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神秘的基因考古學(上):記載在基因密碼的人類與家犬互動史

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考古學以往會仰賴遺物或化石的出土地層推測其年代;再利用考古類型學判斷其屬於何種文化或物種;最後則可針對內含有機物質的部分進行碳 -14 定年法,得到更精準的年代資訊。而近年來,在此標準程序上也悄悄多了第四步,即 DNA 萃取和基因的檢測與分析。基因科技解開了許多考古學上的重要謎題,例如 2013 年從兩顆牙齒的 DNA 確認揚州曹庄隋唐墓葬一號墓的墓主為隋煬帝楊廣;2013 年英國的團隊確認一處停車場下方挖掘出的骨骸為英國最後一位在戰場上喪命的君主 ― 理查三世;以及近年來發現尼安德塔人並沒有完全滅絕,而是持續存在於現代人的基因體內。這些新技術幫助考古學者獲得傳統方法永遠無法得知的資訊,也顛覆了許多考古學說。接下來將探討當今基因考古學面臨的兩項最大謎題,並分析目前的最新研究成果。

記載在基因密碼的人類與家犬互動史

各種考古學證據和基因分析結果都顯示人類起源於非洲,再逐步擴散至全世界;但是身為人類最忠實的朋友以及最早被馴化的生物 ― 家犬,究竟在何時何地起源?過去曾有生物學家嘗試針對現代犬類進行基因分析以釐清演化順序,卻踢到了大鐵板!原來現代犬的基因藏有多次與野狼雜交的痕跡,更有許多人為配種和育種的記錄,故完全無法循線建立清晰的演化路徑。研究家犬基因的學者表示,家犬的基因體就像是一碗配料豐富的蔬菜湯;至於如何從這碗湯推知各項配料在什麼時間點被加入,基本上是完全不可能辦到的事。經過此一教訓,研究人員逐漸轉往犬類化石的研究,企圖從中萃取 DNA 進行分析,再依其年代和地域推算出犬類演化的過程。當然,這之中也存在許多挑戰,隨著近年來基因科技的進步才逐漸被克服。

挑戰一:怎麼分辨狼與狗?

試想,身為考古學家的您好不容易費盡千辛萬苦才找到一個全新的古人類遺址,而且發現有犬科生物的骨骸在其中!在興奮之餘,這時尚須解決一項重要的課題:這骨骸究竟是陪伴這些祖先的忠狗,還是被獵殺回來的狼,抑或是後來亂入遺址啃食先人骨頭的豺獾?畢竟這些犬科生物的骨骸型態都很類似。目前從基因科學與現代行為學已推出四種狗與狼在形態上的最大區別:

  1. 狗的鼻喙較短、耳朵也偏柔軟並下垂。
  2. 狗的頭顱相對於身體的比例較狼小。
  3. 狗的胸骨和髖骨較狼為寬。
  4. 狗的腿長相較於身體的比例較狼短小。

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延伸閱讀:住在DNA裡的刺蝟…和其他基因小八卦

挑戰二:該從哪裡萃取 DNA?

經由上述方法確認骨骸是家犬後,接下來就得萃取 DNA 才能進一步展開基因分析。但是從上萬年的骨骸萃取足夠 DNA 進行分析本來就有相當的挑戰性,而且其他考古學家也不可能讓您將整具骨骸帶回實驗室慢慢嘗試,使用殆盡。那該怎麼辦呢?目前研究人員已經發展出快、狠、準的方法 ― 就是只選擇大腿骨或耳後骨進行 DNA 萃取。這些部位的骨質密度較高,內部骨髓細胞也相對較豐富,故比較能保存足夠進行分析的 DNA。耳後骨更是 DNA 萃取的極品,這塊骨骼不大,萃取後又能外觀完整地放回遺骸,甚至有機會萃取到足夠 DNA 進行該骨骸的全基因體定序

挑戰三:認清現在的研究都只是瞎子摸象

早期的化石證據顯示 32,000 年前就有家犬在歐洲出現,而現代基因檢測則顯示狼與狗的基因應該在 13.5 萬年前就已分家。近期的全基因體分析結果認為野狼在 32,000 年前於東南亞首度被馴化成家犬,但是也有粒線體 DNA 分析發現家犬在 18,800 – 32,100 年前起源於歐洲。所幸目前研究家犬起源的考古學家和遺傳學家已經開始齊聚一堂,放下歧見共同討論和分享彼此的研究。透過各項化石記錄、DNA 分析、以及基因比對資料的結合,研究人員目前已初步認定在 33,000 年前的中國南方地區曾發生一次家犬馴化事件,而現在的亞洲犬種, 如北京狗、沙皮狗、和西藏獒犬,都是當時馴化犬隻的後裔。約莫 14,000 – 18,000 年前,被馴化的東亞家犬開始往西移動並逐漸進入歐洲地區。另外,在中亞的印度和尼泊爾也可能曾經獨立發生一次家犬馴化事件,或許在西歐地區也曾經發生過家犬馴化事件。目前只能靠持續的考古工作和化石研究慢慢將發展過程逐漸譜出,再將相關資訊和各種學說進行驗證。

家犬基因考古學的啟示

目前已知家犬不是現代灰狼的後裔,而是兩種物種在數萬年前曾有一共同祖先,只是該祖先目前已經絕種。這當然會加深家犬溯源的困難度,因為單從表兄弟或堂兄弟的基因可是很難回推得到其祖父母的基因序列。另外,家犬也是人類最早進行遺傳工程的生物,人類已有數千、甚至數萬年的經驗透過雜交和異種繁殖篩選出心目中想要的犬隻外觀和功能。從現在形形色色的犬種即可看出人類在犬隻栽培的用心,但就好比畫家在調色盤調配色澤繪出獨特的作品之後,原來使用的顏料性質就難以考究。此外,人類對於所有其他馴化的物種,如牛、羊、豬、雞、小麥、稻米、各種蔬果等也進行類似的遺傳工程和雜交工作,而雖然這些做法讓現代人類有相對穩定的豐富糧食,但基因多樣性的消失也是值得重視的議題。未來隨著人類取得更有效率的基因修飾和移植工具之後,是否也能隨性修改身邊的物種以滿足自己的需求,將是所有研究人員和社會大眾應該共同探討的問題。數萬年前,家犬的馴化以及後續遺傳工程讓現代人類很幸運地多了一位朋友;數萬年後,類似的作法是禍是福,值得大家審慎思考。

 

延伸閱讀:神秘的基因考古學(下):來自基因的啟示 歐洲語言源自東方?

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參考文獻:
1. 為何遲遲無法找出家犬從何時開始為人類所馴養:
http://www.livescience.com/20480-dog-domestication-mystery.html?li_source=LI&li_medium=more-from-livescience
2. 探討家犬與中國南方地區的起源以及馴化遷徙之路
Wang GD et al. Cell Res 2016; 26:21-33.

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