科学家怎么知道人类起源自非洲
- 安乐蜥之谜
以哈佛大学为首的一大批生物学家，前赴后继地花了60多年时间，研究一类被叫做安乐蜥的蜥蜴。安乐蜥蜴是400多种分布在美洲及加勒比海岛的蜥蜴，它们是世界上爬行动物中物种数最多的一个生物属。科学家对这种物种特别感兴趣，因为在加勒比地区每个有这种蜥蜴分布的海岛上，几乎 都有6种安乐蜥，分别是：树冠安乐蜥，树枝安乐蜥，草丛安乐蜥，灌木丛安乐蜥，树干安乐蜥，地面安乐蜥（不是正式学名，只是表明它们生活在哪里）。岛与岛之间，同一生存环境的安乐蜥都长得很相似，但是同一个岛之间不同生存环境的安乐蜥彼此长得差别很大。
左边是伊斯帕尼奥拉岛（也就是海地岛）的树干安乐蜥，右边是牙买加的
左边是波多黎各树冠安乐蜥，右边是牙买加树冠安乐蜥
左边古巴树枝安乐蜥，右边波多黎各的树枝安乐蜥
两种地面安乐蜥
一直以来，生物学家很好奇，为什么这6种蜥蜴可以一起移居到所有这些不同的岛屿。要知道蜥蜴从一个海岛移居到另外一个海岛一般是由飓风给吹过去的。按理说假如如果飓风没有把草丛蜥蜴其中A岛吹到B岛上，那么B岛上应该没有草丛蜥蜴才对的。为什么这些蜥蜴能整齐地分布到所有安乐蜥所在的岛屿上。自从有了DNA检查技术，生物学家发现，真相是每个岛的6种蜥蜴其实最初是从另外一个岛吹来的其中一种蜥蜴演化出来的。也就是说，不管从上一个岛吹过来的是树干安乐蜥还是草丛安乐蜥，这些蜥蜴会逐渐进化出其他几种生态位的蜥蜴，而且不同岛屿的同一种生态位的蜥蜴会因为生存环境相似而进化出相似的相貌。
海地岛的草丛安乐蜥
古巴的草丛安乐蜥
大家有没有想过一个问题：生物学家是怎么知道吧每个岛的各种类型蜥蜴都是从其他岛屿的一种蜥蜴演变过来的，而不是分别来自其他岛屿的6 种蜥蜴呢？
其实生物学家知道一个物种来源自哪里，因为当一个群体中少数几个个体移居到新的栖息地时，新的种群的基因多样性一定会比原来种群的基因多样性要少。利用这一点就能知道物种是怎么迁移的。
牙买加大安乐蜥，大概有人的手肘到手指尖那么长
打个比方：假如原来甲岛屿生活的蜥蜴有绿色，咖啡色，白色，黑色，蓝色，红色等6 个颜色，有A B C D E F 等6 种血型，不同的颜色适合岛屿不同的生存环境，但是血型对于生存没有任何影响。
绿安乐蜥
有一天红色的B血型蜥蜴被飓风吹到了乙岛屿，乙岛屿很适合蜥蜴生存，所以很快繁衍到整个乙岛屿。并且为了适应乙岛屿的环境，也分别进化出绿色，咖啡色，白色，黑色，蓝色，红色这6种颜色。但是因为血型和生存能力没有影响（其实是有影响，假设没有影响），那么我们会看到虽然乙岛屿也有6种颜色的蜥蜴，但是乙岛屿所有蜥蜴的血型都是B血型，或者这些蜥蜴的血型都是B血型演化出来的新血型。
这叫做奠基者效应：指如果群体中一小部分个体与其他成员分开，独立形成一个新群体。这个新群体的后代是从原来这几个个体繁衍出来的，所以新群体所携带的遗传多样性会大大减少。
- 夏威夷岛的物种的迁移
奠基者现象在夏威夷群岛中也能观察到。因为夏威夷群岛的火山口移动位置非常稳定，所以我们能从地质学角度得知，夏威夷群岛从左上（西北方）到右下（东南方）岛屿越来越年轻。左上的A岛屿叫“考爱岛”历史有510万年。右下最年轻的岛屿“夏威夷岛”历史只有43万年。所以夏威夷群岛的物种，几乎都是从左上角的岛屿一个一个岛屿地迁移到最年轻的夏威夷岛的。我们也可以很明显地观察到，夏威夷群岛的近亲物种中，越往左上走，遗传多样性越丰富。有意思的是经过基因测序推测，虽然夏威夷群岛最古老的一个岛只有510万年，但是有不少物种来到夏威夷群岛的时间是两三千万年前，远远大于510万年。
这怎么可能呢？
原来考爱岛的左上角其实还有一系列岛屿，只不过他们现在已经完全沉入海水中了。地质学家认为夏威夷火山口的造岛运动一直持续了几十亿年，因为火山喷发，岩浆堆积成为一个新的岛屿，随着地块往西北移动，岛屿往西北漂移，失去了火山喷发的支持，这些岛屿会慢慢地沉入海底。地质学家认为，现在俄罗斯的勘察加半岛地底下，就躺着一个35亿年前的夏威夷岛祖先。跑题了。
夏威夷群岛：A是最古老的考爱岛，B是最年轻的夏威夷岛
- 人类从非洲的迁徙路线
用同样的技术我们也可以测量人类的迁移，有一个挺有名的论文： 《从基因组模式和变化推导世界人类的关系》研究了世界上51个族群的，928个人的，65万个基因变异点的基因多样性，得出了结论：所有人类十几万年前都来自与非洲，走出非洲的人类一开始在中东定居，然后分几批次从中东迁徙出去。其中4万年前往北迁徙的那一批人变成后来的欧洲人。往东走的一批人后来定居到东亚，成为东亚人。另外一批人他们迁徙到亚洲，在这里他们分成两支，往南走的人就是现在的巴布亚新几内亚高山地区族群，以及澳大利亚土著的祖先。往北走的那批人成为了现在美洲印第安人等美洲土著人的祖先。
人类从非洲迁徙路线
那篇论文里面的人类族群分支图
- 人类1万年间的迁移
遗传学家斯福扎等人出版过一本书《人类基因的历史与地理》，里面详细分析了人类最近1万年间的迁徙历史。最近几千年间，人类从中东大量外迁，把欧洲的凯尔特人赶到欧洲西北角，非洲班图人从现在的喀麦隆发源，把科伊桑人（电影上帝也疯狂里面的土著）赶到南非。来自中东的北非高加索人（白种人）在1000多年前曾经迁徙到沙哈拉沙漠以南，他们和从喀麦隆发源的班图人在现在的卢旺达交汇。班图人在卢旺达的后代就是胡图族人，他们肤色较深。来自北非的白种人经过混血，肤色也越来越深，不过比胡图族要浅，他们就成了图西族人。东亚古代亚洲游牧民族，被华夏文明赶往西亚和北亚。华夏民族也从黄河流域往南迁徙。书中说到分析基因多样性甚至能佐证中世纪维京人曾经统治过意大利南部的历史。
还有，整个东南亚岛屿民族（印尼人，马来西亚人，菲律宾人等）以及太平洋的波利尼西亚人（新西兰土著，斐济人，夏威夷人等等），以及非洲的马达加斯加岛原住民，全部来源于台湾土著居民。最早一批台湾土著人大概在5000年前首先通过菲律宾慢慢扩散到整个东南亚（除了巴布亚新几内亚山区民族，他们是更古老的移民）和太平洋。这一点在语言学上也能够得到佐证，整个东南亚和太平洋岛屿民族所说的南岛语系一共分为10个语族，其中有9个语族仅存在于台湾土著居民中。剩下的其他东南亚和太平洋等岛屿民族所说的语言统统被归为第十种语族。可见当年只是其中一小支台湾土著居民迁徙出来，扩散到整个太平洋其他岛屿。
南岛民族的扩散
这些迁徙历史能够由分析种族在不同地区间的基因多样性得以重新构建出来。书中提到，由于现代社会人们迁徙非常频繁。几百年以后人们将不再能靠基因分析，得出人口迁徙的历史。
- 亚当和夏娃
遗传学家卡恩和威尔森有篇很著名的论文《线粒体DNA 和人类的进化》。这篇论文的结论被无数科普文章转述过。卡恩和她搭档研究了线粒体DNA 的遗传多样性，这种DNA 只来自于母亲，不来自于父亲。所以可以通过线粒体DNA 追踪母系祖先的起源。他们得出的结论是，现在所有人类都有一个共同的母系祖先，她生活于22 万年前的非洲。这个女性被称为 线粒体夏娃。 还有类似研究显示通过研究只传男性的Y 染色体得出结论，现在世界上所有人类的共同父系祖先是一个20 万年前生活在非洲东部的男性，被称为Y 染色体亚当。
很多人也许会疑惑，为什么母系共同祖先和父系共同祖先，一个生活在22万年前，一个生活在20万年前？因为这“亚当”和“夏娃”，并不是当时唯一的男性和女性。让我们先看看下面这个例子。
黑猩猩也和人类一样有A，B，AB以及O型血型。这说明人类和黑猩猩分家之前ABO这些血型已经早就分家了，否则不可能同时出现在人类和黑猩猩身上。而且从人类和黑猩猩有共同的血型类型来看，人类和黑猩猩在600万年前分家时，人类的数量肯定不会很少。道理很简单：我们这篇文章上面提到过，假如只是一小支人类从黑猩猩与人类共同祖先的族群中分离出来，那么很可能他们都是同一个血型的，或者缺了某种血型。如果是那样的话，我们现在所有人类，都应该是同一种血型，或者少了一两种血型才对。
事实上如果人类种群数量很少，就很难避免前面提到的奠基效应。只有人类族群的规模达到一定的数量，才能避免一些血型的基因，因为偶然因素而失传的情况。数学有一个分支叫随机过程，里面有一类问题叫做分支过程（Branching Process），是用来模拟生物繁衍的。数学家用分支过程模拟，发现在人类出现以来的任何时间段，人类的个体都不曾少于1万人。否则人类会因为奠基效应导致现代人类的基因多样性大幅减少。本公众号以前有篇文章提到遗传学家估计，非洲猎豹肯定是在一段时间以前种群数量曾经下降到非常少，以至于现在所有的非洲猎豹几乎基因都是一样的。如果你切掉一个猎豹的皮肤移植到另一个猎豹身上，甚至不会发生免疫排斥反应。
所以并不是几个猩猩离开族群，进化成人类。人类是由一整支数量在一万个以上的猩猩群体进化而来的。
所以，所谓的亚当和夏娃，只是说现在所有的线粒体基因和 Y染色体基因的在 20多万年前是都是由同一份拷贝传下来的，当时线粒体夏娃所生活的年代，并不止有夏娃一个女性。只不过只有她一个人的线粒体传了下来，其他人的线粒体拷贝绝种了。之前我们工作好的文章提到过，线粒体和 Y染色体的传承类似于无性繁殖的效果，非常容易绝种。不像有性繁殖的其他常染色体基因那么稳定。
- 冰河期的基因证据
测量种群的基因多样性除了能解开人类迁徙之谜外，还能用来还原其他历史谜题。进化遗传学家休伊特发现，现在欧洲大陆生活的昆虫，植物和小型哺乳动物都是自1 万年前从西班牙，意大利，希腊，巴尔干岛和小亚细亚地区迁移过来的。在法国和德国等西欧地区生活的物种，都是源自于上述地区移民的混合种。欧洲狗熊则是从比利牛斯山脉以及黑海地区往北迁徙的。这证明了上一次冰河时期，从爱尔兰岛，英格兰岛（当时他们和欧洲大陆其实是相连的，因为当时海平面比现在低100 米），到法国，德国直到俄罗斯西伯利亚一带全部是苔原带草原，很多欧洲生物并不适宜这种生活环境。欧洲南部地区变成它们的避难所，而1 万年前冰河时期结束，它们才开始重新占领欧洲其他地区。