3期刘武等:DNA与人类起源和演化—现代分子生物学技术在人类学研究中的应用·271 突变在进化过程中已发生多次.加之,许多研究数据都显示这一缺失序列在太平洋沿岸和 岛屿以及美洲印第安人中都有着广泛的分布,据此,他们提出通过 mtDNA种族特征的 研究可以证实整个亚太和美洲地区的现代人类是来自于早期东南亚人类两次大的迁移扩散 结果的学说。第一次迁移沿亚洲大陆架向东,到印度尼西亚以及太平洋诸岛;另一次向北 经西伯利亚和白令海峡最终抵达美洲。这一缺失序列在东亚、太平洋和美洲的高频率分布 提示这一广大地区的人类有着共同的祖先 但迄今为止对人类mDNA最有意义的研究是根据对全球范围各人类群体 mtDNA 的调查来揭示现代人类的起源与演化,这一部分将在以下论述 1.3古代DNA及化石DNA( Ancient dna and fossi dNA 古代DNA是指从考古发掘所得的入类和古生物标本化石中提取的DNA,其中从化 石标本中得到的DNA称力化石DNA.古代DNA的年代范围可从100年以内直至数千 万年前。古代DNA的饼究是一个新兴的研究领域,近年PCR技术的应用促进了这一领 域的迅邃发展,并波及到生物进化、人类学、医学、农业和法庭科学等学科。本文内容只 限于讨论与人类学有关的古代DNA研究。古代DNA的研究材料包括古人类化石、考古 发掘出的人类骨骼、牙齿、干尸、木乃伊等.这些标本都可能含有人类DNA片段,采用 分子生物学技术可以设法提取出蕴藏其中的DNA片段,然后进一步扩增、测序,用于分 析。通过对古代DNA的研究使我们能够对那些已经绝灭的人类基因型、群体、甚至已绝 灭的人属成员的DNA进行分析;同时也使我们得以对不同阶段的人类DNA进行纵向对 比,从而加深对人类演化历史的认识( Herrman and hummel,194; Villablanca,1994).对 古代DNA的分析可以获得以下三方面的信息: (1)个体水平上的遗传信息( ndividual level):这方面的信息可用于考古墓葬发掘的个 体鉴定、家系鉴定,同时也是获得以下两方面信息的前提 (2)人群内部的遗传信息( nfra population level)):通过比较群体内两个或多个个体之 间的遗传信息可确定一个群体中个体之间的相似或歧异程度 (3)群体之间的遗传信息( Interpopulation level):比较不同人群之间的DNA差异可 以揭示出他们之间在进化上的相互关系,进而在时间或空间上重建人类演化过程 提取和分析古代DNA的方法除某些与处理古代样品有关的要求外,基本与通常的方 法一致。用于人类学分析的信息片段包括mDNA的限制性位点长度多态性和高变D-环 序列,以及核DNA的短串联重复序列( Short Tandem Repeat Sequence).古代DNA的 研究始于80年代初期( Higuch et al,1984Pabo,1985).PCR技术问世后推进了这一研 究的进展,Pabo和 Wilson首先采用PCR技术从发现于美国佛罗里达距今7000年的干 固的人脑组织中成功地提取到 mtDNA.进一步的扩增、测序显示这一个体的 mt DNA 具有某些不属于当地美洲印第安人的独特序列特征( Paabo and wilson,1988).在此以 后,有关学者对古代DNA的提取分析技术进行了更加深入的研究,样品范围已扩展到人 类骨骼、牙齿、木乃伊及其他干化组织。已成功地从距今数百年到接近一万年的样品中提 Ax I] DNA(Horai et aL., 1989; Hagelberg and Hedges, 1989; Hagelberg and Clegg, 1991 Thomas et aL.,l990).对这些DNA种族、群体、个体特征的研究成果已被用于考古发掘 中发现的人类遗骸的鉴定以及一些古代人群形成发展的研究( Hagelberg et al,1994; Holland et al.1993, Kurosaki et a.,1993, Stone and Stoneking,1993)。如日本学者 o1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
272· 人类学学报 14卷 Kurosaki等人成功地从发掘于九州距今15002000年日本弥生和古坟时代的两个基葬 群的55个个体的骨骼和牙齿中提取到DNA,然后使用短核苷酸串联重复序列位点 ( Short vntr loc〕法对这两批标本进行了家系及种族特征等方面的鉴定( Kurosaki et aL, 1993)。还有研究报道从古代美洲印第安人基葬人骨和古代太平洋复活岛居民( Easter Is landers)骨骼中提取的DNA序列分析发现有9bp缺失序列,表明这些人群的起源与亚 洲人类有关( Stone and Stoneking,1993; Hagelberg et aL.,1994),此外,古代DNA的研究 成果在法庭科学鉴定上也得到了广泛的应用( Hagelberg et aL,199l; Jeffreys et al,1992 Gill et al., 1994). 前主要有3方面因素影响对古代DNA的研究: (1)现代DNA的污染:用于扩增DNA片段的FR技术有枥高的灵敏度,在实验过 程中即便掺人极微量的现代DNA,都会带来干杪 (2)代DNA分于的降解:存在于古代组织中的DNA分子大多不同程度地被分解 破坏,从古代样品中提取的DNA分子大多已降解为100200bp的片段(从新鲜组织中 提取的DNA片段一般在10000bp以上).这样使得古代DNA模板改变,造成扩增困 (3)組组织抽提物的其他成分对DNA多聚酶有抑制作用,可能影响PCR的扩增结果 Cooper, 1994; Paabo, 1989; Paabo and wilson, 1988b; Hagelberg et al., 1991). 在以上三方面的因素中,以现代DNA污染对成功地提取古代DNA具有最严重的影 响。造成现代污染的来源是多方面的,如考古学家在提取和搬运标本过程中用手直接触摸 标本、空气中含有人类上皮细胞的尘埃以及实验过程中的污染等等。因此,在提取用于古 代DNA分析的标本及实验过程中时,要极度小心,以免造成对古代DNA的污染 (Paabo, 1993; Hagelberg, 1994). 古代DNA研究的一个重要方面是试图从化石标本中提取到DNA.由于化石中存在 的DNA含量极其微小,加之上述3个因素的影响,这一方面的研究还没有突破性进展 ( Hagelberg,1994)。虽有报道从距今17002000万年中新世马兰花叶化石中和距今 25000年的马化石中提取到DNA( Golenberg et al,199, Hoss and Paabo,1993),但迄今 尚未见有从数万年以上人类化石中提取到DNA的正式研究报告 2 mtDNA与现代人类起源和演化 1987年,以 Wilson为首的伯克利研究组根据对祖先来自非洲、欧洲、亚洲及新几内 亚和澳大利亚土著共147名妇女胎盘细胞 mtDNA的分析提出了生活在地球上的现代人 类的共同起源于非洲的“夏娃”理论( Cann et al.1987).随后该研究组采用改进的方法进行 了进一步的研究并为这一结果提供了新的支持(Cann,1988; Rienzo et a.,1991; Stoneking 1993, vigilant et u,1989,1991)。这一假说的主要内容有4方面 2.1所有现代人群所具有的mDNA类型都起源于单一的祖先 这一点是根据 mtDNA本身的特点而确定的,假设我们调查一个现代人群并发现有n 种 mtDNA类型、如果向前追溯并调查这一群体的上一代,至多也只能发现n种这些 201994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net