神秘的基因考古学(上):记载在基因密码的人类与家犬互动史

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考古学以往会仰赖遗物或化石的出土地层推测其年代;再利用考古类型学判断其属于何种文化或物种;最后则可针对内含有机物质的部分进行碳 -14 定年法,得到更精准的年代资讯。而近年来,在此标准程序上也悄悄多了第四步,即 DNA 萃取和基因的检测与分析。基因科技解开了许多考古学上的重要谜题,例如 2013 年从两颗牙齿的 DNA 确认扬州曹庄隋唐墓葬一号墓的墓主为隋炀帝杨广;2013 年英国的团队确认一处停车场下方挖掘出的骨骸为英国最后一位在战场上丧命的君主 ― 理查三世;以及近年来发现尼安德塔人并没有完全灭绝,而是持续存在于现代人的基因体内。这些新技术帮助考古学者获得传统方法永远无法得知的资讯,也颠覆了许多考古学说。接下来将探讨当今基因考古学面临的两项最大谜题,并分析目前的最新研究成果。

记载在基因密码的人类与家犬互动史

各种考古学证据和基因分析结果都显示人类起源于非洲,再逐步扩散至全世界;但是身为人类最忠实的朋友以及最早被驯化的生物 ― 家犬,究竟在何时何地起源?过去曾有生物学家尝试针对现代犬类进行基因分析以厘清演化顺序,却踢到了大铁板!原来现代犬的基因藏有多次与野狼杂交的痕迹,更有许多人为配种和育种的记录,故完全无法循线建立清晰的演化路径。研究家犬基因的学者表示,家犬的基因体就像是一碗配料丰富的蔬菜汤;至于如何从这碗汤推知各项配料在什么时间点被加入,基本上是完全不可能办到的事。经过此一教训,研究人员逐渐转往犬类化石的研究,企图从中萃取 DNA 进行分析,再依其年代和地域推算出犬类演化的过程。当然,这之中也存在许多挑战,随着近年来基因科技的进步才逐渐被克服。

挑战一:怎么分辨狼与狗?

试想,身为考古学家的您好不容易费尽千辛万苦才找到一个全新的古人类遗址,而且发现有犬科生物的骨骸在其中!在兴奋之余,这时尚须解决一项重要的课题:这骨骸究竟是陪伴这些祖先的忠狗,还是被猎杀回来的狼,抑或是后来乱入遗址啃食先人骨头的豺獾?毕竟这些犬科生物的骨骸型态都很类似。目前从基因科学与现代行为学已推出四种狗与狼在形态上的最大区别:

  1. 狗的鼻喙较短、耳朵也偏柔软并下垂。
  2. 狗的头颅相对于身体的比例较狼小。
  3. 狗的胸骨和髋骨较狼为宽。
  4. 狗的腿长相较于身体的比例较狼短小。

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挑战二:该从哪里萃取 DNA?

经由上述方法确认骨骸是家犬后,接下来就得萃取 DNA 才能进一步展开基因分析。但是从上万年的骨骸萃取足够 DNA 进行分析本来就有相当的挑战性,而且其他考古学家也不可能让您将整具骨骸带回实验室慢慢尝试,使用殆尽。那该怎么办呢?目前研究人员已经发展出快、狠、准的方法 ― 就是只选择大腿骨或耳后骨进行 DNA 萃取。这些部位的骨质密度较高,内部骨髓细胞也相对较丰富,故比较能保存足够进行分析的 DNA。耳后骨更是 DNA 萃取的极品,这块骨骼不大,萃取后又能外观完整地放回遗骸,甚至有机会萃取到足够 DNA 进行该骨骸的全基因体定序

挑战三:认清现在的研究都只是瞎子摸象

早期的化石证据显示 32,000 年前就有家犬在欧洲出现,而现代基因检测则显示狼与狗的基因应该在 13.5 万年前就已分家。近期的全基因体分析结果认为野狼在 32,000 年前于东南亚首度被驯化成家犬,但是也有粒线体 DNA 分析发现家犬在 18,800 – 32,100 年前起源于欧洲。所幸目前研究家犬起源的考古学家和遗传学家已经开始齐聚一堂,放下歧见共同讨论和分享彼此的研究。透过各项化石记录、DNA 分析、以及基因比对资料的结合,研究人员目前已初步认定在 33,000 年前的中国南方地区曾发生一次家犬驯化事件,而现在的亚洲犬种, 如北京狗、沙皮狗、和西藏獒犬,都是当时驯化犬只的后裔。约莫 14,000 – 18,000 年前,被驯化的东亚家犬开始往西移动并逐渐进入欧洲地区。另外,在中亚的印度和尼泊尔也可能曾经独立发生一次家犬驯化事件,或许在西欧地区也曾经发生过家犬驯化事件。目前只能靠持续的考古工作和化石研究慢慢将发展过程逐渐谱出,再将相关资讯和各种学说进行验证。

家犬基因考古学的启示

目前已知家犬不是现代灰狼的后裔,而是两种物种在数万年前曾有一共同祖先,只是该祖先目前已经绝种。这当然会加深家犬溯源的困难度,因为单从表兄弟或堂兄弟的基因可是很难回推得到其祖父母的基因序列。另外,家犬也是人类最早进行遗传工程的生物,人类已有数千、甚至数万年的经验透过杂交和异种繁殖筛选出心目中想要的犬只外观和功能。从现在形形色色的犬种即可看出人类在犬只栽培的用心,但就好比画家在调色盘调配色泽绘出独特的作品之后,原来使用的颜料性质就难以考究。此外,人类对于所有其他驯化的物种,如牛、羊、猪、鸡、小麦、稻米、各种蔬果等也进行类似的遗传工程和杂交工作,而虽然这些做法让现代人类有相对稳定的丰富粮食,但基因多样性的消失也是值得重视的议题。未来随着人类取得更有效率的基因修饰和移植工具之后,是否也能随性修改身边的物种以满足自己的需求,将是所有研究人员和社会大众应该共同探讨的问题。数万年前,家犬的驯化以及后续遗传工程让现代人类很幸运地多了一位朋友;数万年后,类似的作法是祸是福,值得大家审慎思考。

 

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参考文献:
1. 为何迟迟无法找出家犬从何时开始为人类所驯养:
http://www.livescience.com/20480-dog-domestication-mystery.html?li_source=LI&li_medium=more-from-livescience
2. 探讨家犬与中国南方地区的起源以及驯化迁徙之路
Wang GD et al. Cell Res 2016; 26:21-33.