康龍麗教授在指導(dǎo)學(xué)生進行人類基因樣本提純。記者 孫開遠 攝

康龍麗(左三)團隊合影。記者 孫開遠 攝

西藏民族大學(xué)研究生對采集到的血樣進行提純。記者 孫開遠 攝

人類遺傳關(guān)系示意圖。康龍麗制圖

漢藏語系演化示意圖(圖中數(shù)字為距今大致年數(shù))。康龍麗制圖

圖靈二進制是電腦的運行密碼。

遺傳基因是生命的運行密碼。

分子人類學(xué)領(lǐng)域很早就開始關(guān)注世居西藏各民族源流問題。

從上世紀80年代至今,國內(nèi)外多個科研團隊通過對相關(guān)遺傳基因的統(tǒng)計分析,對世居青藏高原民族源流問題做了研究,其中的主流觀點是:世居西藏各民族在史前時代來自東亞北方,與漢族和西南地區(qū)許多少數(shù)民族同源,并可能從東南亞和東亞進藏。

在已有研究的基礎(chǔ)上,西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部康龍麗團隊在做高原人群健康樣本分析研究的同時,也試圖回答有關(guān)世居西藏各民族源流的三個問題。

相關(guān)研究論文早前已在《分子學(xué)進化雜志》等國內(nèi)外專業(yè)刊物上陸續(xù)發(fā)表。

第一問:

從哪里來?

現(xiàn)在的人們到青藏高原有陸地和空中多條路線選擇,而史前人類又是從哪里走上青藏高原的呢?

為了找到更明確的答案,西藏民族大學(xué)康龍麗研究團隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代人類學(xué)教育部重點實驗室進行了世居西藏各民族37個Y染色體多態(tài)性位點的基因分型。

眾所周知,人類的基因存在于人體的細胞核和線粒體中,細胞核里有23對染色體,其中有一對決定人的性別。女性的性別基因被命名為XX染色體的組合,男性的性別基因被命名為XY染色體的組合。

Y染色體只能由父親傳給兒子,其基因片段相對較短,遺傳與變異遵循一定規(guī)律。以檢測Y染色體相關(guān)位點的遺傳變異規(guī)律,并以統(tǒng)計學(xué)分析計算現(xiàn)在生活在不同地區(qū)的人在一兩代甚至上萬代以前時間跨度上的遺傳關(guān)系以及在地域跨度上的聯(lián)系,是國際分子人類學(xué)界的常用方法。這個方法用于法醫(yī)學(xué)已經(jīng)10余年。所以,通過檢測Y染色體多態(tài)性來追蹤西藏自治區(qū)主要民族群體的起源遷徙和群體遺傳關(guān)系是最好的辦法。

目前,世界上已發(fā)現(xiàn)有20多種類型的Y染色體單倍型,被分別用A到Z命名,其中,被命名為O、C、D、N、P的Y染色體廣泛分布在東亞地區(qū)。進一步追溯,以上幾種類型的下游,標(biāo)記為O3*-M122、O1a*-M119、O2a*-M95、C*-M130、D*-YAP和P*-M35的Y染色體,在東亞群體中分布廣泛,遺傳變異類型多樣,其中包含了與東亞人類相關(guān)的起源和遷徙細節(jié)。

漢族和青藏高原各民族中普遍存在同一種標(biāo)記為O3*-M122的Y染色體。由于漢藏族群的成功擴張,這也是Y染色體O下游頻率最高、分布最廣泛的一個類型。

康龍麗研究團隊從西藏自治區(qū)各地采集了7個地區(qū)康巴、衛(wèi)藏、安多3個大方言區(qū)的藏族男性染色體樣本588份、僜人樣本120份,珞巴族樣本130份、門巴族樣本34份、夏爾巴人樣本87份、定日縣藏族樣本113份和工布藏族樣本104份。

經(jīng)檢測,藏族群體的Y染色體O、D比例占78.64%;夏爾巴人群體占95.41%;僜人群體占93.67%;珞巴族群體O、D比例占56.16%。在研究過程中,康龍麗團隊把目光投向O3*-M122下游的亞群,標(biāo)記為O3a3c*-M134和O3a3c1*-M117。通過對這兩類Y染色體單倍型的研究,能夠更清晰地追尋到世居西藏地區(qū)各民族的遷徙、擴散的信息。

研究發(fā)現(xiàn),O3a3c*-M134和O3a3c1*-M117在東亞、東南亞群體中平均頻率為25%-35%,而在青藏高原群體中的頻率從20.9%(那曲市藏族群體)到超過90%(僜人群體)不等;在中印東部交界地區(qū)的兩個藏緬語族人群中頻率分別為85%和76%,而在其他的印度和巴基斯坦群體中沒有發(fā)現(xiàn)。這說明,青藏高原的人群與南亞次大陸的人群在遺傳血緣上是完全不同的。

經(jīng)研究,復(fù)旦大學(xué)李輝團隊得出結(jié)論,漢藏語系起源于桑干河流域的磁山文化及上游大同境內(nèi)的前體人群,之后南北分化為仰韶文化和紅山文化。

在用統(tǒng)計分析方法,計算、比較了Y染色體O3a3c*-M134和O3a3c1*-M117在東亞一帶的頻率分布規(guī)律后,康龍麗團隊得出結(jié)論:

世居西藏的各個民族都有著這兩種主要類型,他們都來自新石器時代的中原地區(qū),遷入青藏高原喜馬拉雅山區(qū)可能有東、北兩條路線。東線是從四川省、云南省遷徙至喜馬拉雅山區(qū)域;北線是經(jīng)過青海省到喜馬拉雅山區(qū)域。

研究結(jié)果還顯示,在西藏自治區(qū)這5個世居人群中,珞巴族群體在遺傳關(guān)系上距離藏族群體近,而僜人群體跟羌語支群體和東南藏緬語族群體遺傳關(guān)系較近。這些民族,無論哪個,都是與漢族同源的漢藏語系民族。

第二問:

誰先來?

藏緬語族的各個民族大多可以追溯到中原的仰韶文化,在新石器時代晚期和青銅時代分數(shù)批從不同路線南遷,有些進入青藏高原。青藏高原居住著近20個民族,其中包括藏族、門巴族、珞巴族、僜人和夏爾巴人5個藏緬語族的世居人群。

從地理位置上看,青藏高原靠近中亞、西歐亞和南亞。史前時期,除了有東亞北方藏緬語族人群遷徙高原外,有沒有其他地區(qū)人類也遷徙到高原?在這5個世居西藏的群體中,遷徙順序是怎樣的呢?

在人體細胞核外,還有一種基因,遺傳學(xué)界將其命名為mtDNA,也就是線粒體DNA。作為細胞核外的遺傳物質(zhì)載體,線粒體具有在分子人類學(xué)研究中更特別的特征,因為它大小只有細胞核內(nèi)基因的四分之一,但突變率卻是其10倍以上, 只能由母親遺傳給子女,并只能由女兒傳下去。

與Y染色體類型相比,人類線粒基因則更加多樣,主要有近40種,被分別用字母和字符來標(biāo)記,其中東歐亞型有標(biāo)記為A、B、C、D、E、F、G、Y這幾大類。

康龍麗團隊收集了藏族、門巴族、珞巴族、僜人和夏爾巴人這5個藏緬語族的世居民族群體共計1005份線粒體樣本。根據(jù)線粒體序列和編碼區(qū)25個位點的分型信息,康龍麗研究團隊共觀察到62種不同的單倍群,分別采用了主成分分析和多維尺度分析兩種方法,考察了青藏高原地區(qū)人群與亞洲其他群體的關(guān)系,并得出了結(jié)論。

通過對西藏世居各民族群體的母系遺傳結(jié)構(gòu)分析,西藏自治區(qū)藏族群體母系遺傳成分也主要來自于東亞北方。

從線粒體DNA來看,藏族群體具有多重起源,以被命名為M62、A、C*、D*和M9*的單倍群為代表,曾被認為是藏族群體一個重要來源的中亞地區(qū),并沒有產(chǎn)生大規(guī)模遺傳貢獻。分析顯示,藏族群體與中亞群體的距離較遠,中間隔著北亞群體,故推測在母系遺傳上,藏族母系同父系同樣具有北方起源特征。在藏族群體各類型線粒體庫中也沒有發(fā)現(xiàn)高頻率南亞地區(qū)線粒體類型。

這說明,喜馬拉雅山在現(xiàn)代人群遷徙中起到極強的遺傳阻隔作用。

從線粒體研究結(jié)果來看,門巴族和珞巴族群體距離南方藏緬語族群體較近,而夏爾巴人群體距離北方藏緬語族群體較近。僜人群體介于南方藏緬語族群體和北方藏緬語族群體之間,處于距離西藏自治區(qū)其他藏緬語族群體較遠的另一側(cè)。這說明僜人群體在進化過程中可能存在與其他人群長期隔離,并存在某個人數(shù)較少時期。

研究還發(fā)現(xiàn),藏緬語族南方人群南遷的歷史更久,線粒體已經(jīng)積累了大量獨特的多樣性。門巴族和珞巴族與他們遺傳距離更近,說明他們到達現(xiàn)在居住地的時間更早。在世居青藏高原的5個民族群體中,門巴族和珞巴族比藏族和夏爾巴人更早踏上青藏高原。

第三問:

怎么適應(yīng)?

青藏高原平均海拔在4000米以上,稀薄的空氣會給人帶來不適——但世居西藏的各民族卻可以在這樣的環(huán)境下繁衍生息。

高原人群身體的高原適應(yīng)能力一直吸引著多國科學(xué)家進行研究。

遺傳學(xué)認為,高原低氧適應(yīng)可能是多基因相互作用的結(jié)果。通過比較世代居住在高海拔群體和低海拔群體,國內(nèi)外科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了包括南美洲安第斯人、東非的阿比西尼亞人和青藏高原各民族在內(nèi),在基因上存在不同方式的適應(yīng)性。

2019年,中國科學(xué)院青藏高原研究所、蘭州大學(xué)和德國馬普進化人類學(xué)研究所學(xué)者領(lǐng)銜的團隊在《自然》雜志發(fā)表研究成果。研究揭示,一件發(fā)現(xiàn)于青藏高原邊沿夏河縣的古人類下頜骨化石距今已有16萬年,屬于一個被稱之為丹尼索瓦人的遠古人類。這種古人類化石最早被發(fā)現(xiàn)于西伯利亞。

2020年11月,國家文物局召開的“考古中國”重大項目重要進展工作會上,科學(xué)家研究揭示,丹尼索瓦人曾長期生活在青藏高原。

有研究認為,世居西藏人群適應(yīng)高寒缺氧環(huán)境的基因EPAS1來自丹尼索瓦人。

國內(nèi)外學(xué)者還一致認為,標(biāo)記為EPAS1、EGLN1、HMOX2等9個基因,在世居西藏各民族中發(fā)生變異,有助于適應(yīng)高原缺氧環(huán)境。

西藏大學(xué)和美國凱斯西儲大學(xué)有關(guān)研究分別揭示了藏族人群血液一氧化氮在高原低氧環(huán)境中的鈍化調(diào)節(jié)機制,在加快血液流速的同時保護心血管系統(tǒng)不受到傷害。

線粒體是生物體的“能量工廠”,負責(zé)生命體的能量代謝。氧氣代謝是否與線粒體基因也有關(guān)系呢?

西藏民族大學(xué)康龍麗研究團隊采用二代測序法,對世居西藏5個民族的線粒體進行全測序分析,有了新發(fā)現(xiàn)。

夏爾巴人群體線粒體組成與藏族群體接近,存在M9a1a1c1b1、C4a3b1和A4e3a三個主要單倍群,其中C4a3b1、A4e3a為夏爾巴人所特有。這些線粒體的遺傳與變異和高海拔適應(yīng)有關(guān)。

夏爾巴人居住在喜馬拉雅山區(qū),以強悍的登山實力聞名于世。這兩個類型的線粒體相應(yīng)的兩個位點中,原來的G3745A突變?yōu)锳147T,T4216C突變?yōu)閅304H。這兩個突變,在能量代謝活動過程中一方面減少機體耗氧量,另一方面又使血液釋放氧氣能力得到增強,從而使機體盡可能充分利用現(xiàn)有氧氣。

如果把常染色體EPAS1、EGLN1等基因通過適量增加血紅蛋白濃度,增強機體攜氧量比作渦輪增壓發(fā)動機,那么線粒體C4a3b1、A4e3a基因減少氧氣消耗和提高利用效率的突變則是省油且熱效率高的發(fā)動機。

也就是說,到目前為止,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)夏爾巴人同時具備上述兩套適應(yīng)高原缺氧的遺傳機制。

生命密碼的復(fù)雜和奇妙,難以想像。