人類從何而來，如何演化成現在這個樣子，吸引了一代又一代的學者關注。西元 1856 年首度為人知悉的尼安德塔人（Neanderthals），儘管開始時沒引起太大重視，卻揭示了今日眾所皆知的事實：我們智人並非獨一無二，史前時代還有其他「人類」存在。
古代 DNA，看似矛盾的發現
已經滅亡的古代人種中，最早被發現的尼安德塔人，DNA 也是最早被定序成功的。1997 年發表在《Cell》期刊的劃時代論文，比較尼安德塔人與智人的粒線體 DNA，得知尼安德塔人的變異落在智人族群以外，提供了「尼安德塔人不算是智人」遺傳學上的證據。[1]
隨著古代 DNA 研究的發展，如今尼安德塔人已有十餘個完整的粒線體 DNA 發表，並且全都自成一群。而取得尼安德塔人的細胞核基因組之外，科學家還透過定序化石中的 DNA，意外發現另一種古代人種：丹尼索瓦人（Denisovans）；據細胞核基因組判斷，他們更接近尼安德塔人，和我們較為疏遠。[2][3]
暫且不管丹尼索瓦人，只看尼安德塔人與智人，估計兩者粒線體分家的年代大概距今 40 萬年；然而，細胞核基因組分家的年代，卻是更早以前的 55 到 77 萬年前。為什麼同樣一個人，兩種獨立遺傳的基因物質，在歷史上的分家時間點卻不一致？[4]
假說：巨大又微小的遺傳交流
尼安德塔人與智人，除了粒線體與細胞核 DNA 分家時間不一致外，還有一點令人困惑。住在西班牙胡瑟裂谷（Sima de los Huesos），距今 43 萬年的早期尼安德塔人，古遺傳學家克服萬難取得他們的 DNA 後（目前已知最古老的人類 DNA），驚覺其粒線體與丹尼索瓦人相似，可是細胞核 DNA 卻較為接近尼安德塔人。[5]
換個說法，早期尼安德塔人的粒線體，比較接近丹尼索瓦人，可是晚期的尼安德塔人卻更像智人；加上之前得知，粒線體與細胞核 DNA 分家時間不一致；可見古代人類之間，勢必發生過數次遺傳交流，才造成我們如今在線索有限下，看似矛盾的狀況。
瞎子摸象的遺傳學家提出好幾種假說，試圖解決以上矛盾。其中一種是，細胞核基因組反映的是主要源流，而 3 種古代人類大分家以後，尼安德塔人又經歷過小規模的基因流動；其造成影響是，巨大到讓所有尼安德塔族群的粒線體被更換為新版，卻又微小到不太影響細胞核基因組。
尼安德塔人族群，比本來以為的更龐大
來推敲以上假說中，事情何時發生。它不能超過智人與後世尼安德塔人粒線體分家的時間點，也就是 40 多萬年前；但又要發生在所有尼安德塔人粒線體尚未分化前，因為後世所有尼安德塔人全都帶有新版的粒線體，無一例外。近期發表的論文，替此一假說提供了有用的線索。[6]
新論文的樣本來自德國 Hohlenstein–Stadel （以下簡稱 HST）遺址，是於 1937 年出土的大腿骨，所以是個老樣本的新應用。古遺傳學家從中獲得完整的粒線體 DNA，確認它屬於尼安德塔人，卻跟已知的其他同類都有最大的差異。
理論上，若族群愈大，族群內就愈有機會累積更多遺傳上的變異；因此比較個體之間的差異程度，若是愈大，或許能反映族群個體數目也愈多。
根據以上原理，之前認為（尚未離開非洲前的）智人族群遠大於丹尼索瓦人，丹尼索瓦人又比尼安德塔人多一點。然而加上新的樣本比較後，結果相當令人驚訝，尼安德塔人的族群，竟然其實跟智人差不多大！意謂過往由於取樣侷限，太過低估尼安德塔人的人口。
神秘混血事件，不晚於 27 萬年前
用分子演化學的方法，估計各樣本本身的歲數。論文指出，出土於阿爾泰山遺址（就是出土過丹尼索瓦人的同一處）的尼安德塔人是最古早的，距今達 13 萬年，而新定序，德國的 HST 則是 12.4 萬年。
將已知的尼安德塔樣本擺在一起畫出演化樹，並估計分家年代，論文發現儘管 HST 與阿爾泰的尼安德塔人，幾乎生存在同一時期，他們卻可以視為 2 個分化已久的支系：HST 自成一支，阿爾泰和其他尼安德塔人則屬另外一支。兩者共同祖先能追溯到 27 萬年前（介於距今 21.9 到 31.6 萬年之間），這也就是上述提及的假說中，尼安德塔人與未知人種上演遺傳交流，最晚可能發生的年代。
此次研究雖然表面上只獲得一個新的尼安德塔粒線體 DNA，卻帶來不成比例的關鍵新知：一、尼安德塔人族群，其實曾經與智人差不多大。二、帶來新版粒線體的神秘混血事件，取平均值的話，發生在 27 到 40 萬年前之間，將統計誤差考慮進去，則是介於 22 到 47 萬年前。
問題：是誰？何地？怎麼會？
仍有許多未解之謎等待探索，比方說，帶來新版粒線體的是什麼人？尼安德塔人在哪裡碰上他們？混血後又要怎麼達成「改變粒線體達 100%，影響基因組卻逼近 0%」的反差？
以上問題目前仍沒有答案。將粒線體傳給尼安德塔人的神秘人，與智人分家 40 萬年，意即他們還不是智人，卻是智人所屬演化分支中的某一成員；考量到考古證據，或許是原本住在非洲，海德堡人旗下的某個族群。
尼安德塔人沒有到過非洲，表示雙方碰面的地點在非洲之外的某處，這不見得是歐洲，像是中東、高加索等地都有機會。另外由於混血最遲可能發生在 27 萬年前，神秘人或許也是在離開非洲一段時間後，才碰上尼安德塔人。
至於混血後，源自粒線體和細胞核 DNA 命運的極端反差，目前資訊少到連推論都太過冒險。假如該假說為真，如此罕見的案例，別說人類演化，即使擺在整個演化領域下看都很值得重視。樂觀的想，古代遺傳學研究進展飛快，也許不久以後，我們就能得知答案。
文 / 寒波
延伸閱讀：延伸閱讀：基因也環保 ?! 長鏈非編碼 RNA 的誕生參考文獻：
1. Krings, M., Stone, A., Schmitz, R. W., Krainitzki, H., Stoneking, M., & Pääbo, S. (1997). Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell, 90(1), 19-30.Reich, D., Green, R. E., Kircher, M., Krause, J., Patterson, N., Durand, E. Y., … & Pääbo, S. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature, 468(7327), 1053-1060.
2. 丹尼索瓦人（上）：尼安德塔人的神秘近親
3. Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., … & Li, H. (2014). The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature, 505(7481), 43-49.
4. Meyer, M., Arsuaga, J. L., de Filippo, C., Nagel, S., Aximu-Petri, A., Nickel, B., … & Viola, B. (2016). Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins. Nature, 531(7595), 504-507.
5. Posth, C., Wißing, C., Kitagawa, K., Pagani, L., van Holstein, L., Racimo, F., … & Krause, J. (2017). Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals. Nature communications, 8.
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