古代狗的DNA揭示了它们与人类的持久联系
1979字
2020-11-17 23:13
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火星译客

几百年来,研究人类史前史的方法只有一个:戴上木髓头盔,去非洲或中东的沙漠,挖出一些骨架和手工艺品,然后根据它们的物理属性进行推断。然后现代遗传学出现了。仅仅通过研究活人的基因组,现在就有可能推断出我们的祖先是如何在这个星球上定居的。这方面的最后一次重大突破是在十年前,当时科学家们改进了从史前骨骼中提取古代降解DNA的技术,以便开始对古人类的基因组进行排序。这就是他们如何发现尼安德特人与智人杂交,以及我们大多数人的基因组中隐藏着一些尼安德特人的DNA。

但通过研究人类骨骼,我们仍然有很多东西无法了解史前人类文化。在10月30日发表在《科学》杂志上的一项研究中,一组遗传学家、进化生物学家和考古学家利用了另一种数据来源:古代狗的DNA。这项研究不仅有助于揭示狗的进化史,也为史前人类文化提供了一些诱人的线索。它打开了一扇窗,让我们了解人类和狗狗之间长达千年的亲密关系。

这是理解人类历史的另一个层面,”该论文的主要作者之一、弗朗西斯克里克研究所(Francis Crick Institute)的博士后研究员安德斯·伯格斯特罗姆(Anders Bergstrom)说。“我们可以发现人类之间的历史过程,而这些过程不一定在人类DNA中可见。”

从生物学和人类学的角度来看,狗都是有趣的研究对象。家养狗、狼和澳洲野狗都属于同一个物种,尽管狗在15000到40000年前从狼进化而来。自从那次分离之后,人们就把狗繁殖成基因截然不同的种群,我们称之为品种。通过比较狗的基因组,我们可以了解人类产生这些种群的过程,通过研究古代狗的基因组,我们可以了解这些过程在很久以前是什么样子的。

古代DNA研究一直是一项集体努力,本文也不例外:共有56位作者。其中一些人是考古学家——在远至西班牙和西伯利亚的遗址,他们挖出了27只生活在1.1万至100年前的狗的骨头。其他的作者是那些在这些古代标本上辛苦劳作,提取并排序它们的遗传物质的科学家。还有一些人,比如Bergstrom,分析了这27条狗,现代狗和狼之间进化关系的数据。

研究古代DNA提出了一些主要的方法上的挑战。随着时间的推移,DNA会降解,所以很难对一个古老基因组中的任何给定的A、C、T或G有信心。因此,为了分析狗的基因组,Bergstrom和他的同事们使用F-statistics来比较不同样本的整个基因组,以确定哪对动物是或多或少的近亲。“他们告诉你,在很少的假设下,这个样本更接近A而不是B,”伯格斯特罗姆说。当然,这并不能说明在历史进程中发生了什么。但它告诉你一些关于关系的基本事实。然后,科学家可以利用这些关系数据推断出狗的族谱应该是什么样的。利用这种技术,研究小组能够确定,例如,令人惊讶的是,古代东亚狗与古代欧洲狗的关系比与古代中东狗的关系更密切。

通过构建这棵树,伯格斯特罗姆和他的同事们发现了一些令人惊讶的事情:1.1万年前,在许多人类群体开始从事农业之前,家养狗已经形成了至少5个基因上截然不同的群体。伯格斯特罗姆说:“在冰河时代末期,在任何其他动物被驯化之前,狗已经分化成不同的谱系,遍布世界各地。”“这些谱系中的很多在今天的狗身上仍然存在。换句话说,像今天的西伯利亚哈士奇和德国牧羊犬这样的品种,是公元前9000年左右完全分离的狗的后代,如果不是更早的话。伯格斯特罗姆说:“我们可以在公园里观察狗,我们可以看到这个过程在人类开始农耕或其他动物被驯养之前就已经开始了。”

这些信息不仅仅从进化的角度来看是有趣的。这也为早期人类与狗的关系提供了线索,早在人类与其他动物形成亲密关系之前。该研究的另一位主要作者、慕尼黑路德维希马克西米兰大学的古基因组学教授Laurent Frantz认为,这一发现为狩猎采集者可能为了某些特征而故意饲养狗提供了理由。“也许人工选择已经很强大了,”他说。“也许人们已经意识到这一点了。”

1.1万年前就存在着不同的犬类谱系,这一事实并不能单独告诉我们史前人类对他们的狗的看法。但是,Frantz, Bergstom和他们的同事们能够通过比较他们所绘制的狗的族谱和利用古人类DNA绘制的相似的族谱,来探索关于古人类和狗之间关系的更多线索。

他们发现,家族树的整体形状非常相似:例如,东亚的古人类与生活在欧洲的古人类的关系比生活在中东的古人类的关系更密切。乍一看,这个结果似乎并不那么令人惊讶:如果人类在迁徙时带着他们的狗,那么血缘关系最密切的人类种群也会有血缘关系最密切的狗。有些人与狗之间的通信可以解释为人们带着他们的狗同伴从一个地方搬到另一个地方。但对于最古老的进化模式来说,有一个大问题:我们所讨论的人类群体在4.5万年前就分裂了,远在狗被驯化之前。

Bergstrom和Frantz有一个理论来解释为什么狗的迁徙模式会模仿几千年前的人类。由于气候和地理的原因,也许在公元前45000年适宜旅行的路线,在35000年后,对于狗和其他货物的贸易来说也是方便的。伯格斯特罗姆说:“这表明,早期人类群体之间的接触实际上比我们从人类DNA中看到的要多。”如果这一理论被证明是正确的,那么古代狗的DNA可能帮助我们了解了史前人类文化中超越动物驯化的特征。

但这种贸易假说仍只是一种推测,至少在得到其他考古证据的证实之前是如此。“这是一个合理的假设,但我认为值得记住的是,时间尺度相当,完全不同的走出非洲人类迁徙和狗驯化,“委员Kerstin Lindblad-Toh说,在瑞典乌普萨拉大学比较遗传学教授他并没有参与这项研究。45000年前导致人类迁徙的地理和气候因素很可能在狗被驯化的时候已经发生了巨大的变化。

在那次本土化事件之后,有些东西似乎确实保持了不变。根据这个团队的研究结果,在1.1万年前狗从狼中分离出来之后,狼从来没有在狗的种群中大量出现过(也许直到当代对狼狗的狂热)。

鉴于狗和狼同属一个物种,而且后代都非常健康,这一发现令研究人员感到惊讶。他们通过观察发现,有些狼与所有古代和现代狗的亲缘关系相同,这表明所有狗的狼祖先数量相同。合乎逻辑的解释是,狼在狗驯化后并没有对狗的基因库做出实质性贡献。相反,如果狼继续与狗杂交,研究小组将会观察到所有的狼与一些狗的亲缘关系更近,这些狗在驯化后就在它们的族谱上有狼,而其他的只有狗的祖先。

但是,出于某种原因,狼的基因组发生了相反的变化:狗与某些狼的关系普遍大于与其他狼的关系,这表明狗确实为狼的种群提供了遗传物质。狗和狼之间的这种不对称可能有一个简单的解释:人类。林德斌-托说:“这向我们表明,人们可能会牵着他们的狗,好好照顾它们,确保不让狼进来。”狼没有这样的监护人。

但是没有参与这项研究的剑桥大学遗传学博士后研究员Liisa Loog认为,正确看待这一结果是很重要的。她指出,作者的论点依赖于一些关于古代狼与现代狼之间关系的具体假设,如果不直接研究古代狼,这些假设是不可能得到证实的。她说:“作者的假设是,这种情况发生在一种尚未被取样的已经灭绝的狼种群上,而这种情况与现代所有的狼种群有着同等的关系。”“情况可能是这样,但也可能不是这样。

这个假设,以及支撑伯格斯托姆和弗朗茨贸易假说的关于地理和气候一致性的假设,确实意味着他们的结果和理论无法在没有其他研究的情况下得到证实,就像对古代狼DNA的类似研究一样。但是,从根本上说,27条狗的基因组是通向过去的一扇狭窄的窗口:在处理如此少量的数据时,有必要进行假设。“DNA本身就是DNA,”伯格斯特罗姆说。“它需要更广泛的解读背景。”

证据的缺乏,再加上从如此古老的骨头中提取高质量DNA的难度,可能会让古代DNA研究看起来像是一项鲁莽的努力——为什么不从现代狗身上获取基因样本,然后从中找出它们的族谱呢?但与现代DNA相比,古代DNA也有一些明显的优势,尤其是在狗身上。许多当代的狗把它们的基因图谱归功于维多利亚时代的狗繁殖热潮,因此它们更遥远的过去的特征可能很难辨别。在现代狗的基因组中寻找关于古代狗的证据就像“大海捞针”,Loog说。所以直接找到源头是有帮助的。“古老的DNA,”Loog说,“确实给了我们这个带有时间印记的过去的基因图片。”

因此,虽然通过研究史前狗的现代后代来了解它们可能很困难,但古代DNA提供的特殊见解可以为理解今天人类与狗的关系提供宝贵的背景。“狗是一种独特的食肉动物,一种食肉动物。早在农业出现之前,它们就被狩猎采集者驯养,而且它们也能够如此迅速地传播到大多数群体,”伯格斯特罗姆说。不知何故,这种动物与人类的伙伴关系非常适合——尽管从先验来看,它似乎不太可能被驯化。如果伯格斯托姆和他的同事们是正确的,人类与狗相处、饲养和保护狗的传统,以及将狗不仅仅作为有用的工具,而是作为社会联系和情感支持的来源,可能已经有1.1万年的历史了。甚至在人类知道如何种植农作物之前,他们可能已经很清楚如何照顾他们的动物,以及如何被他们的动物照顾。

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