Y染色体的故事

性别的秘密

从19世纪初到20世纪中叶,经过好几代科学家的不断努力,人类终于弄明白了生物遗传的基本原理。原来,所有物种的细胞中都有数条染色体,上面负载着遗传物质DNA。人的每个体细胞都是双倍体,有23对染色体,而生殖细胞包括精子和卵子,都是只含有23条染色体的单倍体。科学家按染色体长度排列,称1~22号为常染色体,第23对(女性:XX;男性XY)为性染色体。

父亲和母亲将自己一半的遗传物质贡献给孩子。孩子的性别取决于从父亲那里遗传哪一条性染色体,因为母亲只能给出一条X染色体。如果父亲也给出一条X染色体,那么孩子就是女孩;如果父亲给出一条Y染色体,那么孩子就是男孩。

真核细胞是组成包括人类在内的所有生物的基本单位。线粒体是真核细胞内一种重要细胞器,是生命活动的主要能量和热量来源。科学家因此称线粒体为“细胞的发电厂”“细胞动力站”。一个细胞内含有的线粒体数目可以从十几个到数百个不等,越活跃的细胞含有线粒体数目越多。时刻跳动的心脏和经常思考的大脑的细胞,含有线粒体的数目最大;皮肤细胞含有的线粒体数目比较少。

500年前是一家

遇到同一姓氏的人,人们常说:“咱们500年前是一家。”从遗传的角度来看,尤其对于男性,此话说得有理。

我们知道,虽然每个人都有23对染色体,但只有男性才具有Y染色体,而且Y染色体只有通过生育男孩才能得以遗传下去。如果生的是女孩,则父亲特有的具有“家族特性”的Y染色体就不会再传递。根据遗传原理,如果父生子,子生孙,孙又重孙、玄孙,直至子子孙孙;下一代男孩总是从上一代父亲那里继承Y染色体,即使祖先的遗传基因在传递过程中减少或变化,Y染色体仍然是祖先留下的唯一不变的传承。正是这个遗传规则,让我们能够追寻自己的“老祖父”——父系祖先。

但是,传宗接代并非男性的特权,事实上,母亲传递给子女的基因,要略多于父亲。这不仅因为X染色体的基因要远多于Y染色体,而且母亲还能够将包含有遗传物质的线粒体传递给子女。

我们每个人身上都有母亲传递的线粒体遗传基因,这种传递能够通过母女之间一代代传下去,母亲传给女儿,女儿传给外孙女……也就是说下一代女性总是与上一代母亲拥有相同的线粒体DNA。但是,如果母亲生的是儿子,则线粒体的传承在儿子这里就终止了。因为父亲是不能传承线粒体的。根据这一遗传规则,如果从来女孩子都随母姓,那每个人就可以很容易地通过线粒体找到自己的“老祖母”——母系祖先。可惜的是,我们习惯让孩子都随父姓,所以,当人们追寻自己的祖先时,便只知“亚当”,不知“夏娃”了。

爱情的结晶

人们还常说:“孩子是爱情的结晶。”从遗传的角度看,此话至少不太确切。

我们知道,父亲体内带有Y染色体和X染色体,母亲体内带有两个X染色体。如果生下了男孩,意味着父亲给了孩子Y染色体,母亲给了X染色体。如果生下女儿呢,则意味着父亲和母亲各给了一个X染色体。关键在于,在女儿身上,这两条染色体互不干扰,而直到女儿的下一代出生时,它们才会融合成新的X染色体传承在第三代身上。

由此可见,人们所说的“爱情的结晶”,其内涵实际上要隔一代才能体现。更有趣的是,由于只有X染色体才会出现融合变化,因此,如果生下的是儿子,他身上根本没有父亲的X染色体,那么,即使儿子有了下一代,“爱情的结晶”这一奇妙过程也不会得以实现。

人类的故乡

寻根觅祖是人类的天性,神话传说、古籍记录、考古挖掘一直是人类探索“我们从哪里来”这一千古之谜的三条途径。可惜神话传说过于离奇玄虚,古籍记录极其有限,而出土文物又常常支离破碎,以至于有关人类前世的真相总是那么的扑朔迷离。直到最近20多年,人们才发现踏破铁鞋无觅处的历史真相竟然就藏匿在我们自己身上。

遗传学家告诉我们,基因多样性最丰富的地方,应该就是人类最初起源的地方。原因在于,人类基因的一些位点在一定时间内会发生突变,突变积累得越多,说明这个人群的历史越长。当人群分化时,常常只是一小群人走了出去,他们携带的基因多样性远不如留下的人群高。基于这个道理,科学家们发现,生活在东非的人群遗传多样性积累得最高,这是现代人类起源于非洲,特别是东非的重要证据之一。多样性最低的是美洲印第安人,因为他们走得离非洲最远,实际上是现代人类迁徙的末端。

我们是非洲人的后裔

只存在于男性身体里的Y染色体,是科学家研究人类起源和跟踪人群迁移的“荧光剂”。这不仅因为它能够把祖先的信息完整地保存下来,还因为在人群中Y染色体的数目远远少于常染色体的数目,因此容易形成群体特异的遗传标记并得以保存。国际Y染色体命名委员会把全世界的Y染色体分为A到R的若干大类型。咱们中国人所携带的,主要是O型、D型,其中D型比较古老,属于“早亚洲人”,大概是至少6万年前就从东非来到亚洲了;O型属于“晚亚洲人”,大概是三四万年前从非洲来到亚洲的。

当然,要说服大多数中国人接受“我们是非洲人的后裔”并不容易。我们几乎都深信自己是距今约60万年的“北京猿人”后代。尤其是我国古人类学领域的一些专家,他们坚持认为咱们中国人是东亚地区已经发现的那些古人类化石的后代,是独立起源的。

复旦大学现代人类学研究中心主任金力教授说:开始我也不信自己是非洲来的,而且我非要找出一个不是非洲人的后代来。但是,在做了覆盖整个东亚、东南亚、西伯利亚等地区的163个群体的12127位男性的Y染色体后,发现所有人的祖先全部扎根于非洲大陆,无一例外。当时我傻眼了,几乎不肯相信这个结果。我对学生说,你把数据拿来看一下,看上去比较模糊的统统重做一遍。于是,有400多个样本重做了,结果还是这个样子。最后,没办法了,我只能说:“大概这就是事实。”

追寻人类足迹

与“我们从哪里来”相比,“我们往哪里去”似乎更清楚。用遗传学家的话说,再过200年,我们肯定混合得都不一样了。正如全世界原有的6000多种语言,随着人类迁徙,如今其中的90%已经消亡。每个人的DNA上携带着与众不同的特征,随着现代人越来越频繁地迁徙、杂居和通婚,这种特征正面临消失的危险,从这个意义上说,名为“基因地理”的国际协作项目总算是抓住了人类“最后的尾巴”。

现在,全世界大多数科学家都同意,现代人类很可能是在6万年前起源于非洲的。但是,人类又是如何来到现在居住的地方的?我们至今无法弄清楚,最初处在中心位置的一群人,是如何发展成遍布全球的65亿人的。三年多来,在美国、中国、巴西、南非、英国、法国、俄罗斯、黎巴嫩、印度和澳大利亚,共有10个研究中心参与了“基因地理”这项史无前例的“追寻人类足迹计划”。按计划,科学家们将对来自不同土著居民种群的10万个DNA样本进行分析和研究,并在2010年底前绘制出一张尽可能详尽的人类迁徙地图。

打个比方,如果把人类的迁徙史绘成一棵大树,把每一个被抽取的DNA样本比做一片树叶,那么这棵树最早的根扎在非洲。科学家要做的,就 是把之后的每片树叶放在它应该存在的那根树枝上。随着研究的深入,枝丫日渐清晰,而每片树叶的故事也变得丰富多彩起来。

目前,我国科学家已经找到了现代中国人由南向北迁徙的证据——中国南方人群的基因多样性明显高于北方人群。当然,这还只是一条粗线路。下一步要弄清楚的是,什么人在什么时候沿什么线路走的,最终描绘出中国人以及东亚人迁徙的精细地图。