1996年的某个深夜，我刚在床上睡下，电话就响了。那是我在慕尼黑大学动物学研究所实验室的研究生马蒂亚斯·克林斯（Matthias Krings）打来的。他就说了一句话：“那不是人类的。”

“我马上过来。”我嘟囔着，套上衣服，开车穿过整座城市来到实验室。那天下午，马蒂亚斯启动了我们的DNA测序仪，放入他之前提取和扩增好的DNA——这些DNA取自收藏在波恩莱茵博物馆的尼安德特人上的一小块肩胛骨。多年来我们得到过太多令人失望的结果，所以我并不抱太大希望。无论我们怎样提取，得到的十之八九都是自其出土约140年来渗入到骨头中的细菌或人类的DNA。但在电话里，马蒂亚斯听起来很激动。他真的提取到了尼安德特人身上的遗传物质？还是别抱过多期望为好。

来到实验室，我发现马蒂亚斯和拉尔夫·施米茨（Ralf Schmitz）在一起。这位年轻的考古学家曾帮助我们从存放在波恩的尼安德特人化石中取到一小块肩胛骨。当他们给我看一串从测序仪中得出的A、C、G、T序列时，这两人都情不自禁地笑了。我和他们以前都不曾见过这样的序列。

对于外行来说，这似乎只是一个由四个字母组成的随机序列，事实上，它们是DNA化学结构的简明表示，而作为遗传物质的DNA几乎存在于身体的每个细胞。DNA的双螺旋结构为人们所熟知，其中的两股链由核苷酸腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶组成，分别缩写为A、T、G和C。这些核苷酸的排列顺序储存着让我们身体成形并维持各项功能运作的遗传信息。我们所研究的特殊DNA片段是线粒体基因，即mtDNA，它经由母亲的卵细胞转递给后代。线粒体DNA的数百份拷贝都储存在细胞内的微小结构——线粒体中，并且这些DNA携带的特定信息对于线粒体的产能来说十分必要。我们每个人都只携带一种线粒体DNA，它只占了我们基因组的0.0005%。由于我们的每个细胞均携带着成千上万个同类型线粒体DNA的拷贝，所以特别容易研究。它不像我们携带的其他的DNA只有两份拷贝，一份来自母亲一份来自父亲，且均存储在细胞核内。截至1996年，我们已研究了几千份来自世界各地的人类线粒体DNA序列。通常这些序列会被拿来与第一个已确定的人类线粒体DNA序列进行比较，因而这个常见的参考序列可以用来编译列表，展示不同位置的具体差异。让我们大喜过望的是，从尼安德特人骨中得到的序列所包含的变化，不曾出现在之前研究过的数千份人类DNA序列中。我简直不敢相信这是真的。

每每得到激动人心或意想不到的结果时，我的心中便会充满怀疑。我会仔细检查所有出错的可能。也许有人用牛皮制成的胶处理了骨头的某个部位，所以我们才会在实验结果中发现牛的线粒体DNA。但是这种可能很快被否定了。我们立即检查了牛的线粒体DNA（已经由别人完成测序），发现两者之间存在非常大的差异。这个新的线粒体DNA序列显然非常接近人类的序列，但与已经测过的几千份人类DNA序列相比还是略有不同。我开始相信，这确实是首个提取并测序自一种已灭绝人类的DNA片段。

我们打开一瓶存放在实验室咖啡厅冰箱里的香槟。我们知道，如果我们所看到的真的是尼安德特人的DNA，那么自此便开启了无限可能。也许有一天，我们真的能比较尼安德特人和现存人类的所有基因或任何特定的基因。当我穿过漆黑静谧的慕尼黑走回家时（我喝了太多香槟无法开车），我简直不敢相信所发生的事情。回到床上，我辗转反侧无法入睡。我一直在想尼安德特人的事情，以及我们刚刚获得的那个线粒体DNA样本。

 

1856年，达尔文的《物种起源》出版的前三年，在杜塞尔多夫以东约10千米处的尼安德特河谷，工人在清理采石场的一个小山洞时，发现了一个头盖骨和一些骨头。他们认为这些骨头来自熊。但几年之后，这些遗骸被鉴定为来自一种已灭绝的人类。这是首次有人描述此类遗骸。此发现震惊了博物学界。多年来，关于这些骨头的研究一直在持续开展，并且发现了更多类似的骨头。这些研究想要知道尼安德特人是谁？他们是如何生活的？他们为什么在大约3万年前消失？在欧洲和尼安德特人共存的数千年间，我们现代的祖先与他们是如何互动的，他们是朋友还是敌人？尼安德特人是我们的祖先，抑或我们失联已久的表亲（见图1.1）？尼安德特人行为特征方面的迷人细节对我们而言并不陌生，如照料伤患、举行葬礼仪式，甚至创作音乐等。考古遗址的发掘结果告诉我们，相较任何现今的猿类，尼安德特人与我们更相像。那么，到底有多像呢？他们是否会说话？他们是否是人类家族演化分支中走入末路的一个物种？抑或是，他们的一些基因流传至今，现在仍隐藏在我们体内？这些问题都已成为古人类学的重要课题。可以说这个学科领域在那些骨头从尼安德谷发现之时便开始建立，而现在已经可以从那些骨头中得到遗传信息了。

这些问题本身就足够有趣。不过在我看来，尼安德特人的骨头片段会带来更大的惊喜。尼安德特人是现代人类最为近缘的已灭绝的亲属。如果研究他们的DNA，我们无疑会发现他们的基因和我们的非常相似。几年前，我的团队对黑猩猩基因组中的大量DNA片段进行了测序。结果表明，在我们人类与黑猩猩共有的DNA序列中，只有略高于1%的核苷酸存在差异。显然，尼安德特人肯定比这个结果更接近于我们人类。但是（这令人倍感欢欣鼓舞），我们在尼安德特人的基因组中找到的这些差异，其中一定有一些会将我们区别于早期的人类祖先。这些祖先不仅仅是尼安德特人，还有生活在大约160万年前的图尔卡纳男孩（Turkana Boy）、大约320万年前的露西（Lucy）以及50多万年前的北京人（Peking Man）。也正是由这些少数差异构成的生物学基础，使现代人类诞生之后又演化出了全新的行为模式，包括出现迅速发展的技术、我们如今所熟悉的艺术形式，以及目前已知的语言和文化。如果可以研究尼安德特人的DNA，那么我们便可以解开以上所有谜题。怀揣着这样的梦想（或幻想），我终于在旭日东升时进入梦乡。

第二天，马蒂亚斯和我都较晚才到实验室。检查完昨晚的DNA序列，确保我们没有犯任何错误之后，我们坐下来，计划下一步该做什么。从尼安德特人化石中得到一小段看起来有趣的线粒体DNA序列是一回事，但要让我们自己信服这是一个生活在（在如此特殊情况下）大约4万年前的人类的线粒体DNA，又完全是另一回事，更不用说让世界上的其他人都相信了。过去12年的工作经验让我清楚地知道下一步该如何做。首先，我们必须重复试验——不只是最后一步，而是所有的步骤，从提取一块新骨头开始，从而证明我们所获得的序列并非来自骨头中严重损坏和历经变化的现代线粒体DNA分子。其次，我们必须延伸线粒体DNA序列，这些序列是通过骨头提取物的重叠DNA片段而得到的。这样我们能够重建一个更长的线粒体DNA序列，从而开始估计尼安德特人的线粒体DNA与当今人类相比是多么不同。接下来的第三个步骤也是必需的。我自己经常要求，来自古老骨骼的DNA序列需要经由特别的证据证实——即在另一个实验室重复试验。在竞争尤为激烈的科学领域，这是一个不同寻常的步骤。我们肯定会因为宣称获得了尼安德特人DNA而被视为异类。为了排除实验室中未知的错误来源，我们需要与一个独立的实验室分享一些珍贵的骨头材料，并希望他们能重复我们的结果。我与马蒂亚斯和拉尔夫讨论了所有想法。我们制订了工作计划，并彼此发誓在研究团队之外，每个人对于这项研究绝对保密。在确定我们所获的结果真实无误之前，我们不想引起关注。

马蒂亚斯立即开始工作。他曾花了近三年时间试图从埃及木乃伊中提取DNA，不过均徒劳无果。这次前景看好，他信心满满。拉尔夫回到波恩后似乎有些沮丧，因为他只能在那里焦急地等待我们的结果。我试着专注于手头的其他项目，但我很难将马蒂亚斯在做的事完全抛于脑后。

 

马蒂亚斯要做的事情并非都那么容易。毕竟，我们处理的不是从活人血液样本中提取的完整而纯净的DNA。教科书中干净利落的双链螺旋DNA分子，其核苷酸A、T、G、C以两股糖-磷酸骨架互补配对（腺嘌呤与胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶）。当储存在细胞核和细胞线粒体之中时，DNA不是一个静态的化学结构，相反，DNA不断受到化学损伤、被复杂的机制识别和修复。此外，DNA分子非常长。细胞核中的23对染色体中的每一个都包含一个巨大的DNA分子。一组23条染色体全部加起来大约有32亿对核苷酸。由于细胞核有两份基因组拷贝（每份拷贝存储着一组23条染色体，分别继承自我们的母亲和父亲），所以细胞核中包含约64亿个核苷酸对。相较之下，线粒体DNA太小，只包含约16500个核苷酸对。但考虑到我们的线粒体DNA是古老的，因而测序的挑战极大。

无论是核DNA还是线粒体DNA，最常见的自发损伤都是胞嘧啶核苷酸（C）失去氨基，然后变为一个核苷酸；这个核苷酸不是DNA自然产生的，它被称作尿嘧啶（简称为U）。细胞中有酶系统。酶系统会去除这些U并替换成正确的C。丢弃的U最终成为细胞垃圾。通过分析随尿液排出的受损核苷酸，我们计算出每天每个细胞大约有1万个C变成U，这些都要被移除并加以更换。这只是我们基因组遭受的几种化学攻击之一。例如，核苷酸会丢失，产生空的位点并导致DNA分子链迅速断裂。在断裂发生之前，有些酶会填补丢失的核苷酸。如果发生断裂，其他酶会将DNA分子重新结合在一起。事实上，如果这些修复系统不复存在，我们细胞中的基因组连保持1个小时的完整状态都做不到。

当然，这些修复系统的运作需要能量供给。我们死后会停止呼吸，体内的细胞耗尽氧气，也就无法制造能量。DNA的修复一旦停止，各种损伤会迅速积累。除了活细胞中不断发生的自发化学损伤，一旦细胞开始分解，很多死亡后的损伤也会开始出现。活细胞的重要功能之一是保持酶和其他物质相互分离隔断。有些隔断中含可以切割DNA链的酶，这些酶对于某些类型的修复而言十分必要。其他隔断中含有可以分隔DNA与各种微生物的酶，这些微生物有的会进入细胞，有的会被细胞吞入。一旦生物体死亡并耗尽能量，隔断膜就会恶化分解，这些酶就会泄漏，并开始不受控制地降解DNA。死亡后的几小时到几天内，我们体内的DNA链被切割成越来越小的碎片，而其他各种形式的损伤也逐步累积。同时，当我们的身体无法维持原有的隔离细菌的屏障时，生活在我们肠道和肺部的细菌开始失控生长。这些过程将一起最终摧毁储存在我们DNA中的遗传信息——这些信息曾调控我们身体的形成、持续运转以及各项功能。历经完这个过程，我们便失去了彰显生物独特性的最后一道痕迹。从某种意义上说，我们的肉体已彻底死亡。

不过，我们身体中的几万亿个细胞，每个都几乎包含整套DNA。因此，只要身体的某个角落有一些细胞内的DNA逃过被完全分解的过程，那么就会留存下遗传痕迹。例如，酶降解和改变DNA的过程需要水才能运作。如果我们身体的某些部分在DNA降解之前就变干燥，酶降解和改变DNA的过程就会停止，我们的DNA片段有可能会保存很长时间。这种情况是可能发生的。例如，躯体存放在干燥的地方而变成了木乃伊。这样的全身干燥有时是意外发生的，取决于生命终结时所处的环境；也可能是刻意为之。众所周知，古埃及人经常将死者做成木乃伊。在大约5000至1500年前，为了能给他们的灵魂提供死后的栖身之所，数十万人的尸体被做成了木乃伊。

即使没有变成木乃伊，身体的某些部位，如骨骼和牙齿，可能在尸体埋藏之后长期保存。这些硬组织含有细胞，这些细胞位于用显微镜才能看到的小孔中，负责骨折后新骨的生成。当这些骨细胞死亡，它们的DNA可能外渗，并与骨头的矿物成分结合在一起，从而阻止酶的进一步攻击。因此，幸运的话，有些DNA可以避开身体死亡后的降解和损伤侵袭而残存下去。

但是，即使有些DNA在死亡后的身体乱战中幸存下来，其他进程仍会继续降解我们的遗传信息，尽管速度较慢。例如，来自太空的背景辐射不断冲击地球，进而产生了修改和破坏DNA的活性分子。此外，一些过程需要水的参与才能进行（如C失去氨基，生成U），即便DNA被保存在相对干燥的条件下，这些过程仍将持续。因为DNA有亲水性，因此即使在干燥的环境中，水分子还是会附于两股DNA链之间的沟槽中，让需水的自发性化学反应得以发生。C失去氨基（去氨基）是其中最快的过程，它会破坏DNA的稳定，并最终打破DNA链。大部分这样或那样的过程，仍然未知。它们会不断瓦解在细胞死亡浩劫中幸存下来的DNA。虽然破坏速率取决于许多因素，诸如温度、酸度等。但很清楚的是，即使在最好的条件下，使人之为人的遗传程式的残存信息终将被摧毁。那块经过我和同事分析的尼安德特人骨头，即便已经历4万年之久，所有这些过程还未完成终极破坏任务。

 

马蒂亚斯得到了一个序列长度为61个核苷酸的线粒体DNA。要做到这一点，他必须得到此DNA片段的多个拷贝。在这个过程中，他用到了聚合酶链反应（PCR）。为了证实我们的发现，他从重复初次所做的PCR实验着手。这个实验要用到两条很短的合成DNA片段，我们称之为引物（primer）。设计引物的目的是结合线粒体DNA的两个部位，并让61对核苷酸分开。这些引物与从骨骼中提取的少量DNA以及DNA聚合酶混合，这种酶能以引物为起点和终点，合成新的DNA链。加热这个混合物使两条DNA链解链，然后在混合物降温之时，A与T配对、G与C配对，引物便能与目标序列结合。酶会以引物与DNA链结合为起点，合成2股新链、复制骨头中原有的2股链，这样2股原始链便变成了4股。这样不断重复扩增，可制造出8股、16股、32股等，总共可重复三四十次。

美妙绝伦的PCR技术威力巨大，由特立独行的科学家凯利·穆利斯（Kary Mullis）于1983年发明。原则上一个DNA片段经过40个周期之后可获得约万亿份拷贝，这才使我们的研究成为可能。所以在我看来，穆利斯理应获得诺贝尔化学奖，而1993年他的确实至名归地得到了。然而，PCR的高灵敏度也使我们的工作变得困难。从一个古老的骨头中获得提取物，其中可能含有极少数幸存的古DNA分子，或者根本就没有，甚或是包含一个或多个现代人的DNA分子，而这些DNA分子会污染实验：它们可能来自我们使用的化学品、实验室的塑料制品或空气中的灰尘。在人类生活或工作的房间里，大多数尘埃颗粒中都含有人体的皮肤碎屑，而皮肤碎屑中都是满含DNA的细胞。另外，处理骨头的人，如博物馆的工作人员或挖掘人员，他们的DNA也可能污染样品。正是基于这些方面的考虑，我们选择研究尼安德特人线粒体DNA中差异最多区域的序列。由于许多人的序列在这个特定的区域有所不同，我们至少可以知晓有几个人的DNA纳入了我们的实验之中，并觉察出其中的差错。这就是为什么我们看到一个前所未有的DNA序列变化会如此兴奋。如果序列看起来与当今人类相似，我们无法确定这到底意味着尼安德特人与当今人类的线粒体DNA确实是相同的，抑或是我们找到的只是隐伏于某处（如一粒尘埃）的当今人类的线粒体DNA片段。

我对污染这事太了解了。我从事古DNA的提取和分析方面的工作超过了12年。古DNA主要来源于那些已灭绝的哺乳动物，如洞熊、猛犸象以及大地懒等。得到一连串令人沮丧的结果（在所有用PCR分析的动物骨头中，几乎都检测到了人类线粒体DNA）之后，我花了很多时间思考和设计方法，把污染降到最小。因此，马蒂亚斯在一个保持得尤为干净，且与实验室其余部分完全分离的小实验室里进行所有的提取和其他试验，直到PCR的首个温度循环。把古DNA、引物以及其他必要的PCR组分都一齐放入试管中，并将试管密封起来，然后再将温度循环和随后的所有实验移至常规实验室进行。在洁净实验室里，每周都用漂白剂冲洗一次所有东西的表面；每天晚上都用紫外线照射实验室，以破坏尘埃中携带的任何DNA。马蒂亚斯进入洁净实验室之前必须通过一个前厅，他和其他人在那里穿上防护服、防护面罩、发网和无菌手套。所有试剂和仪器都被直接送到洁净实验室，研究所其他地方的任何东西都不允许带入实验室。马蒂亚斯和他的同事每天在洁净实验室开始一天的工作，而不是在我们实验室的其他地方（那里正在分析大量的DNA）。一旦进入实验室的其他地方，这些人当天就不许再进入洁净实验室。说得婉转一点，我对控制DNA污染已近乎偏执，且觉得理应如此。

即便如此，在马蒂亚斯一开始的实验中，我们还是看到了一些受现代人类污染的证据。在使用PCR扩增骨头中的线粒体DNA片段之后，他在细菌中克隆出了一批DNA拷贝——它们理应完全相同。他这样做是为了观察克隆出的分子中是否含有多种线粒体DNA序列。每个细菌中一段长达61个核苷酸分子的序列都会与一种名为质粒的载体分子结合，然后克隆出数百万个细菌。每个克隆均携带首个细菌包含的61个核苷酸分子的拷贝。所以通过测序大量克隆，我们能够概览分子群体中存在的DNA序列差异。在马蒂亚斯最初的实验中，我们看到了17个彼此相似或相同的克隆分子，它们与已知的2000多个现代人类线粒体DNA有所不同（我们加入现代人类的线粒体DNA进行比较）。但我们也看到其中一个序列与某个当今人类的序列相同，这清楚地表明污染的存在。污染也许来自博物馆馆员或骨头发现至今140多年来曾处理过它的其他人。

所以，为了重现原始结果，马蒂亚斯首先便要重复PCR和克隆。这一次，他发现了10个带有独特序列的克隆，这让我们兴奋不已。还有2个克隆应该来自现代人类。然后他用骨头再提取了一次，也做了PCR和克隆，得到了10个有趣的克隆以及4个看似是现代人类的线粒体DNA。现在我们很满意：我们的原始结果已经通过了第一项测试。我们可以重复结果，每次重复都能看到同样独特的DNA序列。

接下来，马蒂亚斯开始“沿着”线粒体DNA一鼓作气，用设计好的其他引物扩增与第一个片段有部分重叠的片段，而这个片段会进一步延伸到线粒体DNA的其他区域（见图1.2）。我们再一次从这些片段的部分序列中观察到从未在当代人类中出现过的核苷酸改变。在接下去的几个月里，马蒂亚斯扩增了13个大小不同的DNA片段，每个片段至少重复两次。要想解释这些序列谈何容易，任何一个DNA分子会因为各种各样的原因而携带突变：曾经的化学改变，测序错误，或者仅仅只是某个人的某个细胞中的线粒体DNA分子出现了罕见的自然突变。因此，我们使用了我先前研究古动物DNA时所采用的策略（见图1.2）。我们能在每次实验的每个位置上找到确切的共有核苷酸——就我们检测的大部分分子而言，该位置上总携带有特定的核苷酸（A、T、G或C）。我们也要求在两个独立实验中，每一个位置都是相同的。这是因为在极端的情况下，PCR可能只从一条单一的DNA链开始复制。在这种情况下，由于首次PCR循环中的一些错误，或特定DNA链的一些化学改变，所有的克隆会在同一位置带有相同的核苷酸。如果在一个位置出现两次PCR差异，我们就再重复做第三次PCR，观察哪种核苷酸会再次出现。马蒂亚斯最终用123个克隆的DNA分子拼凑出线粒体DNA变异最大的由379个核苷酸组成的序列。根据我们之前已经确定的标准，这便是这个尼安德特人生前携带的DNA序列。一旦有了这个较长的序列，我们就可以开始激动人心的工作：将它与现代人类存在的变异进行比较。

此时，我们将包含379个核苷酸的尼安德特人线粒体DNA序列与来自世界各地的2051个现代人的线粒体DNA序列进行比对。尼安德特人和现代人类之间平均存在28个不同位点，而现代人类彼此之间平均只存在7个差异。尼安德特人线粒体DNA与现代人类的差异是现代人类之间的差异的4倍。

接下来，我们想要寻找一切可表明尼安德特人线粒体DNA与现代欧洲人线粒体DNA更为相像的迹象。有人可能会很想找到这样的证据，毕竟尼安德特人曾在欧洲和亚洲西部演化和定居。事实上，一些古生物学家认为，尼安德特人是当今欧洲人的祖先之一。我们将尼安德特人的线粒体DNA与510个欧洲人的线粒体DNA进行比较，发现平均存在28个差异。接着我们将尼安德特人的线粒体DNA与478个非洲人以及494个亚洲人的线粒体DNA进行比较，他们的线粒体DNA平均差异也为28个。这意味着，以平均差异而言，欧洲人的线粒体并不比现代的非洲人和亚洲人的更接近尼安德特人。但也有人认为，尼安德特人遗传了一些线粒体DNA给某些欧洲人，因此这些欧洲人中的线粒体DNA可能更接近尼安德特人的线粒体DNA。我们进行了检查并发现，样本中最像尼安德特人的欧洲人线粒体DNA，存在23个差异；最接近尼安德特人的非洲人和亚洲人分别存在22个和23个差异。总之，我们发现尼安德特人的线粒体DNA不仅非常不同于全世界现代人类的线粒体DNA，且没有任何迹象表明，尼安德特人的线粒体DNA和现今某个欧洲族群的线粒体DNA有着任何特殊的关联。

然而，仅依据计算出的差异数目还不足以重建一段DNA的演化历史。DNA序列之间的差异代表了过去发生的突变。不过某些突变会更频繁地发生，并且DNA序列中的某些位置也更易发生突变。在DNA序列的演化史中，这些位置可能发生过不止一次突变，尤其针对那些更为频繁发生的突变。因此，为了评估这个特殊线粒体DNA片段的历史，我们需要用模型来模拟线粒体DNA如何变异和演化，并谨记某些位置可能发生过不止一次突变，因此会掩盖先前的突变。这番重建的结果可以用一张树状图来呈现。分支顶端的DNA序列是共同祖先的DNA序列，树上侧分支的连接点为古DNA序列（见图1.3）。当重建完这样一张树状图时，我们发现，现今所有人类的线粒体均可溯源到一个共同的线粒体祖先。

早在20世纪80年代，这一发现就因艾伦·威尔逊（Allan Wilson）的研究而为人所知。对于线粒体DNA而言，这一追溯结果早在预料之中。因为我们每个人都只有一种线粒体DNA，且无法与群体中的其他人交换线粒体DNA分子。线粒体DNA只能通过母亲传递，如果一位女性没有女儿，她的线粒体DNA血脉就会断绝，因此每一代中都有一些线粒体DNA血脉消亡。这也意味着，曾经一定有这么一个女人（所谓的线粒体夏娃），她携带线粒体DNA血脉，是当今所有人类线粒体DNA的共同祖先-但这纯属偶然，因为其他所有血脉自那时起都因为各种原因断绝了。

但是，根据我们的模型，尼安德特人的线粒体DNA没有回溯到这位线粒体夏娃，而是回溯到更早以前的现代人类的共同祖先。这一发现令人欣喜过望。毫无疑问，这表明我们的确已经找到尼安德特人的DNA片段；同时还指出，至少在线粒体DNA层面，尼安德特人和我们大相径庭。

我和同事一起用该模型估计尼安德特人线粒体DNA与现代人类线粒体在多久之前开始拥有共同祖先。这两种线粒体DNA的差异数目表明了它们之间的代际时间长短。相隔很远的物种的突变速率（如小鼠和猴子）会有所不同，但非常相近的物种之间（如人类、尼安德特人和类人猿）的突变速率很稳定。根据看到的差异，科学家足以估计出两份DNA序列最晚拥有共同祖先的时间。通过线粒体DNA中不同类型突变的速率模型，我们估计目前所有人类的线粒体DNA祖先（线粒体夏娃），生活在20万至10万年前，这恰好与艾伦·威尔逊及其团队的发现相吻合。然而，尼安德特人线粒体DNA和现代人类线粒体DNA的共同祖先则生活在大约50万年前，也就是说，比现今人类线粒体DNA的祖先（线粒体夏娃）还要古老3～4倍。

 

这个发现很棒。我现在完全相信，我们已经得到了尼安德特人的DNA，它与现代人类的DNA非常不同。然而，在公布这项发现之前，我们需要克服最后一道障碍：我们需要找到一个独立的实验室，重复我们所做的事情。这个实验室不需要确定所有379个核苷酸的线粒体DNA序列，只需要得到一个突变区域，这个区域携带有使尼安德特人与当今人类区别开来的一个或多个突变。这样才能证明，我们确定的DNA序列真的存在于骨骼之中，而不是漂浮在我们实验室里的一些奇怪和未知的序列。但是，我们能找谁帮忙呢？这是个微妙的问题。

毫无疑问，许多实验室都想参与这样一个颇具前景且吸引人眼球的项目。不过我们有风险：如果我们挑选的实验室不像我们那样努力减少污染和解决其他所有有关古DNA的问题，实验人员可能无法成功提取并扩增到相关序列。如果发生了这样的事，我们的结果会被认为是不可重复的，因而无法发表。我知道没有人能像我们这样，花大量的时间和精力在这类工作上，不过我们最终还是选择了美国宾夕法尼亚州立大学群体遗传学家马克·斯托金（Mark Stoneking）的实验室。马克曾在伯克利的艾伦·威尔逊实验室攻读研究生并做过博士后。我在20世纪80年代后期做博士后时就结识了他。他是发现线粒体夏娃的幕后功臣之一，也是现代人类起源的“走出非洲”学说的构建者之一。“走出非洲”学说认为现代人类于20万至10万年前起源于非洲，然后分散到世界各地，没有杂交便取代了所有早期人类，如欧洲的尼安德特人。我敬重他的判断和正直，也知道他是一个随和的人。此外，他的一个研究生安妮·斯通（Anne Stone），曾于1992～1993年间在我们实验室工作。安妮是一位认真且雄心勃勃的科学家，曾与我们一起从美国原住民的遗骸中获取线粒体DNA，所以熟知我们的技术。我觉得如果有人能重复我们的结果，非她莫属。

我联系了马克。正如预期的那样，他和安妮都很想试试，所以我们把拉尔夫给我们的最后一块骨头分给了他们。我们告诉安妮和马克，他们应该尝试扩增哪部分的线粒体DNA，这样他们将最有机会命中携带我们获得的尼安德特人序列特有突变的位点。但我们没有给他们寄送引物或其他试剂，只给了他们一块来自波恩的一直保存在一个密封管中的骨头。这种预防措施降低了污染从我们实验室传给他们的概率。我们也没有告诉他们尼安德特人线粒体DNA的特征位点在哪儿，并不是因为我不信任他们，而是因为我希望尽我们所能避免一切甚至是无意识的偏见。简言之，安妮必须合成引物，独立完成所有工作，且不知我们预期的结果是什么。我们用联邦快递给她寄送骨头之后，能做的就只有翘首以盼了。

通常来说，这些实验所花费的时间会比预期的长：因为公司没有在承诺的时间内提供引物；用来测试污染的试剂竟然有人类的DNA；重要样品等待测序时，操作测序仪的技术员生病了。我们望眼欲穿，静候安妮从宾夕法尼亚打来的电话。一天晚上，她终于打来了。从她的声音语调中，我立即知晓她并不开心。她从要研究的区域克隆了15个扩增得到的DNA分子，它们都像现代人类的DNA，事实上，很像我自己或安妮的线粒体DNA。简直当头一棒。这意味着什么？我们扩增了一些怪异的线粒体？我不敢相信是这样。如果这些线粒体来自一些未知的动物，它不会如此像人类的线粒体DNA。而且它与已研究的人类线粒体DNA之间的差异是现代人类之间差异的4倍，所以它也不可能来自异常人类。还有一种可能，即我们得到的序列是古DNA序列经化学改变并在同一位点持续受到攻击而形成的。然而，最后一种可能中的线粒体DNA序列看起来会是由未知化学过程改变的人类序列，而不是像一个从过去人类族谱中分支出来的序列。即便如此，为什么安妮无法找到和我们同样的序列呢？唯一合理的解释似乎是，安妮的实验中存在的污染比我们多得多——多到远超那些稀少的尼安德特人分子。我们能做什么呢？我们不可能再找拉尔夫，让他再给我们一块珍贵的化石，并寄希望于下一次实验会比第一次更成功。

或许，即使安妮的实验所受的污染更多，她也可以测序她那块骨头中的数千个线粒体DNA分子，从而发现一些与我们类似的罕见突变。但与此同时，我们开展实验，从而估计在用于PCR的尼安德特人骨提取物中，可以获得的尼安德特人线粒体DNA分子数目。结果证明，大约只能得到50个。相比之下，如粉尘颗粒这样的污染源，可能包含着数万个甚至几十万个线粒体DNA分子。所以这番大海捞针的工作很可能失败。

我仔细地研究了这个难题，不只是与马蒂亚斯讨论，还在每周的实验室会议上与从事古DNA研究的团队进行讨论。在我的职业生涯中，我发现与实验室的科学家们进行这种广泛的讨论非常有用。事实上，我觉得他们是我们获得成功的关键所在。在这样的讨论中，只局限于自己手头研究的人往往难以开创新的研究思路。此外，跟项目没有任何利害关系的科学家才能真正地检查结果，因为他们没有一厢情愿的想法；而参与其中的人喜欢自己的研究，且他们未来的科学生涯全依赖于此，因此很可能无法客观判断。通常，我在这些讨论中扮演的是折中的角色，我会从中选出看起来有前途的点子。

我们的会议又一次卓有成效。我们想出了一个计划，即要求安妮准备与现代DNA不完全匹配的引物，但该序列的最后一个核苷酸需改得与我们所推定的尼安德特人序列相匹配。这些引物不会（或很弱地）引发现代人类线粒体DNA的扩增，而是更容易扩增与尼安德特人类似的线粒体DNA。我们非常仔细地讨论了这个计划，尤其针对以下关键问题：如果她利用我们得到的序列信息制备引物，那么这是否可以被认定为独立重复了我们的结果。显然，倘若在毫不知情的情况下，安妮仍能得到与我们相同的序列，那再好不过。不过，我们可以告诉她合成尼安德特人的特有引物，此引物能够夹住另两个带有独特核苷酸的位点。我们不会告诉她这些位点的位置和个数，如果她找到了与我们发现相一致的独特核苷酸变异，那么我们便可以确信，这些分子确实来源于骨头本身。经过进一步讨论，我们一致认为这是一种真正合理可靠的方法。

我们告诉了安妮必要的信息，然后她订购了新的引物，我们则等待结果。这时已是12月中旬，安妮曾告诉我们，她打算在圣诞节期间飞到北卡罗来纳去看望她的父母。我显然不能让她取消行程，尽管我希望如此。近乎两周之后，电话终于响了。安妮已经从她的新PCR产物中测序到了5个分子，它们均含有我们在尼安德特人序列中看到的2个变异，而此变异很少或几乎没有出现在现代人类中。这让我们颇感宽慰。我觉得我们都应该在圣诞节休假。我们给在波恩的拉尔夫打了个电话，并转达了这个好消息。就像在慕尼黑的那些年，我依旧和许多野生动物学家到奥地利边界的阿尔卑斯山，在偏远的山谷中滑雪，庆祝新年。这一次，当我在壮观的峡谷滑雪时，我不禁构思起首篇描述尼安德特人DNA序列的论文。对我来说，我们将要描述的事情比现在周围陡峭的雪景更为壮观。

 

圣诞节后，马蒂亚斯再次和我在实验室里会面，我们坐下来撰写论文。有一个大问题，那就是应该把这篇论文投给哪份杂志？英国的《自然》，以及它的美国对手《科学》，均在科学界和大众媒体中享有极高的声望和知名度，显然两者都是不错的选择，但是它们都对论文长度严加限制。我想解释我们所做的一切细节，不仅是为了让世界相信我们的结果千真万确，而且还想推广我们提取和分析古DNA的艰苦卓绝的方法。

我与托马斯·林达尔（Tomas Lindahl）讨论了这一切。他是一名出生在瑞典的科学家，在伦敦帝国癌症研究基金会的实验室工作。托马斯是DNA损伤方面的知名专家，言语轻柔，可一旦确信自己是对的，就会毫不回避争议。1985年，我在他的实验室里花了六周时间研究古DNA的化学损伤，自此他就成了我的良师益友。托马斯建议我们把论文送到《细胞》，这是一份备受尊重且颇有影响力的期刊，主要刊登分子和细胞生物学方面的论文。如果把论文发表在这份期刊上，我们传递给社会的信号便是，古DNA测序是扎实的分子生物学，不是为了生产哗众取宠的结果。更重要的是，《细胞》接受长文章。托马斯给《细胞》的著名编辑本杰明·卢因（Benjamin Lewin）打了电话，咨询他的意见。因为我们的手稿长度有些超出《细胞》的惯常篇幅。卢因让我们提交文章，并说他会将其发送给专家，进行常规的同行评审。这是个很好的消息。我们现在有了充分的篇幅来描述我们的实验，并陈述所有令我们坚信得到了真正的尼安德特人DNA的论据。

今天，我仍然认为这篇是我最好的论文之一。文中除了描述我们重建线粒体DNA序列的艰辛过程，以及为什么我们认为这真的是尼安德特人DNA。这篇论文还摆出证据证明我们得到的尼安德特人线粒体DNA序列突变超出如今看到的突变范围，并暗示尼安德特人没有对现代人的线粒体DNA有所贡献。这些结论与艾伦·威尔逊、马克·斯托金以及其他人所提出的“走出非洲”人类演化模型兼容。正如我和同事们在论文中所述的：“尼安德特人的线粒体DNA序列支持以下观点：现代人类在非洲作为一个独特的物种出现，几无杂交便取代了尼安德特人。”

我们也试图描述所有能想到的注意事项。我们特别指出，就一个物种的遗传史而言，线粒体DNA仅提供了一小部分内容。由于它只由母亲传递给后代，所以只反映女性那一支的历史。因此，如果尼安德特人与现代人类杂交，只有当女性在两群之间往来过，我们才会发现线粒体DNA。但实际在最近的人类历史中，当不同社会地位的人类群体相遇并交往时，他们总会发生性行为，并产生后代。但是，关于男性和女性在该过程中所扮演的角色，人们通常存在偏见。换句话说，社会的主导群体往往是男性，而这样结合的后代往往留在母亲所在的群体中。当然，我们不知道在大约3.5万年前，现代人类来到欧洲并碰到尼安德特人时，是否也是按照这个模式交往。我们甚至不知道，在何种意义上而言，当时现代人类的社会主导地位能与目前在人类群体中所看到的群体组成进行比较。但很显然，仅研究女性方面的遗传，只能得到半部历史故事。

此外，线粒体DNA的继承方式也为研究带来了严重的限制。如之前所指出的，个体的线粒体DNA并不与另一个体的线粒体DNA交换片段。此外，如果一个女人只有儿子，那么她的线粒体DNA便会断绝。线粒体DNA的流传受到偶然因素的剧烈影响，即使一些线粒体DNA已于3.5万至3万年前的某个时候从尼安德特人传递给了欧洲早期的现代人类，它们也很可能已经消失。但是细胞核中的染色体就不存在这方面的限制：它们成对地存在于每个个体之中，其中一条染色体来自母亲，另一条来自父亲。当精子或卵子细胞形成，染色体会以舞蹈般错综复杂的方式断裂并重组，使得染色体中的某些片段进行交换。因此，如果研究某个人核基因组的几个部分，我们得到一群人的不同版本的遗传史。例如，尼安德特人所贡献的变异在某些部分中丢失了，但并非所有部分均如此。因此，通过寻找核基因组中的这些部分，我们可得到一幅不受偶然因素影响的人类历史图景。因此，我们在文中总结道，我们的结果“不排除尼安德特人给现代人类贡献了其他基因的可能”。但就手头的证据而言，我们当然倾向于支持“走出非洲”假说。

我们的论文经过同行评审和微小修改后，便被《细胞》接受并刊载。正如常见于所有顶级杂志的安排那样，《细胞》的编辑坚持，论文将于7月11日那期出版。他们准备了新闻稿，在此之前，我们不得对外谈论研究结果。论文发表当天，我飞到伦敦参加他们举办的新闻发布会。这是我第一次出席新闻发布会，也是初次成为媒体的焦点。令我惊讶的是，我乐于解释我们工作的要点，并尽最大努力阐述我们的结论和涉及其中的注意事项。这并不容易，因为我们的数据直接攸关一场在人类学领域持续争斗了十多年的论战。

这场战役源起于“走出非洲”假说。艾伦·威尔逊和他的同事们主要基于现代人类线粒体DNA的变异模式而提出此理论。起初，此学说遭到了古生物界的嘲笑和敌视。几乎所有的古生物学家当时都支持所谓的多地区模型，认为现代人类源自直立人，在各大陆或多或少地独立演化。他们认为如今的人类群体很早就开始以各自的分支分开演化：比如认为当前欧洲人的祖先是尼安德特人，以及更早期的欧洲古人类；认为目前亚洲人的祖先是亚洲的其他古人类，可追溯到北京人。然而，越来越多重要的古生物学家认为，“走出非洲”假说与化石记录和考古证据更吻合，这其中的有力捍卫者是来自伦敦自然历史博物馆的克里斯·斯特林格（Chris Stringer）。《细胞》邀请了克里斯参加新闻发布会，他宣布，我们得到的尼安德特人DNA对古生物学而言，就好比登月之于太空探索。我当然很高兴，但并不感到意外。更令我高兴的是，支持“另一方”的多地区学家也赞扬了我们的工作——特别是其中最喜欢表达强烈意见的密歇根大学的米尔福德·沃尔波夫（Milford Wolpoff），他在《科学》的一篇评论中表示：“如果有人能做到这一点，那一定是斯万特。”

总之，我被文章所引发的广泛关注所震惊。它出现在许多主要报纸的头版，全世界的广播和电视新闻节目也大幅报道。文章发表一周后，我大部分时间都在和记者通电话。自1984年开始从事古DNA工作，我已逐渐意识到，从理论上来说，我们重新得到尼安德特人的DNA是绝对有可能的。自马蒂亚斯打电话叫醒我，说他从一台测序仪中得到了一个不像人类的DNA序列起，时间已过去九个月了。因此，我已经适应了这个想法。但是世界上的其他人不一样，他们被我们的成就震撼。然而，当媒体平息下来后，我觉得我们需要反思。我得回顾一下引领此番发现的那些岁月，并思考下一步该何去何从。