去年，奥萨马·本·拉登同父异母的兄弟控制的一家开发公司透露，该公司希望建造一座桥梁，横跨曼德海峡，即红海通往印度洋的出口。如果这个雄心勃勃的项目得以实现，成群结队的非洲朝圣者将穿越世界上最长的桥梁之一前往麦加，他们将从可能是人类历史上最难忘的旅程的路线上方数百英尺处经过。五万或六万年前，一小群非洲人——几百人甚至几千人——乘坐小船穿过海峡，一去不复返。
他们离开东非家园的原因尚不完全清楚。也许是气候发生了变化，或者曾经丰富的贝类资源消失了。但有些事情是相当肯定的。那些最早走出非洲的跋涉者带来了身体和行为特征——发达的大脑和语言能力——这些特征是完全现代人类的特征。从他们在亚洲大陆（现在的也门）的露营地出发，他们开始了为期数万年的旅程，跨越了大陆和陆桥，一直到达南美洲最南端的火地岛。
当然，科学家们已经通过费力挖掘并储存在收藏品中的化石骨骼或矛头，深入了解了这些迁徙。但祖先的遗留物往往过于稀少，无法提供这遥远历史的完整图景。在过去的 20 年里，群体遗传学家已经开始通过构建早期现代人类迁徙的基因面包屑轨迹，来填补古人类学记录中的空白。
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我们几乎所有的 DNA——构成人类基因组的 30 亿个“字母”或核苷酸中的 99.9%——在人与人之间都是相同的。但在最后的 0.1% 中，交织着明显的差异。例如，对东非人和美洲原住民之间的比较可以为人类祖先以及从一个大陆到另一个大陆不可阻挡的殖民进程提供重要的线索。直到最近几年，仅从父亲传给儿子或从母亲传给孩子们的 DNA 一直是遗传学家化石足迹的等价物。最新的研究让科学家们调整了他们的焦点，将视野从少数孤立的 DNA 片段扩展到检查散布在整个基因组中的数十万个核苷酸。
广泛的扫描产生了前所未有的全球迁徙地图，其中一些地图仅在最近几个月才发布。该研究认可了现代人类起源于非洲的说法，并表明非洲是如何成为基因多样性的储存库，并涓涓细流般流向世界其他地方的。从非洲的桑族人开始的基因家族树，最终以南美印第安人和太平洋岛民为最年轻的分支结束。
对人类遗传变异的研究——一种历史性的全球定位系统——可以追溯到第一次世界大战，当时在希腊城市塞萨洛尼基工作的两位医生发现，驻扎在那里的士兵，其特定血型的发病率因国籍而异。从 20 世纪 50 年代开始，路易吉·卢卡·卡瓦利-斯福尔扎开始通过检查不同的血型蛋白质，正式研究人群之间的遗传差异。蛋白质的变异反映了编码它们的基因的差异。
然后，在 1987 年，加州大学伯克利分校的丽贝卡·L·坎恩和艾伦·C·威尔逊发表了一篇开创性的论文，该论文基于对线粒体 DNA 的分析，线粒体是细胞的能量产生细胞器，通过母系遗传。他们报告说，来自不同人群的人类都起源于大约 20 万年前生活在非洲的一位女性——这一发现立即成为头条新闻，宣扬发现了“线粒体夏娃”。（尽管有圣经典故，但这位夏娃并不是第一个女人：然而，她的血统是唯一幸存下来的血统。）
关于夏娃的一切
“中性”线粒体突变（既无益也无害的突变）的快速、相对可预测的速率使细胞器能够充当分子钟。计算两组或谱系之间突变数量的差异（时钟的滴答声），研究人员可以构建一个基因树，追溯到共同祖先——线粒体夏娃或另一位创立新谱系的女性。比较来自不同地区的谱系的年龄，可以构建人类迁徙的时间线。
自 1987 年以来，关于人类多样性的数据库已经扩展到包括 Y 染色体——仅由男性传给儿子的性染色体。男性传递的 DNA 比线粒体 DNA 携带更多的核苷酸（数千万个，而不是仅仅 16,000 个），增强了研究人员区分不同人群的能力。对人类种群的线粒体和 Y 染色体 DNA 进行分析，发现了数百个遗传标记（DNA 位点，具有特定于特定谱系的可识别突变）。
现在可以在地图上追踪人类在数万年间从非洲到美洲的路线，就好像旅行者以极其缓慢的速度在一系列相互连接的高速公路上移动一样。字母数字路线标志，例如 I-95，可以改写为字母数字遗传标记。例如，对于 Y 染色体，在高速公路（遗传标记）M168 上穿过曼德海峡，当向北穿过阿拉伯半岛时，该标记变为 M89。在 M9 处右转，向美索不达米亚及更远的地方出发。一旦到达兴都库什山脉以北的地区，左转进入 M45。在西伯利亚，右转并沿着 M242 行驶，直到它最终穿过陆桥到达阿拉斯加。选择 M3 并前往南美洲。
线粒体 DNA 和 Y 染色体仍然是强大的分析工具。国家地理学会、IBM 和韦特家族基金会已加入一项私人资助的 4000 万美元的合作项目，该项目将持续到 2010 年，研究主要致力于使用这些工具。在 10 个区域学术机构的帮助下，所谓的基因地理项目正在从全球多达 10 万名土著居民那里收集 DNA。“我们关注的是人们如何进行旅程的细节，”该项目负责人斯宾塞·威尔斯说。在最近的一份报告中，他们的研究人员发现，南部非洲的科伊桑人在基因上与其他非洲人分离了 10 万年。在另一项研究中，他们证明，黎巴嫩男性的一些基因库可以追溯到来自阿拉伯半岛的基督教十字军和穆斯林。
强大工具
遗传研究人员已经对居住在他们发现的迁徙路线上的许多人的 DNA 进行了采样。然而，数据的表面确定性有时会具有欺骗性。研究人类起源的科学家仍然更喜欢他们可以握在手中的化石，而不是家谱树。DNA 与用于化石测年的放射性同位素不同。突变率可能因 DNA 片段而异。
但古人类学家陷入了困境。化石遗骸稀少且常常不完整。从非洲到澳大利亚的最早迁徙出现在线粒体和 Y 遗传物质中（这要归功于安达曼群岛人等），但在沿途基本上没有发现实物人工制品。
解决缺少石头和骨头的方法：更多来自任何地方的 DNA。为了支持遗传学的论点，研究人员求助于搭便车的人体微生物，检查它们的基因以寻找类似的迁徙模式。免费搭车者包括细菌、病毒甚至虱子。除了微生物之外，人类基因组计划和相关工作，即查看整个基因组的范围，已经产生了一套强大的工具，这些工具正在帮助弥补遗传方法的不足。“你可以查看来自许多个体和许多人群的基因组中的许多不同位置，从而在检验不同的假设时获得更多的统计能力，”加州大学戴维斯分校人类学教授蒂姆·韦弗说。
在这十年中，研究人员通过同时比较散布在整个基因组 30 亿个核苷酸中的大量可变或多态位点，取得了惊人的发现。本十年早些时候的第一个全基因组研究着眼于人群之间短的重复 DNA 片段（称为微卫星）的差异。最近，全基因组扫描提供的范围进一步扩大。2 月份，发表在《科学》杂志和《自然》杂志上的两篇论文报告了迄今为止最大规模的人类多样性调查。两者都检查了来自人类基因组多样性小组的超过 50 万个单核苷酸多态性 (SNP)——DNA 中特定位置的一个核苷酸换成另一个核苷酸。这些细胞系来自全球 51 个种群的大约 1,000 个人，由巴黎人类多态性研究中心维护。
两个研究小组以各种方式分析了大量数据。他们直接比较了不同人群之间的 SNP。他们还研究了单倍型，即包含大量 SNP 的 DNA 区块，这些 SNP 在许多代中完整地遗传下来。撰写《自然》杂志论文的小组还探索了一种新的技术，通过比较一个人基因组中长达 1,000,000 个核苷酸的 DNA 片段的重复或缺失（拷贝数变异）来调查人类变异，这与挖掘基因组以寻找更多变异标记的更大趋势相符。“基因组的任何一个片段都将具有不一定反映整个基因组祖先的历史，”密歇根大学安娜堡分校的诺亚·A·罗森伯格（《自然》杂志论文的主要作者）说。但他解释说，一次查看许多区域可以克服这个问题：“通过数千个标记，有可能确定人类迁徙的整体故事。”
查看数十万个 SNP 使研究人员能够确定各个种群的身份——并了解基因关系密切的种群是如何广泛传播的。美洲原住民的祖先可以追溯到西伯利亚人和一些其他亚洲人。汉族是中国的主要民族，分为明显的北方和南方人群。贝都因人与来自欧洲和巴基斯坦以及中东的群体有关。
这些发现与之前来自人类学、考古学、语言学和生物学（包括之前的线粒体和 Y DNA 研究）的研究结果相符，也为非洲起源假说提供了更广泛的统计基础，支持了这样一种观点，即一小部分人类从非洲大陆迁徙出来，然后在新的家园中规模扩大，直到另一亚群“创始人”分裂并迁徙离开——这个过程不断重复，直到整个世界都被定居。当这些旅行者遇到古老的人类种群——尼安德特人和直立人时，他们几乎或根本没有杂交就将其排挤出去。新的 DNA 研究表明，每次较小的群体分裂出来时，它只携带了最初存在于非洲种群中的一部分基因多样性。因此，随着与非洲的距离（和时间）的增加，多样性会减少，这为追踪人口流动提供了一种手段。美洲原住民是最后一次主要大陆迁徙的旅行者，他们的基因组的多样性远低于非洲人。
许多科学家认为，现在有《科学》和《自然》杂志上的大型统计分析等证据的支持，这使得非洲起源说的支持者在长期以来关于人类起源的辩论中占据了明显的优势。多地区起源假说——非洲起源说的竞争对手——认为，过去 180 万年中，从古人类（如直立人）后裔演变而来的人群，在非洲、欧洲和亚洲进化，并逐渐成为智人。偶尔的杂交确保了这些群体没有分裂成不同的物种。
很少有科学家仍然坚持严格解释多地区起源说。但是，修改后的版本仍在流传，主要是试图查明智人是否带有我们与人科表亲相遇的基因特征。印度理工学院的维纳亚克·埃斯瓦兰在犹他大学的亨利·C·哈彭丁和艾伦·R·罗杰斯的帮助下，在最近几年提出了一系列模拟，表明人类从非洲迁徙出来后，与古老物种（如直立人）进行了广泛的杂交。埃斯瓦兰的模型表明，现代人类基因组中高达 80% 的部分可能受到这种杂交的影响。
如果发生杂交，遗传印记并不像预期的那样明显，但哈彭丁提供了解释。非洲移民携带的一组有益基因，也许是帮助生育的基因，带来了选择性优势，最终抹去了某些古老基因的特征。“结果是，该种群似乎与受青睐基因的 [非洲] 源种群的关系比实际情况更密切，”他说。
我们是尼安德特人的一部分吗？
埃斯瓦兰和哈彭丁并不是唯一提出物种间苟合可能性的人。一些智人骨骼化石遗骸具有早期人科动物的特征，当代人类的遗传记录也为讨论提供了燃料。
根据记录基因谱系的树状图，一些基因变异显示出“深厚的祖先”——如果人类是从不超过 20 万年前的单一同质群体进化而来的，它们就应该比现在古老得多；这暗示了可能存在杂交。在 2006 年引起关注的一项研究中，芝加哥大学的布鲁斯·T·拉恩和他的同事报告说，参与调节大脑大小的小头畸形基因的一个版本，包含一个单倍型，该单倍型可能是在 4 万年前与尼安德特人相遇时传递下来的。
更明确的答案可能会在未来 12 个月内到来。尼安德特人基因组项目——德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所和康涅狄格州 454 生命科学公司合作——计划在今年年底前完成对来自克罗地亚洞穴的 4 万年前尼安德特人骨骼 DNA 序列约 70% 的粗略草图。其结果预计将在大约六个月后公布。
到目前为止，该项目尚未发现任何表明两种人科动物谱系之间存在 DNA 转移的遗传模式。“我们没有看到任何证据表明这一点，但我们不能排除它，”该项目负责人马克斯·普朗克教授斯万特·帕博说。他所在小组之前发表的一篇论文调查了一百万个核苷酸，这只是整个基因组中极小的一部分，该论文表明可能发生了一些基因交换，但后来发现该结果是由于样本污染造成的错误信号。研究人员尚未遇到拉恩引用的小头畸形基因变体。
处理甚至呼吸样品仍然是使用古代 DNA 的障碍：一些人类学家在前往野外挖掘时，将自己包裹在微芯片工厂使用的洁净室“兔子服”中。自最初的论文发表以来，帕博的实验室已经改变了马克斯·普朗克洁净室中使用的程序。研究人员在每条尼安德特人遗传物质链的开头放置由四个合成 DNA 核苷酸组成的标签。每个从测序仪出来的链都经过分子身份检查。
了解人类谱系中最近的表亲的基因构成——之前研究的估计表明，这两个基因组大约有 99.5% 相似——可以提供迄今为止比较基因组学中最有力的实践，从而可以识别出人类基因组中杂交发生的位置以及自然选择偏爱某些特征的位置。“我认为，如果你对人类进化感兴趣，尼安德特人是独一无二的东西，”帕博说。“他们是我们最近的亲戚。你可以访问他们的基因组，即使这在技术上很困难。但对于大多数其他祖先人类群体来说，这将是不可能的。”
新的、尚未发表的研究表明，尼安德特人的 Y 染色体与人类的 Y 染色体不同。“没有人男性的 Y 染色体像尼安德特人的 Y 染色体那样，”帕博观察到，这与早期的结果相呼应，表明人类和尼安德特人的线粒体 DNA 也很容易区分。去年 11 月，帕博和他的团队确实报告了两种人科动物之间的一种相似之处。来自西班牙的尼安德特人遗骸拥有已知为 FOXP2 的基因的一个版本，该基因与人类语言和言语的发展有关，与人类的基因版本相同。同样，一个独立小组在 4 月份发表的一篇论文中推测，该基因是否可能是杂交的结果，尽管不能排除污染的可能性。
我们是如何适应的？
当研究人员继续对旧骨碎片中的 DNA 进行测序，以探索人类是否与其他人属物种交配时，其他研究人员正在应用全基因组 DNA 分析，以了解当移民适应新家园时，哪些基因控制的特征通过遗传漂变（随机突变）和自然选择发生了变化。
2 月份发表在《自然》杂志上的一项研究显示了人类离开非洲后遗传多样性下降的后果。该项目比较了来自 20 名欧美人士和 15 名非裔美国人的 40,000 个 SNP。研究发现，与非裔美国人相比，欧美人士的有害基因变化比例更高，这些变化可能与疾病有关，尽管作者没有推测任何具体的健康影响。该研究显示了首席科学家卡洛斯·D·布斯塔曼特所说的欧洲建立的“群体遗传学回声”。欧洲最初的小人口的低遗传多样性使得一组有害突变广泛传播，并且在新的人口开始增长时出现了新的有害突变。自然选择还没有时间消除有害变化。
全基因组研究也开始提供自然选择如何帮助移民适应新环境的全景图。过去两年中的一系列研究一直在寻找自人类离开非洲或开始农业以来发生的，并且似乎对在新环境中生存有用的基因改变。基因勘探者挖掘了国际 HapMap 计划，这是一个单倍型目录，其中包含来自西北欧血统的北美人士以及来自尼日利亚、中国和日本的个人的 390 万个 SNP。
哈彭丁共同撰写的一项研究表明，在过去 4 万年中，DNA 的变化率，从而也是进化的速度加快了。马萨诸塞州剑桥市布罗德研究所的帕尔迪斯·C·萨贝蒂及其同事的另一项研究表明，基因组的数百个区域仍在经历选择，包括控制疾病抵抗力以及皮肤颜色和毛囊发育的区域，毛囊调节汗液。这些发现暗示，当人类离开他们祖先的非洲家园时，人类种群仍在继续适应阳光照射、食物和他们遇到的病原体的区域差异。非洲人也随着环境的变化而进化。
巴斯德研究所的路易斯·昆塔纳-穆尔西领导的最新研究之一表明，包括在糖尿病、肥胖症和高血压中发挥作用的 580 个基因，在 HapMap 人群中正在经历不同的选择，这可能解释了疾病模式的地域差异，并为开发新药提供了线索。
对人类多样性背后过程的考虑有时会超出毛囊和消化牛奶的能力的范围。关于种族和民族构成的争论可能会迅速进入视野。如果在欧洲人中发现的与认知相关的基因变异比非洲人更多，这意味着什么？更好地公众理解遗传学——单个基因不像在智力和愚笨之间切换的灯开关那样起作用——可能会平息误导性的推测。
遗传素养将使“亚洲人”或“中国人”等术语被更细微的分类所取代，这些分类基于最近的全基因组扫描中发现的祖先遗传构成的差异，例如中国南方和北方汉族群体之间的区别。“没有种族，”昆塔纳-穆尔西说。“我们 [从遗传学的角度] 看到的是地理梯度。欧洲人和亚洲人之间没有明显的差异。从爱尔兰到日本，没有突然发生完全变化的清晰边界。”
比较基因组学设定的进化历史之旅仍在开始。与此同时，对更多数据以及更强大的计算机和算法的渴望没有止境。收集更大的数据库——一个国际联盟在一月份宣布，计划对来自不同地区人群的 1,000 个基因组进行测序——将使研究人员能够运行更现实的人类进化替代模型模拟，并权衡每个模型的概率，从而产生关于我们是谁以及我们来自何处的最佳图景。
注意：此故事最初以标题“遥远过去的痕迹”发布。
