尼安德塔人：尋找失落的基因組

名人推薦：王道還 (中央研究院歷史語言研究所助理研究員)
沈川洲 (台灣大學地質系教授)
李家維 (清華大學生命科學系教授)
程樹德 (陽明大學微生物暨免疫學研究所教授)


對《尼安德塔人》的評價：
這本書是由對科學發展有重大貢獻的主要創新者所撰寫，文字忠實地其中描述了科學研究展開時，當事人的思慮及風格，這是極罕見的。《尼安德塔人》是從科學前線發來的捷報。如果你想要了解真正的科學是如何被發現的，建議你該看這本書。
──威爾森（Edward O. Wilson），美國哈佛大學榮譽研究教授。

問題一個接著一個來，答案一個接...

第一章
Neanderthal ex Machina
從定序機降臨的尼安德塔人

一九九六年某個深夜，我才在床上剛睡著，電話就響了，那是我在德國慕尼黑大學動物學研究所的研究生克林斯（Matthias Krings）打來的，他只說：「那不是人類的。」
我含糊地說道：「我馬上來。」就胡亂穿上衣服，開車穿過市中心到實驗室去。這一天下午，克林斯打開了我們的ＤＮＡ定序機，把一些ＤＮＡ片段丟進裡頭。他取下尼安德塔人手臂骨頭上的一小片，萃取出其中的ＤＮＡ，再加以大量複製，以用於定序，這個化石藏於波昂的萊茵州立博物館（Rheinisches Landesmuseum）。多年來，大部分的結果都讓人失望，因此我沒抱多大的期待。絕大多數的時候，我們萃取出來的ＤＮＡ不是來自細菌，就是來自人類，畢竟在化石出土後的一百四十年中，這些ＤＮＡ污染了化石。不過克林斯在電話中很興奮，他真的取得了尼安德塔人的遺傳物質嗎？還是別抱太多期待比較好。
到了實驗室，我發現史密茲（Ralf Schmitz）也在，我們靠這位年輕的人類學家的幫忙，才獲准從博物館所藏尼安德塔人手臂化石上取一小片下來。他和克林斯都樂不可支，把從一台定序機上跑出，由Ａ、Ｔ、Ｃ、Ｇ四個英文字母所組成的序列拿給我看，我和他們都不曾見過這樣的序列。
對於外行人來說，他們可能看到的是這四種字母凌亂的排列，不過這是ＤＮＡ化學結構的簡明表示法。身體中每個細胞都含有遺傳物質ＤＮＡ，它的結構就是著名的雙股螺旋，每一股都由四種核苷酸組成。腺嘌呤（adenine，簡寫成Ａ）、胸腺嘧啶（thymine，Ｔ）、鳥糞嘌呤（guanine，Ｇ）和胞嘧啶（cytosine，Ｃ），這四種核苷酸的排列順序儲存了讓身體成形並維持功能所需的遺傳資訊。我們尋找一種特殊的ＤＮＡ：即構成粒線體基因組的粒線體ＤＮＡ（mtＤＮＡ），每個人都經由卵子從母親那兒得到粒線體這種小胞器（以及其中的ＤＮＡ）。每個粒線體中都含有數百份這種ＤＮＡ，好讓粒線體能夠完成製造能量的工作。每個人都只有一種粒線體ＤＮＡ，它只占了人類基因組的百萬分之五，其他的基因組則位於細胞核中。不過細胞核ＤＮＡ只有兩份（分別來自雙親），而每個細胞中都有數千份粒線體ＤＮＡ，因此特別容易研究。在一九九六年，全世界有數千人的粒線體ＤＮＡ已經定出序列了，這些序列都被拿來和第一個定出的人類粒線體ＤＮＡ序列相互比較，編匯出序列上各位置可能出現的變異（不同的核苷酸）。我們從尼安德塔人骨頭上找到的粒線體ＤＮＡ序列上出現的變異，在那數千人的粒線體ＤＮＡ序列上都不曾有過，這讓我們大喜過望，幾乎不敢相信這是真的。
每次當我面對意料之外的大好結果時，心中很快就會充滿懷疑。我接著探究會出錯的可能性。之前或許有人用牛皮膠來修補化石，我們眼前的粒線體ＤＮＡ序列可能是牛的。牛的粒線體ＤＮＡ別人已經定序出來了，因此我們馬上比對，嗯，差異太大了，不是牛的。這份新的粒線體ＤＮＡ序列和人類的非常相近，但是有些許不同之處。這時我開始相信，我們的確首次從已經滅絕的另一種人類上萃取出ＤＮＡ並加以定序。
我們從休息室的冰箱中拿出一瓶香檳開了。我們很清楚，如果找到了尼安德塔人的ＤＮＡ，將會開啟無數的可能性，將來有一天，我們可以比較尼安德塔人和現存人類所有的基因，或是特定的基因。我喝了太多香檳，無法開車。當我走路穿過漆黑安靜的慕尼黑時，幾乎還不敢相信剛剛發生的事情。躺回床上我無法成眠，一直想著尼安德塔人，想著那個我們從中取得粒線體ＤＮＡ的化石樣本。
───
一八六五年，達爾文的《物種原始》出版的前三年，在德國杜塞朵夫東方約十公里尼安德河谷的採石場裡，一群工人在清理一個小洞穴，挖出了一個顱骨的頂部和其他一些骨頭。當初他們認為是熊的骨頭，但是幾年後，這些殘骸被鑑定為來自於一種已經滅絕的人類，可能是現代人類的祖先。那是首次有人描述這些殘骸，結果震驚了全世界的博物學家。
從那時起，許多類似的骨頭出土了。人們持續研究這些骨頭，想要知道尼安德塔人是誰？他們生活的方式，以及在三萬年前消失的原因。現代人類的祖先與尼安德塔人在歐洲共同存在了許多年，他們彼此之間如何互動，是朋友還是對手？尼安德塔人是現代人類的祖先，抑或是久失聯繫的表親？從考古據點發掘出來的蛛絲馬跡十分引人注意，點出了尼安德塔人會照顧傷患、具有葬禮儀式，甚至可能會演奏音樂，這些熟悉的舉動，使得他們比起其他古人類更類似於現代人類。但是有多類似呢？他們會說話嗎？是否只是人族演化分支中一個走到死胡同的物種？或是有些基因隱藏在現代人類體內？這些問題都成為古人類學中的重要議題，這個學術領域可以說是在那些骨頭從尼安德河谷出土之後才開始建立的。現在，我們可以從這些骨頭中取得遺傳資訊。
這些問題本身就夠有趣了，但是對我來說，尼安德塔人骨頭的片段中還可能帶來更大的獎賞。對現存的人類來說，尼安德塔人是血緣最相近的絕種親戚，如果我們仔細研究他們的ＤＮＡ，毫無疑問地，會發現他們的基因和現代的人類非常相似。幾年前，我的團隊定出了許多黑猩猩（chimpanzee）基因組ＤＮＡ片段的序列，結果顯示，黑猩猩和人類的在ＤＮＡ序列上的差異，只有百分之一點多。很明顯，尼安德塔人比黑猩猩還要接近人類許多，不過這才是最讓人興奮之處，那些我們預期會在尼安德塔人基因組所找到的差異之中，有些一定造成了我們和所有人類祖先之間之所以不同。這些祖先不只有尼安德塔人，還包括了約一百六十萬年前的特卡納男孩（Turkana Boy）、三百二十萬年前的露西（Lucy），以及五十多萬年前的北京人（Peking Man）。這些少數的差異所形成的生物基礎，將人類的譜系引導到全新的方向，使得現代的人類得以出現，包括：快速發展的科技、我們目前熟悉的藝術形式，可能還包括了我們目前所知的語言和文化。如果我們研究尼安德塔人的ＤＮＡ，這些就可能掌握在手中。懷抱著這些夢想（或是誇大的妄想），我終於在朝陽初升時進入夢鄉。
隔天，克林斯和我都比較晚才到實驗室，我們檢查了前晚的ＤＮＡ序列，再次確認沒有犯錯，然後坐下來計畫接下來要做的事。從尼安德塔人的化石中，得到了一小段看起來有趣的粒線體ＤＮＡ序列是一回事，但要說服我們自己（更別說是世界上其他人），這個粒線體ＤＮＡ的主人活在約四萬年前則完全是另一回事。我之前十二年的工作經驗，讓我非常清楚接下來要做的事。首先，我們得重複整個實驗，不只是最後一步，而是所有的步驟，從再取一小片新骨頭開始，好證明我們得到的序列，不是骨頭中的現代人粒線體ＤＮＡ因為嚴重損毀和變化而產生的僥倖之物。第二，我們要從這一段粒線體ＤＮＡ延伸出去，從骨頭萃取物中取得其他和這序列重疊的ＤＮＡ片段，這樣我們就可以重建出更長的ＤＮＡ序列，然後估計尼安德塔人的粒線體ＤＮＡ和現代人類的差別有多少。接下來的第三步也是必須的。我自己常聲明，發現古代骨骼ＤＮＡ序列需要不尋常的證據。換句話說，要在另一個實驗室，也能發現同樣的結果，在以競爭為長的科學領域中，這是很奇特的一步。宣布我們找到了尼安德塔人的ＤＮＡ，當然是不尋常的。為了排除我們實驗室可能發生的不明失誤，我們需要和其他不相干的實驗室分享之前的骨頭，希望該實驗室也能夠再現我們做出來的結果。我同克林斯和史密茲討論這些事，擬訂計畫，並且彼此發誓絕對不把這個秘密洩漏於研究小組之外。在沒有確定我們的發現是真實無誤之前，我們不希望受到注意。
克林斯馬上就回去工作了。他曾經花了三年嘗試要從埃及木乃伊中萃取ＤＮＡ，但是幾乎徒勞無功，這次成功在望，讓他充滿幹勁。史密茲得回到波昂，無事可做，只能引頸期盼我們的結果，這讓他感到沮喪。我試著專注在我其他的計畫上，不過心總是放在克林斯的工作上，收不回來。

第一章
Neanderthal ex Machina
從定序機降臨的尼安德塔人

一九九六年某個深夜，我才在床上剛睡著，電話就響了，那是我在德國慕尼黑大學動物學研究所的研究生克林斯（Matthias Krings）打來的，他只說：「那不是人類的。」
我含糊地說道：「我馬上來。」就胡亂穿上衣服，開車穿過市中心到實驗室去。這一天下午，克林斯打開了我們的ＤＮＡ定序機，把一些ＤＮＡ片段丟進裡頭。他取下尼安德塔人手臂骨頭上的一小片，萃取出其中的ＤＮＡ，再加以大量複製，以用於定序，這個化石藏於波昂的萊茵州立博物館（Rheinisches Landesmuseum）。多...