看来这是简约的。

德瓦克什·帕特尔

同样有意义的是,这一时期不同的人类群体都有能力采用石器时代的技术。一旦有一个群体想出了办法,不同人类谱系之间的遗传差异并没有大到你无法教人们如何使用石器。

戴维·赖克

谁知道呢?也可能这是由遗传驱动的。我们之前谈过人类基因的共同祖先时间。10万年或15万年前几乎没有,但40万年或50万年前有很多。

如果是这样,并且有一个突变发生在高加索、中东某处或东北非洲,那么可能存在使人们能够做到这一点的关键遗传突变。然后这个人群扩张。当它进入欧洲时,被本地基因所淹没,但在扩张过程中,这些基因可能通过选择得以保留。

也许你所看到的是存在遗传上的发展。大部分讨论都集中在5万到10万年前的事件,也就是解剖学意义上的现代人行为。但许多考古学家认为,更早的这个事件在许多方面同样重要,如果不是更重要的话。为什么那不是我们应该谈论的事件呢?

德瓦克什·帕特尔

你在说现代人与5万年前的人类之间没有固定差异。我们知道5万年前的人与30万年前的人之间是否有任何固定差异吗?

戴维·赖克

我认为有。

德瓦克什·帕特尔

当然,除了那些杂交之外。

戴维·赖克

如果你看回溯到30万或40万年前的遗传变异,确实开始出现一些位置,所有现代人在那里共享共同祖先。这是另一种说法,即在那样的时间深度上开始出现固定差异。这是你开始看到可能存在固定差异的证据的地方。

如果每个人在40万或50万年前共享一个共同祖先,那么发生的情况是,在那个时间点上只有一个祖先。如果你把它与另一个人群比较,他们会来自一个不同的谱系,所以在那个单一祖先之前的祖先谱系上发生的任何突变,都将是一个固定差异。这就是你可以开始看到固定差异的时间。

德瓦克什·帕特尔

但是在解剖学上和认知上的现代人,在中石器时代开始时就已经存在了,早于我们与这个古老的非洲人群杂交,或与尼安德特人杂交之前。

戴维·赖克

解剖学意义上的现代人恰好出现在这里。是同一时刻。就是在这时候出现的。具有与我们相似骨骼特征的人,以及尼安德特人,恰好在那时出现。

一切都发生在这个时候。在骨骼记录中的解剖学意义上的现代人,与行为上的现代人(5万到10万年前)之间是脱节的。解剖学意义上的现代人在这个时候出现,可辨认的尼安德特人大约也在这个时候出现。

德瓦克什·帕特尔

有意思。但我们不知道,在20万年前到5万年前之间,究竟发生了什么(如果发生了什么的话),使人类从仅仅解剖学意义上的现代性变为行为上的现代性。

戴维·赖克

据我所知,不知道。他们像尼安德特人一样,在20万年里忙着制作勒瓦娄哇石器,据我所知,他们并没有在任何明显的方面比尼安德特人更令人印象深刻。

然后在考古记录中开始出现行为特征的加速,这可能完全与遗传无关,也可能与遗传有关。关于这一点有很多争论。我们在谈话早些时候痴迷于智力。人们痴迷于艺术以及这些对我们来说似乎很重要的东西,但谁知道什么才是重要的?

德瓦克什·帕特尔

有意思。好的,谢谢你的这段题外话。

114:10戴维·赖克

我参与的工作一再表明,我在开始工作时带着的先入之见是错的,我对此简直有些受到创伤。一次又一次,我带着对数据会显示什么的某种猜测进入一个项目,然后数据并没有显示那样的结果。

例如,当我参与尼安德特人基因组计划,协助分析数据、研究古老的尼安德特人与现代人的关系时,我曾是一群科学家中的一员,这群科学家已经确立了非非洲人只是非洲人变异的一个简单子集,而没有任何证据表明尼安德特人曾与现代人的祖先杂交,或存在其他古老型杂交。我和许多其他人做的不同分析,让非非洲人的变异看起来只是非洲变异的一个子集、一个小样本,而这完全可以解释数据。

所以当我参与分析尼安德特人的DNA序列时,发生的是,我发现了非常强的证据,表明尼安德特人与非非洲人的关系比与非洲人更近。这非常令人惊讶,我以为一定是出了错。我相当难以置信。我认为这不太可能是真的,因为此前发现的其他证据似乎指向相反的方向。所以我花了好几年时间试图让这些结果消失,我的同事们也一样,但我们就是无法让结果消失。它们只是越来越强。

这次研究自然选择的经历也是一样。我们曾确信的是,在过去的几十万年里,自然选择在我们这个物种中一直相当平静。因此,如果我们观察今天非非洲人的变异模式,或者今天任何人的变异模式,我们应该看不到太多选择在发生。确实,第一批古DNA研究,从2015年我们与伊恩·马蒂森及其同事一起参与的那篇论文开始,似乎显示出与自然选择相关的遗传位点数量相对较少。

2015年,我们分析了大约200名欧洲人和中东人的数据,试图了解频率随时间的变化。我们把那些作为现代欧洲人来源的古代人与今天欧洲的人进行比较,并观察那些极端到不可能由偶然造成的频率差异。我们非常兴奋地找到了12个位点,我们确信它们在今天欧洲人中的频率,与我们根据我们和其他人所确定的、联系现代欧洲人与古代欧洲人的历史所预期的相比,有很大不同。其中一些是已知的,一些是未知的,这非常令人兴奋。

我们希望,随着样本数量增加,我们获得更高的分辨率,能够体察频率随时间的差异,就有可能检测到多得多的位点。在随后的十年里相当令人失望的是,这并没有发生。例如,2024年哥本哈根的一个团队做的这类最大规模研究,分析了比我们2015年好得多的数据,却只发现了21个频率随时间有很大差异的位点。虽然这令人兴奋(几乎是我们2015年发现的两倍),但在很多方面令人失望,因为样本量和数据质量提高了那么多,而发现的仍然只有这么一点。

这表明我们可能正在接近一条渐近线,可能无法超越我们当前所处的位置。这种了解生物学的方法,在理论上非常有前景,但可能产出不高。也许自然选择确实是平静的,我们看到变化如此之少,是因为没有太多适应性的定向选择。直到几年前,我们在阿里·阿克巴里领导的研究组里开展了这项研究,我们一直处于这种状况。

我们所做的是采用了几项创新,试图提高检测自然选择的能力。其中之一是我们向系统里灌入了大量数据,使数据量增加了约14倍。我们在这项研究中做的主要事情,是报告来自约一万个个体的新数据。这是文献中数据量的非常大的增加。分布在过去一万八千年的古代个体的总数据集大小约为一万六千人。这是一个大数据集。它比以前可能做到的要大得多,而且当你有更多数据时,就可以更细微地估计频率变化。

这些数据只来自世界的一个地区,即欧洲和中东。这并不是世界上比其他地方更重要的地区,但由于历史原因,迄今古DNA文献中大约70%到80%的数据来自这里。它为我们提供了一个天然实验室,让我们能看到随着环境变化,基因组在一个地方随时间发生了什么。设想在世界其他地方做这类分析非常有意思,比较分析也极其重要、极其有趣,但这项研究现在讲的是世界上这个我们拥有特别出色数据的地方。

我们做的另一件事是开发了一种该领域以前没有用过的全新方法。这个方法基于一种为在医学研究中寻找疾病风险因素而开发的技术。简单的解释是,我们问的是如何根据一个人与其他人的亲缘关系模式来预测这个人的基因型。我们有一个约一万六千名古代人的数据集,如果把现代人包括在内,则有两万两千人。然后我们看这两万两千人彼此之间的亲缘关系有多近,并根据与其他所有两万两千人的亲缘关系模式,预测DNA中每一个位点(1000万个位点)的基因型。

然后我们问,自然选择在所有地理位置、所有时间都把突变的频率朝同一个方向推动,这是否比仅仅知道与数据库中所有其他样本的亲缘关系能把数据预测得稍好一点。我们只是在问,备择假设,即选择一直在所有时间都朝同一方向推动,是否能更好地解释数据。这是一个愚蠢的假设,因为当然,事实是自然选择在频率上会随时间而变化。但我们只是在问最简单的问题:假设选择速率恒定,是否比不这样假设更能解释数据。

德瓦克什·帕特尔

总结一下,确认我理解了:你们是在试图构建一个预测等位基因频率随时间变化的模型。你们有两个不同的部分。一部分是这个遗传亲缘关系矩阵,它捕捉了不同基因组彼此有多相似。这应该能捕捉到不同瓶颈、漂变、人群基因混合以及所有这些影响整个基因组的事情的影响。

然后你有另一个独立的部分,即如果我们看特定的位置,我们能否说:“哦,这个位置随时间以某个系数受到了选择”?如果我们加上某个系数,与仅仅从这另一个人为产物(也就是整个基因组的角度:这些人是不是经历了相同的瓶颈?是不是经历了相同的漂变,等等?)所能看到的结果相比,预测等位基因频率的变化是否变得更容易?

戴维·赖克

完全正确。

德瓦克什·帕特尔

好的,我们学到了什么?

戴维·赖克

当我们以这种方式分析数据时,我们在这两万两千人(其中一万六千人是古代人)的DNA中观察了1000万个位点。我们看随时间的变化,在这个一致方向上的变化,是否比偶然预期的更多。当我们分析数据时,我们发现DNA中有数百个位置随时间变化得太多,且方式太一致,无法用偶然来解释。

要弄清楚有多少个位点,存在一点统计上的难题,因为它们排得非常密集,彼此靠得很近,相互干扰。但当你试图把它们拆分开来,说“让我们在DNA的每个位置只数一个,把其他的去掉”时,我们发现至少有479个位点,它们都在独立地朝同一方向推动。我们有99%的把握认为这些位点是真的。按另一个标准,即有超过50%把握认为是真的,我们认为大约有3800个位点都在朝同一方向推动。考虑到在我们之前的工作和其他人的工作中,单次扫描至多只有几十个发现,这是一个疯狂的结果数量。

所以当我们得到这个结果时,我们非常惊讶。我们认为它一定是错的,接下来几年里我们一直试图让结果消失,但它们只是越来越强。我们试图寻找某种独立的证据,来告诉我们这些位点是不是真的。我们偶然发现了一个对此非常有力、以前没有以这种方式使用过的东西。它依赖于这样一个事实:我们有非常大量的发现,有数百个甚至数千个。

我们取了一个完全独立的数据集,也就是全基因组关联研究的语料库。这些研究是人们在数十万人中开展的,观察某些特定的遗传突变在高血压患者中是否比在血压低的人中更常见,诸如此类。我们取了英国生物银行(UK Biobank),它有大约50万名来自大不列颠的人,测量了数百个性状。所有这些人的全基因组都已测序。对于其中每一个性状,我们可以看这1000万个位点中的每一个是否以令人信服的方式与该性状相关联。在1000万个位点中,大约15%,也就是DNA中约150万个位点,至少可以预测这几百个性状中的一个。

然后我们可以问一个问题:我们的自然选择信号,也就是我们的统计量,是否与一个突变会不会引起高血压或其他某个性状有关?我们把自然选择的统计量向上滑动,取值为一、二、三、四或五。随着这样做,影响性状的遗传突变的富集程度越来越高。当我们不使用选择统计量时只有15%,而当我们要求选择统计量高于约五时,影响性状的突变大约有五倍的富集。

德瓦克什·帕特尔

抱歉,什么是选择统计量?

戴维·赖克

这是我们用来衡量一个突变是否随时间发生了显著的、非零的变化的统计量。它可以近似地被看作一个正态分布的统计量,即高斯统计量,也就是这个统计值偏离零有多少个标准差,零代表没有自然选择。

它并不完全是那样,但很接近。如果统计量高于五,我们看到影响性状的突变大约有五倍的富集。当我们把统计量向上滑动时,不是随机的突变中有15%影响性状,而是60%或70%影响性状。这提供了完全独立的证据,证明这些位点是真的,而且当你滑动到五以上时,就不再有进一步的富集。我们对这些结果的解释(我们能够通过对我们这一过程的计算机模拟来验证,并表明它是合理的)是,一旦你把统计量滑动到五以上,基本上所有的自然选择信号都是真的。

德瓦克什·帕特尔

好的,确认我理解了。你的意思是,为了弄清楚哪些等位基因受到了选择,你们的模型会给出一个统计量,说:“为了解释为什么这个等位基因有特定的频率,我们要给它一个选择统计量。”独立地,我们对现代人群开展这些研究,比如“如果你看身高、眼睛颜色、智力或无论什么性状,基因组中与这个性状相关的是哪些部分?”在你们的研究中,你给它的、用来解释等位基因频率因选择而随时间变化的统计量越高,基因组中那个区域就越可能与有某种我们可以测量的功能的性状相关联。

戴维·赖克

完全正确。这是阿里想出来的一个绝妙主意。它放弃了对引起某个性状的突变赋予统计显著性的传统做法,因为我们只是用了一条外部的信息(与性状的相关性,以完全不同的方式测量),来读出突变是真的的概率。

我们可以问,在给定一个特定的选择统计量时,真实信号的富集程度有多大。如果它富集到了平台期的一半,我们能够表明,正确的解释是50%的突变确实受到了选择。如果它达到了通往平台期的四分之三,那么这个突变是真的的概率就是四分之三。如果它达到了通往平台期的99%,那么它是真的的概率就是99%。这给了我们一个校准过的估计,说明某个特定位置确实受到自然选择的概率。

这里一个主要的担忧是,我们实际上看到的并不是这些突变真的受到了选择,而是与疾病的关联以及我们的选择信号都源于造成两者的第三个因素,那是一种并非我们所要找的选择类型,不是为适应新环境而进行的选择,而是所谓的背景选择:针对新出现的有害突变的选择,这些突变被从人群中清除,并且往往集中在基因中。基因也是基因组中往往与性状相关联的部分。这个常见的过程既造成了性状信号的富集,也造成了我们观察到的选择信号的富集。这就是那个担忧。我们对此非常担心。

所以我们做的是,在受背景选择(即这场轻微有害突变的“降雨”)影响程度相同的DNA切片中重复这个富集分析,我们得到了完全相同的模式。我们还只用频率相同的突变重复了这个实验,因为在不同频率下检测这些信号的统计效力不同。我们看到了相同的模式:在选择统计量的值高于五左右时,我们得到了这个平台期。

德瓦克什·帕特尔

让你们能把产出的序列数量提高两个数量级的变化,仅仅是你们用来识别哪部分是人类DNA的统计方法吗?或者说,2014年以来究竟改变了什么?

戴维·赖克

有一整系列的改进。最大的改进是测序成本的大幅下降,这首先使得生成古DNA成为可能。自本世纪头十年末以来,成本下降了百万倍,而从2010年至今又下降了大约一到两个数量级。这是一个大变化。

另一个变化是溶液内富集。这是一种方法,能从一个只含极小百分比人类DNA的样本出发,突然创造出一个过程,使人们分析的绝大多数序列都对分析有用。我们采用的做法是,我们拿到的DNA样本,其中大多数人类DNA的百分比都很低,低于10%,往往低于1%,这个比例低到根据当时我们可用的技术,对它们进行测序、仅靠蛮力测序,成本高得令人望而却步。

我们取这些样本,让它们流过一套人工合成的短DNA片段,这些片段针对的是我们有兴趣分析的DNA位点。这是一百多万个在人群中高度可变的位点,我们挑选了其中许多具有生物学意义的。我们有一整套已知的生物学靶点,它们在全基因组关联研究中影响性状,这种研究是人们用来查看现代人中是否存在对表型和性状有特定影响的某些遗传变异的方法。

所以我们做的是,有了这套人工合成的DNA片段,我们让古代样本流过它,它就结合了我们靶向的那部分DNA。由此产生的序列,对基因组中能提供历史信息的部分有很高的富集。即使只有10%或1%的DNA是人类的,结果是其中很大一部分来自我们感兴趣的基因组部分,这样做在经济上就变得高效了。

德瓦克什·帕特尔

那另外99%的DNA是什么?

戴维·赖克

主要是微生物的。来自人死后在其身体上定殖的细菌和真菌。根据死亡方式的不同,这些细菌和真菌会有多有少。通常你给一个人的DNA测序时,里面会满是微生物序列。有时候微生物序列非常有意思,它可能是这个人死于其中的病原体。例如,有关于疟疾、黑死病、乙型肝炎等不同瘟疫的了不起的工作,是从人们死亡时牙齿和身体其他部位中的这些病原体序列获得的。

但我们在这里关注的是人类DNA。这使得可以产出的数据量从每年几十份增加到每年几百份,然后我们进一步将这个过程机器人化和工业化,使每年有几百份甚至几千份。仅在我们的实验室,我们每年就从5000多名个体中生成基因组规模的数据。我知道现在世界上其他几个实验室也是如此。

数据的这种巨大跃升,这种半指数甚至在某些情况下超指数的跃升,使得提出和回答问题成为可能。2010年我们只有大约10个人类基因组序列的量级,而今年已经超过了2万个报告的序列。增加了几个数量级,我们在2014年能够提出的问题,与今天能够提出的问题已经完全不一样了。

德瓦克什·帕特尔

太棒了。非常好。戴维,谢谢你的时间。

戴维·赖克

谢谢你,德瓦克什。