韩白鲤，会挽雕弓 阅读原文 先说结论，其实尼安德特人和现代人之间是有生殖隔离的。 （文章略长，结论说明在文末） 用于基因测序的 3 根尼安德特人骨头 | 图源文献[1] 尼安德特人和人类混血的第一次报道源于 2010 年，德国马克斯·普朗克演化人类学研究所斯万特·帕博（Svante Pääbo）博士带领的团队发表论文A Draft Sequence of the Neandertal Genome[1]，完成尼安德特人基因初步测序，表明非洲以外的现代人体内包含 1-4%的尼安德特人基因。 后续有一系列研究不断细化混血的比例，比如 2017 年测得现代欧洲人体内有 1.8–2.4%的尼安德特人基因，而现代东亚人群体内的比例则为 2.3–2.6% [2]。 也正是通过这些研究，我们知道了尼安德特人曾经与现代人祖先有一段特殊的际遇。 不过也催生了疑问，两个物种之间怎么能混血产生后代？竟然没有生殖隔离？ 但是从另一方面说，难道混血就能说明尼安德特人和现代人没有生殖隔离么？ 要回答这些问题，我们要了解尼安德特人和现代人相遇的背景，以及混血背后的故事。 1.两次特殊的交汇[3] 10-13 万年前现代人祖先第一次走出非洲 | 图源文献[3] 现代人第一次走出非洲是在大约10-13 万年前，他们占据在近东地区生活，以色列的斯虎尔洞穴（Skhul Cave）和卡夫扎洞穴（Qafzeh Cave）都发现有 10-13 万年前现代人活动的遗迹。 但好景不长，现代人这次走出非洲的旅途似乎没那么顺利，他们遇到了南下扩张的尼安德特人。 在那个时候，尼安德特人早已统治着欧亚地区，分布范围从欧洲西部一直延伸到西伯利亚的阿尔泰山脉。 第一次走出非洲的现代人被尼安德特人打得节节败退，足迹在近东地区消失。 尼安德特人与现代人发生混血 | 图源文献[3] 大约在6 万年年前，现代人第二次走出非洲，来到近东地区；与此同时，尼安德特人的第二波扩散也来到了近东，比如以色列迦密山的卡巴拉洞穴（Kebara Cave）。 这次轮到尼安德特人倒霉了，不仅被现代人赶出近东地区，甚至遭遇灭绝之灾（这是另外的故事）。 但是在这交汇期间，尼安德特人和现代人发生了混血，时间大约是 4.9-5.4 万年前[4]。 这个时间是怎么确定的呢？ 或者说，尼安德特人的基因什么时候进入现代人的体内呢？ 染色体重组（注意深色染色体和浅色染色体的位置） 简单说下原理，在人类精子或是卵子产生过程中，会发生染色体重组现象，两个亲本的基因会发生大片段的交换。例如，现代人和尼安德特人混血生出一个女孩，那么这个女孩体细胞内的染色体（23 对）一半来自现代人，一半来自尼安德特人。 现在这个女孩要繁衍后代，她产生卵细胞的过程中发生染色体重组——来自现代人的染色体和来自尼安德特人的染色体交叉重组，可能导致一条染色体上前半段来自现代人，后半段来自尼安德特人。 随着持续混血的进行，尼安德特人 DNA 片段（黑色）被切割得越来越小 | 图源文献[3] 假设她与现代人继续混血，则再次发生染色体重组，这样一代一代持续下去，重组就像旋转刀片一样，把染色体上的尼安德特人基因切割成一个个小片段。 这个切割速率是相对固定的值，再通过测量现代人体内尼安德特人基因片段的典型长度，可以得知这个切割已经进行了多久时间，也就能倒推多久之前两个物种之间发生混血。 其实除了在近东地区发生混血，尼安德特人和现代人在欧洲也相遇过[5]，2014 年，帕博团队在研究罗马尼亚 Peştera cu Oase 出土的骨骼化石（编号 Oase1）时发现， Oase1 拥有高达6-9%的尼安德特人血统（注意这个数值，后文会再提到）！ 大致了解尼安德特人和现代人混血的背景后，我们进入正题，生殖隔离。 讲到这，可能你更纳闷了，按理说尼安德特人和现代人交汇混血产生后代，导致现代人体内含有尼安德特人基因，因此正说明了两个物种之间没有生殖隔离。 完美逻辑！ 没错，但是你忽略了一点，难道两个物种产生后代就能说明没有生殖隔离？ 熟悉生物学知识的你可能马上反应过来，合子后隔离！是的： 虽然马和驴能生骡子，但是骡子不能生育！ 虽然狮子和老虎能生狮虎兽，但是狮虎兽存活率低，雄性狮虎兽不能生育！ 因此，虽然尼安德特人和现代人能够混血，但是后代不…… 不对！我们现代人不是活得好好的，而且特能生！ 没错，但是你又忽略了一点，后代真的都活得好好的么？——毕竟死人是不会说话的。 2.被清除的尼安德特人基因 我们一直只关注“混血”，但是可能没有注意到混血的“比例”——2%左右。 这个数值代表什么含义呢？ 当一个种群迁徙到一个新的区域，与该区域其他种群交汇，哪怕只发生一点点杂交，后代混血的比例都将非常高。但是，在现代人的体内，尼安德特人的血统只占到 2%，这是非常低的比例。 这个发现最早由瑞士伯尔尼大学的劳伦特·埃克斯科菲耶（Laurent Excoffier）提出，他认为尼安德特人与现代人的混血后代，生育能力出现了问题[6]。 这是非常重要的一个点，说明了在自然选择过程中，尼安德特人和现代人的后代并不受“欢迎”（活得并不好！），换言之，我们体内的尼安德特人基因被自然选择不断清除。 而基因被清除的现象，恰恰就发生在与生育息息相关的区域上——性染色体 X。 尼克·帕特森（Nick Patterson）博士 2006 年的一项研究发现，人类与黑猩猩的 X 染色体的遗传差异非常之低，远远低于常染色体的差异，这是非常反常的现象[7]。 2015 年米克尔·舒尔普（Mikkel Schierup）博士发表了一篇论文，其中有个更重要的发现：在非洲以外的人群中，X 染色体上那些没有尼安德特人基因渗入的区域，在很大程度上也正是在人类和黑猩猩之间存在较小遗传差异的区域[8]。 这两个研究结合起来看，结论可能稍微有点绕，可以反过来理解。 打个比方，有赤橙黄绿青蓝紫 7 种颜色的气球，五彩缤纷；如果我们把赤橙黄绿青 5 种颜色的气球扎破，只剩下蓝紫 2 种颜色气球，那么色彩多样性就大大降低。 因此，由于包含尼安德特人基因的区域被自然选择清除（现代人体内相应区域就没有尼安德特人基因渗入），导致 X 染色体的遗传差异大幅减小（人类与黑猩猩的遗传差异自然也就小了）。 除此之外，还有另外的证据表明尼安德特人和现代人的后代生育能力下降。 当雄性混血个体身上有生育能力下降的迹象时，相应的致病基因一般会存在于生殖组织特别活跃的区域中，导致精子功能障碍。 演化生物学家达文·普莱斯格瑞弗斯（Daven Presgraves）据此断定，对比精子细胞和人体其他组织细胞，现代人精子细胞内异常活跃的基因中，尼安德特人的血统应该较低，这点最终也被证实[9]。 同样可以反过来理解，生殖细胞活跃基因中的尼安德特人血统被自然选择清除了，因此在现代人体内相应位置观察到的比例就很低。 3.杂交的隐患 为什么杂交混血会导致 X 染色体上的遗传变异大大降低呢？ 从各种动物的研究中可以得知，如果两个动物种群的差异足够大，它们杂交后代就会出现生育能力下降的问题。对于哺乳动物来说，这种现象在雄性身上更为明显，而且与生育下降相关的遗传因素都集中在 X 染色体上[10]。 这点与霍尔登法则（Haldane's rule）相契合。 1922 年，进化生物学家霍尔登(J. B. S. Haldane) 在他的论文[11]中写道： “When in the offspring of two different animal races one sex is absent, rare, or sterile, that sex is the heterozygous [heterogametic] sex.”（ 当在两个不同动物类群的后代中，出现一种性别不存在、稀少或不育情况时，那种性别即为杂合性染色体性别） “杂合性染色体性别”在人类体内表现为：雄性是杂合性染色体（XY），雌性则为纯合性染色体（XX）。 因此，霍尔登法则可以描述为：在人类后代中，男性更倾向不能存活或是不育。 当两个种群已经比较疏远，已经出现杂交后代生育能力下降的问题，但是他们还是发生杂交，就会出现强烈的自然选择——清除掉导致生育能力下降的遗传因素。 导致不育的基因集中在 X 染色体上，因此自然选择在 X 染色体上表现得特别明显。 很显然，自然选择更倾向保留具有现代人基因的后代，淘汰具有尼安德特人基因的男性后代，久而久之，X 染色体的遗传差异也被降低到一个反常的水平。 其实，不仅混血后代的 X 染色体基因出现问题，我们体内的其他尼安德特人基因，也不受自然选择的青睐。绝大部分功能性的基因组上，都出现尼安德特人血统被清除的现象；相比之下，那些几乎没什么作用的“垃圾”基因组上，尼安德特人的基因痕迹更重。 51 个古欧亚人的位置和年代图 | 图源文献[12] 2016 年的一项研究公布了过去 4.5 万年里 51 个欧亚人的古 DNA 全基因组数据[12]，在早期的样本中，尼安德特人的血统占比为 3-6%——回想一下前文提到的 Oase1，他的尼安德特人血统占比高达 6-9%。 现代人体内的尼安德特人痕迹随时间被抹去 | 图源文献[3] 随着时间的流逝，经过自然选择对尼安德特人基因的清除，它们在现代人体内的占比已经下降到约 2%左右。 4.末路挽歌 我在另一个回答中提过，尼安德特人可能起源于非常小的种群，有效人口（可生育）约为 3000 至 12000。此后他们一直保持着非常低的人口数量，估计全部只有数万人，生活在分散的孤立小群体之中。 他们基因组的遗传多态性大概只有现代人祖先的 1/4。一个物种的规模如此之小，在进化中可不是好事情，一些有害的突变很容易就在种群中扩散开来[13]。 尼安德特人在与现代人的进化序列分离后，积累了大量的有害突变，对他们自己来说，导致物种走向了末路；对混血的后代来说，则产生了负面的影响。 所以，虽然尼安德特人和现代人发生了混血，但二者在生物不兼容的道路上，已经走了太远，生殖隔离的积累已经让两个物种不再适合互相融合。 阅读原文
