古代 DNA 這個研究領域，在 2010 年時來到前所未有的高峰（想先了解古代 DNA 可先看〈想重現侏儸紀公園？先征服古代 DNA 的種種難題！〉）。經過多年奮鬥後，帕波戰隊終於拼湊出較為完整的尼安德塔基因組，能夠全面比較我們與尼安德塔人在遺傳上的差異，回答雙方有無混血這類的問題。
然而在這古代基因組定序技術邁入成熟的一刻，帕波戰隊非常巧合的，又獲得一件 DNA 保存品質更好的化石，而且令人吃驚的是，「她」不是尼安德塔人。
帕波戰隊。圖／取自 The Neandertal Genome Project
西伯利亞南方的神秘小女孩
阿爾泰地區的丹尼索瓦洞穴（Denisova Cave），來自一位女孩的一小塊小指骨頭的碎片，成為發現丹尼索瓦人的契機。圖/Thilo Parg, CC by 3.0, wikimedia commons.
這件年代不明，只知道應該超過 5 萬歲的樣本，來自西伯利亞南方（處於俄羅斯、蒙古、中國、哈薩克的邊界），阿爾泰地區的丹尼索瓦洞穴（Denisova Cave），乍看之下只是一小塊小指骨頭的碎片，沒什麼型態分析的價值，但它幾萬年來都處於低溫的保存環境，也許仍保有足夠的 DNA 可供分析。一試之下發現，這塊化石內含的 DNA 不只是「足夠分析」而已，由其萃取出的 DNA 質量，竟然跟一位活跳跳的現代人差不多。
細胞中粒線體 DNA 的含量，是細胞核內 DNA 的很多倍，所以從這塊化石中一開始復原的是粒線體 DNA。這個粒線體 DNA 序列相當完整，很快就能確認有些前所未見的變異，意謂這塊化石不屬於智人，也不是尼安德塔人，而是來自未知的物種或族群。比較序列差異後的推論是，這種人大概在一百萬年前，就與我們和尼安德塔人分了家[1]。
尼安德塔人、丹尼索瓦人，與智人三者，粒線體 DNA 間的親緣關係。圖／改編自 ref 1
這塊指骨中其餘的細胞核 DNA，也就是整個基因組，不久後也被拼裝起來，其中完全沒有 Y 染色體的片段，因此想必是位女生。當一些考古學家還在苦思，這一百萬年前分家的「丹尼索瓦人（Denisovan）」究竟是誰時（例如這篇文章〈海德堡人－人類承先啟後的演化關鍵〉提過的，Maria Martinon-Torres 等人在 2011 年發表的評論），基因組的結果卻告訴我們與粒線體相當不同的結論：這種未知古人種的基因組，親緣上和尼安德塔人比較接近，反倒與智人較為疏遠[2] [3]。
尼安德塔人、丹尼索瓦人，與智人三者，細胞核 DNA 間的親緣關係。圖／改編自 ref 2
天啊！丹尼索瓦人到底是誰？
一套基因組，幾顆大臼齒，其餘通通未知
一百多年來，考古學家曾發掘無數的化石，定義許多已經滅絕的古代人種，建構出一棵人類演化樹。近期才出現的古代 DNA 技術，透過研究遺骸中的 DNA，讓我們能認識古代人種在型態以外的資訊，但過往所有的例子，都是用化石型態來定義物種，丹尼索瓦人卻是史上第一個，對型態特徵完全沒有概念之下，只憑 DNA 就得知的新物種，這不但是古代 DNA 的大勝利，也開創了古生物研究的新紀元。
不過嚴格說起來，由於帕波出名的不喜歡學名或物種這類概念，丹尼索瓦人並沒有正式的學名，不能算是明確的物種，提到時就是直稱「Denisovan」。
左邊是 2 個相隔數萬年的丹尼索瓦人牙齒，彼此形態類似，右二是尼安德塔人，右一是現代的智人。以第三大臼齒來看，丹尼索瓦人的尺寸大概比智人和尼安德塔人更大一倍半。圖／取自 ref 4
得知丹尼索瓦人的 DNA 後，若在別的化石見到一樣的遺傳特徵，就可以判斷那個樣本也屬於丹尼索瓦人。與丹尼索瓦基因組一起發表的，還有由一顆臼齒取得的粒線體 DNA。已知的事實是，丹尼索瓦人在百萬年內才與尼安德塔人分家，這顆臼齒卻相當獨特，假如它是第三大臼齒（也就是我們的智齒），那麼它的大小比起百萬年內，幾乎所有已知的古代人種牙齒都要更大；即使它是第二大臼齒，相比之下個頭沒有特別大，它也具備從未在任何化石中見過的型態特徵。
換句話說，我們至今對丹尼索瓦人型態上唯一的認識就是，他的牙齒獨一無二，不符合任何已知人種。今年發表的研究，又獲得第 2 個屬於丹尼索瓦人的臼齒與其粒線體 DNA，而且比之前 2 個樣本更早 6 萬年左右，這證實丹尼索瓦人特殊的牙齒型態，至少在阿爾泰地區存在數萬年之久[4]。
比尼安德塔人更多人
有了 3 個丹尼索瓦粒線體 DNA，可以稍微估計遺傳多樣性。丹尼索瓦人之間，最多差異是 86 個核苷酸，相比之下，目前智人彼此間最大差到 118 個核苷酸，而從阿爾泰到歐洲的 7 位尼安德塔人之間，最大差異是 51。這個結果表示三者之中，智人的遺傳多樣性與潛在的族群大小最大，丹尼索瓦人居次，尼安德塔人最低。
丹尼索瓦洞穴的位置。圖／改編自 The Geopolitical Realities of Eurasia
來自非洲、人口爆炸的智人，族群最大不意外，但尼安德塔人不如丹尼索瓦人就有趣了。只在單一地點發現過的丹尼索瓦人，已知的遺傳多樣性，竟然已經超過由歐亞大陸西部各地取得的尼安德塔人，這暗示丹尼索瓦人的族群分佈範圍也許曾經相當廣泛，人口更甚尼安德塔族群。
遺傳物質一清二楚，外形只知道牙齒長的特殊；粒線體與細胞核 DNA 的來歷完全不同；型態上幾乎毫無資訊，唯一已知的特徵還不符合百萬年來任何已知化石的古代人種，人口竟然可能比鼎鼎大名、遍佈歐亞西方的尼安德塔人更多。以上並列的事實怎麼看都有股違和感，但丹尼索瓦人，就是這樣一種充滿各種違和感的生物。
他是尼安德塔人，卻有丹尼索瓦型粒線體
西班牙的胡瑟裂谷（Sima de los Huesos）有批 43 萬年前的化石，具有部分尼安德塔人，也有一些海德堡人的特徵，有些學者根據型態判斷，他們可能處於海德堡人演化為尼安德塔人的初期階段[5]。胡瑟裂谷化石中的粒線體 DNA 已經被成功取得，至今仍是最古老的人類 DNA，而且沒人料到，這 43 萬年前的粒線體，DNA 序列竟然更接近丹尼索瓦人，而不是尼安德塔人[6]。
尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人，與胡瑟裂谷人四者，粒線體 DNA 間的親緣關係，與估計的分化年代。圖／改編自 ref 6
今年的新研究再接再厲，從胡瑟裂谷化石的另外 4 個樣本中，獲得少少的粒線體 DNA，更重要的是，還從其中 2 個樣本取得一些些細胞核 DNA。結果相當有趣，所有樣本的粒線體 DNA 片段都更接近丹尼索瓦人，與之前的結論一致；然而源自細胞核的 DNA，卻明顯更類似尼安德塔人，符合胡瑟裂谷人屬於早期尼安德塔分支的推論[7]。
尼安德塔人、丹尼索瓦人、智人，與胡瑟裂谷人四者，細胞核 DNA 間的親緣關係，與估計的分化年代。圖／改編自 ref 7
根據基因組的差異，目前對尼安德塔人與丹尼索瓦人分家年代的估計，大約是在 38.1 到 47.3 萬年前這段期間，而智人與這兩者則是距今 55 到 76.5 萬年[8]。胡瑟裂谷化石的基因組更接近尼安德塔人，意謂胡瑟裂谷人在世的時候，也就是 43 萬年前，尼安德塔人與丹尼索瓦人在遺傳上已經分開，符合分子演化的估計。
充滿各種矛盾的丹尼索瓦人，仍活在你我體內
可是為什麼胡瑟裂谷人，細胞核內的基因組是尼安德塔人，長得也像尼安德塔人（當然我們不知道丹尼索瓦人長怎樣，但至少牙齒不像），粒線體卻接近丹尼索瓦人？較早的兩大推論，一個是初期的尼安德塔族群有 2 種粒線體共存，後來才各自分化為尼安德塔人與丹尼索瓦人；另一個是有種未知的古代人種，與胡瑟裂谷人和丹尼索瓦人有過情慾交流，將粒線體傳遞給他們。（寫過必留下證據！〈最古老的尼安德塔人DNA？〉）
不過新的論文提出了又一種論點：或許尼安德塔族群本來配備的粒線體，其實跟丹尼索瓦人一樣，但他們之後與某種未知人種間有了情慾交流，接受新的粒線體，我們熟悉的「尼安德塔粒線體」反而才是遺傳交流的產物。智人與尼安德塔人的粒線體 DNA 大約分開 44 萬年，比雙方基因組分家的時間更短，從年代研判，若是真的有個貢獻粒線體給尼安德塔人的「未知人種」，他在遺傳上應該跟智人會比較接近。
這些推論每個都有道理，也都有難以自圓其說之處，只能說光靠現有的資訊，仍遠遠不足以回答問題。看到這裡，也許有些讀者會好奇，為什麼學界對丹尼索瓦人這種早已滅絕，又資訊短缺的古代人種如此感興趣？即使只論學術價值，在人類演化這領域，似乎還有不少其他有更多明確材料的主題可以研究。
深究丹尼索瓦人的一個理由或許是因為，他們是滅絕了，但丹尼索瓦人的 DNA，仍然活在許多現代人的體內。
To Be Continued……
參考文獻：
- Krause, J., Fu, Q., Good, J. M., Viola, B., Shunkov, M. V., Derevianko, A. P., & Pääbo, S. (2010). The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature, 464(7290), 894-897.
- Reich, D., Green, R. E., Kircher, M., Krause, J., Patterson, N., Durand, E. Y., … & Pääbo, S. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature, 468(7327), 1053-1060.
- Meyer, M., Kircher, M., Gansauge, M. T., Li, H., Racimo, F., Mallick, S., … & Sudmant, P. H. (2012). A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science, 338(6104), 222-226.
- Sawyer, S., Renaud, G., Viola, B., Hublin, J. J., Gansauge, M. T., Shunkov, M. V., … & Pääbo, S. (2015). Nuclear and mitochondrial DNA sequences from two Denisovan individuals. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(51), 15696-15700.
- Arsuaga, J. L., Martínez, I., Arnold, L. J., Aranburu, A., Gracia-Téllez, A., Sharp, W. D., … & Carbonell, E. (2014). Neandertal roots: Cranial and chronological evidence from Sima de los Huesos. Science, 344(6190), 1358-1363.
- Meyer, M., Fu, Q., Aximu-Petri, A., Glocke, I., Nickel, B., Arsuaga, J. L., … & Pääbo, S. (2014). A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos. Nature, 505(7483), 403-406.
- Meyer, M., Arsuaga, J. L., de Filippo, C., Nagel, S., Aximu-Petri, A., Nickel, B., … & Viola, B. (2016). Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins. Nature, 531(7595), 504-507.
- Prüfer, K., Racimo, F., Patterson, N., Jay, F., Sankararaman, S., Sawyer, S., … & Li, H. (2014). The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature, 505(7481), 43-49.
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。
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