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基因時光機(上):走入史前窺見人類農業革命

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文 / Joanne Shih

『人類大約在西元前一萬年到九千年前開始進行農業活動,在隨後的五千年之內,人類祖先開始進行植物栽植與動物馴化,進入新石器革命(Neolithic Revolution)時期,各類型的農業活動在歐亞大陸的西側大規模的發展,然而,是何種契機促使人類生活型態的轉變?這些變化又是源於哪些民族?考古學家利用基因分析技術,逐步揭開神秘歷史的面紗。』

農業與畜牧的起源在人類歷史中是相當重要的事件之一,將近西元前一萬年前,遊牧民族開始定居、建立穩定聚落,並且由狩獵採集進入農耕的生活型態,此時期正是所謂的新石器革命(Neolithic Revolution),是人類史上第一次的農業革命,不僅是產食方式的轉變,同時更象徵著社會、政治、經濟以及科技的發展,讓人類在近代文明發展中紮下穩固的根基。

現今西亞、北非以及幼發拉底河(Euphrates)與底格里斯河(Tigris)所構成的兩河流域周邊,包含黎凡特(Levant)、美索不達米亞(Mesopotamia)和古埃及(Ancient Egypt)等區域是新石器時代文明的搖籃,這片土地有著兩條河流的灌溉,因此孕育出適合植物生長的肥沃土壤,在地圖上形似一彎新月而被稱為肥沃月灣(Fertile Crescent),許多人類文明都是從這裡發源,考古學家將西亞由安納托利亞(Anatolia)一路延伸至美索布達亞平原的區域稱為近東(Near East),近東接近今日伊朗附近的札格羅斯地區(Zagros region),最早農業發展與貯糧的證據被保存於此。

不過,考古學家並不清楚是什麼原契機讓人類展開農耕,人類如何發現植物的果實的種子可以用來播種?而農業的起源究竟是始於單一特定的民族?亦或是發展自不同聚落的民族?考古學家一直以來都試圖解開這些疑惑,使用傳統的放射性碳定年法(Radiocarbon dating)分析化石的年代,近年來隨著基因分析技術日新月異,科學家以 DNA 定序從腐朽的骨骸中還原遺傳訊息,拼湊出歷史的原貌。

上圖:肥沃月灣(Fertile Crescent)與周邊地理示意圖。 (來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fertile_Crescent_map.png)

上圖:肥沃月灣(Fertile Crescent)與周邊地理示意圖。
(來源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fertile_Crescent_map.png)

基因技術化身時光機 重現萬年史前真相

從考古遺骸中純化 DNA 的技術看似直觀,但是實際執行起來卻有許多障礙需要克服,因為並非所有埋存在地底下的骨骸化石都被完整保存,經歷數千數萬年,許多骨骸早已被微生物分解腐朽,能夠作為檢測樣本的遺骸相當有限,為了克服困難,科學家發展出兩種方法偵測化石中的 DNA。理想情況之下,考古學家使用內耳岩樣骨(petrous bone)的部位,這是全身骨質密度最高的部位之一,從中分析出的內源性 DNA 含量將近身體其他部位骨質的 100 倍;而更多時候考古學家手邊有的材料是腐朽的骨骸碎片,甚至無法辨識完整的部位,因此科學家利用溶劑內雜合分析法(in-solution hybridization),將考古樣本混合於特殊溶劑中,再使用特定的 DNA 或 RNA 探子(probes)偵測遠古代人類基因片段,從混雜著微生物與其他遺傳物質中分離出重要的基因訊息。

幾乎相同時期 農業源於不同民族

近期有兩篇分別發表於《 科學(Science)》與《 自然(Nature)》期刊的研究,分析遠古農民的遺傳物質,發現農業並非源自於單一民族,更進一步確立農業文明幾乎在相同的時間點發源於多個民族,其中《科學》期刊報導歐洲團隊的研究成果,分析考古遺骸進行基因定序,從中鑑定出過去不曾發現的人種,既非歐洲第一代農牧民族的祖先,也與現今的歐洲民族並沒有顯著的關聯,指出伊朗地區的農民與歐洲農牧民族的基因有明顯差異,配合考古證據推算早在新石器時代之前,人類祖先就出現不同的族群分支。

另一篇研究則是今年七月份發表於《自然》期刊的文章,由哈佛大學醫學院遺傳學系與其他眾多學術單位合作的團隊,分析西元前一萬兩千年到一千四百年前,居於近東 44 位農牧民族的基因,發現該聚落農民的有一半的基因屬於巴薩爾歐裔血統(Basal European lineage),同時比較其他考古證據,發現居於札格羅斯山脈的住民與來自黎凡特南部(現今以色列與約旦的位置)的第一代農民基因有顯著差異,反而發現他們是札格羅斯地區的獵食採集民族的後裔,這些民族的後裔隨後又與安納托利亞人混血,在歐亞大陸拓展領地,將新石器時代的農業技術拓展至西歐與南亞。

千萬年演化革新 不變的是人類對文化與生活的追求

早在一萬年前的人類文明植物與動物馴化的開端,以及繼之發展的農業經濟、社會政治、宗教文化等,種種文明的發展來自人類的對生活品質的追求,以及對未知的好奇,這是存在於人類特質中數十萬年不曾改變的特質,將考古學結合基因分析技術,我們有更精確的考古證據揭開千萬年前的歷史,隨著越來越多的古文明探索與分析,遠古生活的面貌一點一滴被還原,讓人們更了解祖先一路是如何走來,除了滿足人類的求知慾,更重要的是希望能鑑往知來,期許得知往後人類文明將何去何從。

下篇預告:
近年來隨者基因體技術的發展,研究人員多了一項利器分析考古樣本,科學家從最早有人類與犬動物共存的考古遺址中取得三種狼的生物樣本,同時研究兩種不同品種的犬科動物,經過分析與比對,證實家犬是由狼所馴化而來,而且也發現早在農業活動出現之前,人類的老祖先已開始馴化動物…敬請期待基因時光機(下):曾幾何時狗兒與人類密不可分

延伸閱讀: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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參考文獻:
1. Glimpse Back at Farming Through Genomics. Genome Web. August 2, 2016
2. Welcome to the age of ancient DNA sequencing. Are Technica. July 29, 2016
3. Genomic insights into the origin of farming in the ancient Near East. Nature (2016):10.1038/nature19310
4. Wikipedia: Neolithic Revolution: https://en.wikipedia.org/wiki/Neolithic_Revolution
5. Wikipedia: Fertile Crescent: https://en.wikipedia.org/wiki/Fertile_Crescent
6. Domestication of plants in the Old World: the origin and spread of domesticated plants in Southwest Asia, Europe, and the Mediterranean Basin. Choice Reviews Online 50.09 (2013): 50-4995-50-4995.

圖片來源:
1. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maler_der_Grabkammer_des_Sennudem_001.jpg
2. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fertile_Crescent_map.png

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