認為自己擁有尼安德塔人血統的問題所在

你可能聽過類似這樣的說法：我們許多人體內都有一個「內在尼安德塔人」。也就是說，大約在 45,000 年前，當智人（Homo sapiens）首次抵達歐洲時，他們遇到了近親物種的成員——眉骨寬闊、體格粗壯的尼安德塔人。接著，事情就自然而然地發生了，這也是為什麼現在有些人的體內攜帶少量的尼安德塔人 DNA。

這段 DNA 可說是 21 世紀人類演化史上最著名的發現。它被認為與各種特徵和健康狀況有關，並幫助瑞典遺傳學家斯萬特·帕博（Svante Pääbo）贏得了諾貝爾獎。

但在 2024 年，兩位法國群體遺傳學家對這一流行且普遍的理論基礎提出了質疑。

當時在圖盧茲大學（Université de Toulouse）任職的同事 Lounès Chikhi 和 Rémi Tournebize，針對同樣的基因組模式提出了一種替代解釋。他們指出，問題在於「內在尼安德塔人」的原始證據是基於一個統計假設：即人類、尼安德塔人及其祖先，都在大陸規模的巨大群體中進行隨機交配。這意味著南非的一個人與西非或東非的人繁衍後代的機率，與跟自己社區的人繁衍的機率是一樣的。

然而，考古、遺傳和化石證據都顯示，智人在非洲演化時是以較小的群體形式存在，彼此被沙漠、山脈和文化隔閡所孤立。人們有時會跨越這些障礙，但更多時候是在群體內部尋找伴侶。

在該領域的術語中，這種動態被稱為「群體結構」（population structure）。由於結構的存在，基因不會在群體中均勻分布，而是可能集中在某些地方，而在其他地方完全缺失。人類的基因庫與其說是一個奧運規格的游泳池，不如說是一個複雜的潮汐池網絡，其連通性隨時間起伏。

這種動態極大地增加了演化生物學核心計算的複雜性，該學科長期以來依賴隨機交配群體等假設，從有限的數據中提取一般原理。Chikhi 最近告訴我，如果考慮到結構因素，那麼就有其他方式可以解釋現代人與尼安德塔人共有的 DNA——這些方式完全不需要跨物種的性行為。

「我相信大多數物種在空間上都是以不同且複雜的方式組織和結構化的，」Chikhi 說，他研究群體結構已有二十多年，也研究過狐猴、紅毛猩猩和島嶼鳥類。「我們領域的一個普遍失敗是，我們沒有將結果與替代方案進行清晰的對比。」（帕博未回應多次置評請求。）

內在尼安德塔人變成了一個我們可以對自己訴說的故事，用來解釋我們的缺陷和遺傳宿命：別怪我，要怪就怪躲在我細胞裡那個下顎突出的穴居人。

Chikhi 和 Tournebize 的論點雖然關於群體結構，但其核心實際上是關於方法論——即現代演化科學如何利用電腦模型和統計技術，從堆積如山的遺傳數據中理出頭緒。

他們並非唯一感到擔憂的科學家。「人們認為我們真的了解基因組是如何演化的，並且可以編寫複雜的演算法來解釋發生了什麼，」劍橋大學群體遺傳學家 William Amos 說，他一直對「內在尼安德塔人」理論持批評態度。但他補充道，那些模型是「基於簡單的假設，而這些假設往往是錯誤的」。

如果它們是錯的，那麼所涉及的利益將遠不止一個演化之謎。

一個引人入勝的跨物種激情故事

回到 2010 年，帕博的實驗室創造了一個奇蹟。研究人員成功從 4 萬年前的尼安德塔人骨骼細胞核中提取出 DNA。DNA 在死亡後會迅速分解，但該團隊從三個不同個體中獲得了足夠的樣本，產生了包含 40 億個鹼基對的尼安德塔人基因組草圖序列。

作為研究的一部分，他們進行了一項統計測試，將尼安德塔人基因組與來自世界不同地區的五位現代人的基因組進行比較。這就是他們如何發現非非洲血統的現代人與尼安德塔人（一個在 40 多萬年前與智人支系分開的物種）共有少量 DNA 的過程，而這些 DNA 在非洲血統的現代人或我們最親近的現存親戚黑猩猩身上都沒有發現。

這個尼安德塔人模型曾在 1930 年代於倫敦威康歷史醫學博物館的「史前畫廊」展出。WELLCOME COLLECTION

帕博的團隊將此解釋為古代智人與他們走出非洲後遇到的尼安德塔人之間進行有性生殖的證據。「尼安德塔人並沒有完全滅絕，」帕博在 2010 年對 BBC 表示。「在我們某些人身上，他們還稍微活著。」

這項發現本身具有里程碑意義，更因為它推翻了之前的共識。十多年前的 1997 年，帕博曾對少量的尼安德塔人 DNA 進行測序，當時是來自稱為線粒體的細胞結構。那次結果與智人的線粒體 DNA 差異巨大，使得他的團隊謹慎地得出結論：這兩個物種之間「幾乎沒有或完全沒有雜交」。

然而在 2010 年之後，雜交（也稱為基因滲入，admixture）的想法實際上成了定論。像《科學》（Science）和《自然》（Nature）這樣的頂尖期刊接連發表了關於內在尼安德塔人的研究。一些科學家認為，如果沒有尼安德塔人 DNA 的注入，智人永遠無法適應歐洲和亞洲寒冷的棲息地。其他研究團隊利用帕博的技術，在亞洲發現了與已滅絕的人族群體「丹尼索瓦人」雜交的遺傳痕跡，以及在非洲發現了神祕的「幽靈譜系」。生物學家也使用類似的測試，發現了黑猩猩與倭黑猩猩、北極熊與棕熊，以及各種其他動物之間雜交的證據。

內在尼安德塔人的假說也轉向了個人層面。各種研究將尼安德塔人 DNA 與令人眼花繚亂的疾病聯繫起來：酗酒、哮喘、自閉症、過動症（ADHD）、憂鬱症、糖尿病、心臟病、皮膚癌和重症新冠肺炎。一些研究人員建議尼安德塔人 DNA 影響了頭髮和皮膚顏色，而另一些研究人員則為個人分配「尼安德塔評分」（NeanderScore），該評分與顱骨形狀和精神分裂症標記的盛行率相關。像 23andMe 這樣的商業基因檢測公司也開始向客戶提供尼安德塔人祖先報告。

內在尼安德塔人變成了一個我們可以對自己訴說的故事，用來解釋我們的缺陷和遺傳宿命：別怪我，要怪就怪躲在我細胞裡那個下顎突出的穴居人。 或者正如科普節目《Radiolab》的主持人 Latif Nasser 在因克隆氏症（另一種與尼安德塔人相關的疾病）住院時所說：「我一直想像這些微小的尼安德塔人……就在那裡刺我，從我身上抽出一小滴一小滴的血。」

「這些事情對人們來說變得很有意義，」Chikhi 說。「我們所說的話將影響人們如何看待自己。」

簡化方案的陷阱

當群體遺傳學家在 20 世紀初建立演化生物學的理論框架時，基因還只是從豌豆和果蠅實驗中推斷出來的抽象遺傳單位。群體遺傳學發展理論的速度遠快於數據積累的速度。結果，許多數據驅動的科學家將演化研究斥為一種基於未經檢驗的假設和預設想法的「說故事」。

到了 90 年代，基因不再是抽象概念，而是經過測序的 DNA 片段。基因組測序為演化研究提供了化學家或物理學家都能認可的硬數據。

然而，生物學家不能像讀書一樣直接從基因組中讀出演化史。他們試圖從幾乎無限多種可能的歷史中，確定哪一種最有可能產生他們在少量基因組樣本中觀察到的模式。為此，他們需要簡化的、演算法化的演化模型。演化研究從說故事轉向了統計學，從生物學轉向了電腦科學。

這正合 Chikhi 的心意，他從小就被數學和科學那可預測的規律和數值精確性所吸引。他在 90 年代中期進入該領域，當時第一批大規模的人類 DNA 研究正在解決關於人類起源的舊爭論。DNA 顯示，非洲擁有的遺傳多樣性遠超地球其他地區的總和。新證據支持現代人在非洲演化了數十萬年，並在過去 10 萬年內才擴散到其他大陸的想法。對於父母是阿爾及利亞移民的 Chikhi 來說，這項發現對某些考古學家和生物學家談論種族的方式提出了強有力的挑戰。DNA 可以被用來解構，而非鼓勵那種認為人類種族因起源地不同而存在根深蒂固演化差異的有害觀念。

但與此同時，他也對將 DNA 視為演化懸案最終裁決的傾向保持警惕。Chikhi 對 1997 年帕博團隊僅憑少量線粒體 DNA 就排除智人與尼安德塔人雜交的做法感到驚訝。他不認為那裡缺失尼安德塔人 DNA 就一定意味著在智人基因組的其他地方也找不到。

Chikhi 在 2000 年代的研究讓他看到了歷史現實與演化模型之間的差距。首先，儘管有隨機交配的假設，但 Chikhi 研究的動物中沒有一種是真正隨機交配的。紅毛猩猩生活在高度破碎的棲息地，這限制了牠們潛在伴侶的範圍；而雌鳥通常對雄性伴侶極其挑剔。

這些因素可能會干擾演化生物學家傳統的統計工具箱。科學家開始應用一種數學技術，僅從單個個體的基因組中估計物種的歷史群體規模。這種方法顯示許多不同物種的歷史中都出現過群體數量的急劇下降。然而，Chikhi 意識到，這種明顯的下降可能是將結構化群體視為隨機交配群體的產物；在這種情況下，即使所有子群體的規模實際上都在增長，該技術也可能顯示出「瓶頸效應」。「這完全違背直覺，」他說。

這至少部分解釋了為什麼當帕博 2010 年的尼安德塔人基因組發表時，Chikhi 雖然對其技術成就印象深刻，但對雜交的發現持懷疑態度。「這是那種我們根據遺傳數據過快得出結論的事情，」他說。帕博的作品提到了群體結構作為一種可能的替代解釋，但並未跟進。

僅僅幾年後，兩位獨立科學家 Anders Eriksson 和 Andrea Manica 接手了這個想法，建立了一個具有簡單群體結構且明確排除雜交的模型。他們模擬了從 50 萬年前開始的人類演化，發現他們的模型產生了與帕博小組解釋為雜交證據相同的基因組模式。

「使用結構化模型確實超出了許多群體遺傳學家的舒適圈，」現任愛沙尼亞塔爾圖大學教授的 Eriksson 說。

他們的研究給 Chikhi 留下了深刻印象。「當時我以為人們會開始關注人類演化中的群體結構，」他說。相反地，他看著內在尼安德塔人的假說變得愈發不可收拾。科學家們開發了量化雜交的新方法，卻很少檢驗群體結構是否會產生相同的結果。對 Chikhi 來說，這不是科學，而是說故事，就像以前那些關於種族差異演化的敘事一樣。

Chikhi 和 Tournebize 決定親自挑戰這個問題。「我一直對科學，特別是群體遺傳學持懷疑態度，」現任法國國家永續發展研究院研究員的 Tournebize 說。「我們做了很多假設，而我們使用的模型非常簡化。」正如 2024 年發表於《自然-生態與演化》（Nature Ecology & Evolution）的一篇論文所述，他們建立了一個人類演化模型，用許多由偶爾遷移聯繫的小群體取代了隨機交配的大陸規模群體。然後，他們讓模型運行了一百萬次。

在模擬結束時，他們保留了 20 個產生的基因組與實際智人和尼安德塔人樣本最相似的情景。許多情景產生了長段的 DNA，就像同行們認為只能從尼安德塔人那裡繼承的那樣。他們證明，其他科學家提出的幾項用於測量尼安德塔人 DNA 的統計指標，實際上無法區分雜交和群體結構。更重要的是，他們顯示許多支持雜交的模型無法準確預測人類演化的其他已知特徵。

「一個模型會說存在雜交，但隨後預測的多樣性與我們實際了解的人類多樣性完全不符，」Chikhi 說。「似乎沒人在乎。」

那麼，如果不是透過跨物種的激情，尼安德塔人的 DNA 是如何進入現代人體內的？Chikhi 和 Tournebize 認為，更有可能的情況是，尼安德塔人和非洲的某些智人群體都從至少 50 萬年前的共同祖先那裡繼承了這些 DNA。如果攜帶這些遺傳變異的智人群體包括了後來遷出非洲的人，那麼當這兩個人類物種在歐洲和亞洲接觸時，他們就已經擁有了共同的 DNA——不需要發生性行為。

「遺傳數據的解釋並非顯而易見，」Chikhi 說。「我們總是必須做出假設。沒有人能直接拿著數據就神奇地得出解決方案。」

擁抱不確定性

在我採訪的半打群體遺傳學家中，大多數人都稱讚了 Chikhi 和 Tournebize 的獨創性，並欣賞他們批評的精神。「他們的論文迫使我們更批判性地思考我們用於推斷的模型，並考慮替代方案，」威斯康辛大學麥迪遜分校的群體遺傳學家 Aaron Ragsdale 說。他自己的研究同樣表明，非洲最早的智人群體可能是結構化的——這可能是產生基因組模式的原因，而其他研究小組則將這些模式歸因於與非洲神祕「幽靈譜系」人族的雜交。

然而，大多數研究人員仍然相信，現代人和尼安德塔人在數萬年前確實可能共同生育了後代。幾位研究者指出，數千年前去世的智人化石 DNA 中，明顯的尼安德塔人 DNA 片段比現代人更長，這正是如果你有一個較近的尼安德塔人祖先時所預期的結果。（為了應對這種可能性，Chikhi 和 Tournebize 在研究中納入了 10 個古代人類的 DNA，發現其中大多數符合結構化模型。）雖然曾協助設計帕博 2010 年研究統計測試的哈佛大學群體遺傳學家 David Reich 拒絕了採訪，但他確實表示，他認為 Chikhi 和 Tournebize 的模型「薄弱」且「非常牽強」，並補充說「有多條證據支持尼安德塔人與現代人的雜交，這使得證據具有壓倒性」。（該研究的另外兩位作者 Richard Green 和 Nick Patterson 未回應置評請求。）

儘管如此，現今大多數科學家都歡迎開發結構化或「空間顯式」（spatially explicit）的模型，這些模型考慮到群體中的任何成員通常與居住在附近的人親緣關係更近，而非遠方的人。

放下我們對某些演化敘事的執著，可以為驚嘆於生命歷史的純粹複雜性創造空間。

其他科學家也表示，隨機交配並非群體遺傳學中唯一值得審視的假設。模型很少考慮自然選擇，而自然選擇也能產生看起來像雜交的遺傳模式。另一個常見假設是每個人的 DNA 都以相同的恆定速率突變。「所有理論都說突變率是固定的，」劍橋大學群體遺傳學家 Amos 說。但他認為，在大約 45,000 年前擴散到歐洲的智人群體中，這一速率會大幅減慢。這同樣可能產生被其他科學家解釋為與尼安德塔人雜交證據的基因組模式。

像 23andMe 這樣的商業基因檢測公司開始向客戶提供尼安德塔人祖先報告。COURTESY OF 23ANDME

這裡的重點並非具有許多變數的複雜演化模型一定優於簡單模型。科學家需要降低複雜性，以便更清晰地看到底層過程。但簡單模型需要假設，科學家需要根據所學重新評估這些假設。「隨著獲得更多數據，你可以證明更複雜的世界模型是合理的，」倫敦大學學院的群體遺傳學家 Mark Thomas 說。他曾撰寫過群體遺傳學中隨機交配的歷史，強調該領域已開始將其視為「一個限制性假設，而非簡化性假設」。

用「群體結構」和「突變率」等令人困惑的術語來談論過去，可能會讓人感到沮喪。在我們開發強大技術和龐大數據集來分析演化的同時，更多地談論不確定性，似乎與科學精神背道而馳。這些工具通常會產生新奇的答案，但也可能限制我們提出的問題。例如，法國考古學家 Ludovic Slimak 就曾抱怨，內在尼安德塔人的想法馴化了我們對尼安德塔人的印象，使我們難以想像他們與我們截然不同的特性。對許多年輕研究人員來說，調查尼安德塔人 DNA 比尋找尼安德塔人實際生活方式的考古和化石證據更具吸引力。

放下我們對某些演化敘事的執著，可以為驚嘆於生命歷史的純粹複雜性創造空間。最終，這正是 Chikhi 和 Tournebize 希望做到的。畢竟，他們不認為群體結構與雜交的問題是二選一。兩者在人類演化中都發揮作用是可能的，甚至是很可能的。「我們的結構化模型並不一定意味著從未發生過雜交，」Chikhi 和 Tournebize 在研究中寫道。「我們的結果表明，如果雜交確實發生過，目前使用現有方法很難識別。」

未來的方法可能會釐清不同的因素，但 Chikhi 說，同樣重要的是，科學家要對自己的假設坦誠並測試替代方案。「關於尼安德塔人和智人的人口歷史，許多方面仍存在巨大的不確定性，」他指出。

下次當你讀到關於你的「內在尼安德塔人」時，請記住這一點。這段 DNA 與某些疾病之間的關聯當然可能是真實的——但如果沒有「這段 DNA 來自尼安德塔人」的額外聲明，期刊還會發表這些研究嗎？任何優秀的說故事者都知道，性是有賣點的，即便在科學界也是如此。

Ben Crair 是一位居住在柏林的科學與旅遊作家。