群狼何时变成汪星人?

作者: 赛先生

来源: 《世界科学》杂志

发布日期: 2015-08-30

本文探讨了犬类的驯化历史及其与人类的关系,介绍了多位科学家在犬类起源研究中的不同观点和发现,强调了基因分析和考古学结合的重要性。研究者们通过共享样本和合作,力求揭开犬类驯化的谜团,尽管存在许多争议和不同的研究结果。

犬类是人类最早驯化的动物,早于所有的植物和其他动物。尽管该领域的研究进行了数十年,科学家们仍然争议纷纷,狼群到底何时何地变成了人类忠实的伙伴。史前以来,狗就一直帮助着人类。图中的狗狗正跟随着在西藏运送盐巴的牧民。

一只史前狗就要见到牙医了。雅顿·休姆-比曼(Ardem Hulme-Beaman),这位27岁身材瘦高的爱尔兰博士后带上白口罩,从纸箱里取出一个小小的、有着5000年历史的下颌骨。

他戴着手套的一只手,在一颗臼齿上轻轻地来回晃动,直到取下牙齿。这颗牙齿顶端参差不齐,表面泛着黄白色,但其根部却呈褐色,看起来脏脏的。休姆-比曼为钻机通上电,圆形锯片发出刺耳的声音钻上了牙齿。空气中有股头发烧焦的味道。博士后说:“这是个好兆头。说明里面还有DNA。”

过去六个月中,休姆-比曼周游世界,一直在寻找类似的古代犬类的骨头。他在俄亥俄州立大学的考古实验室中找到很多所需的标本。实验室里堆放着垒得高高的盒子里,有美国土著的手工艺品、装满灵长类动物牙齿的成排的塑料容器、各种各样的显微镜、卡尺和研究论文,在其中他找到几个鞋盒和烟盒,里面摆放着十几种犬类骨骼:头骨、股骨、下颌骨,以及椎骨。

这多少有些杂乱,看起来似乎更适合一个本身就比较零乱的领域。

犬类是人类最早驯化的动物,早于所有的植物和其他动物。尽管该领域的研究进行了数十年,科学家们仍然争议纷纷,狼群到底何时何地变成了人类忠实的伙伴。法国巴黎国家自然历史博物馆动物考古学家让-丹尼斯·瓦因(Jean-Denis Vigne)特别提出了犬类对人类史前史和动物驯化特征研究的重要性,他说:“这个领域竞争激烈,争议颇多。犬类与人类历史有着如此深入紧密的联系,大家都想有所了解。”

很快,人们就可能对这一切了如指掌。在两位科学家从犬类研究争论外围介入的前所未有的休战中,持不同立场的各方之间开始协同合作。在休姆-比曼和其他同行的协助下,各派研究者们共享样本、对上万个骨骼进行分析,并力求将多年的观点不合与意见分歧置之脑后。如果这些努力得以成功,那些原先的竞争者们将揭开人类这最古老朋友的历史,并同时揭开人类驯化史上最大的谜团之一。

查尔斯·达尔文率先打响了犬类研究战斗的第一枪。在1868年出版的《动物和植物在家养下的变异》一书中,他提出疑问,狗是从某种单一物种进化而来,还是来自于罕见的交配,或者是狼和豺的交配产物。随后,经过了几十年的推测,直到上世纪90年代末期,基因分析技术最终确定犬类的祖先是灰狼(两者基因的相似度达到99.9%)。但是,何时何地出现了进化的过渡一直是个谜。

1977年,科学家们在以色列北部一个距今1.2万年的遗址中发现了一具人类遗骸,其臂弯里有一只小狗,这表明犬类在中东地区已经受到驯化,这一时间之后不久,人类开始农耕生活。然而此后的发现,即俄罗斯洞穴和德国古代营地等地发现的头骨又将犬类的起源向前推了4000年。由此说明当人类还处于狩猎和采摘生活时,犬类已经在欧亚大陆与人为伴。

基因研究却将这一画面变得更复杂。1997年,对300多只现代犬和狼的一项基因分析发现了两者在基因方面存在的差异,该分析旨在利用这些差异来计算狗从狼祖先分化出来的时间。研究的结论是,可能早在13.5万年以前,犬类就已受到驯化。随后的研究则提出另一更近的犬类起源,时间是不到3万年前,但目前为止,起源的确切时间和地点仍然没有定论。

瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院遗传学家彼得·萨沃莱宁(Peter Savolainen)表示:“市面上出版了很多相关书籍,但它们所提到的起源完全不同。”上世纪90年代早期,萨沃莱宁在政府的一家法医实验室读研究生,他开始对犬类起源的问题发生了兴趣。他建立了世界上首个犬类基因数据库,并在两起未解的凶杀案中协助警察。

他在尸体身上发现了狗的毛发,通过在全世界收集到的100种犬类的基因材料,帮助警察确定了凶手所养狗的种类。

萨沃莱宁知道,人们利用DNA将非洲确认为现代人类的发源地,让他好奇的是,如果使用类似的方法,是否可以帮助他确定犬类的起源地。他说:“在我们有限的数据库里,我发现了一种模式。”东亚的犬种在基因方面更显多样,这表明它们的起源更古老。随着萨沃莱宁不断扩大他的数据库,他所发现的模式仍然存在。

2009年,他发表了一份对全球超过1500只狗的基因分析,结果显示犬类很可能在不到1.63万年前出现在中国长江流域的南方地区,那一时期正是人类从狩猎采摘生活向水稻种植的农耕生活过渡的时期。他的研究团队推测,这些早期的犬类或许依靠肉食生存。他说:“数据非常清楚明了。在我看来,基本问题已经解决。”

而对于加利福尼亚大学洛杉矶分校的进化生物学家罗伯特·韦恩(Robert Wayne)来说,事情并非如此。

韦恩是犬类基因学的知名前辈,早在上世纪80年代初期他便开始研究犬类基因,当时基因序列研究刚刚起步。和萨沃莱宁一样,他也对犬类的起源产生了兴趣。然而这两位研究者得出的研究结果完全不同,在十几年的时间里,彼此在论文和公开媒体上打起了口水仗。这主要因为韦恩认为研究现代基因本身就是错的。他说:“我们见过这样的画面,狗狗们住在家里,和我们一起散步。但现代的犬类与过去全然不同。”

他解释道,犬类通常会与狼以及来自其他地区,尤其是在中国的其他犬类交配,那些地区贯通主要商贸线路的交通有可能将犬种从欧洲、中东以及亚洲的其他地方带出来。他说,现代亚洲犬类中任何基因多样性可能就是犬类之间远距离交配的结果。“这就好比是,因为美国的人种基因存在多样性,就下结论说人类起源于美国。”相反,韦恩将研究重点更多集中在古犬类的基因,期望能够摸清犬类物种彼此相对孤立的时期。

2013年,他和同事们发表了迄今为止有关古犬类和狼的基因的最广泛分析结果。研究中,他们将来自亚欧和美洲大陆的18个犬类与狼的骨骼基因和来自全球的现代犬类与狼的基因进行比对,结果发现古犬类的基因与欧洲狼的基因最匹配,而且当代的犬类基因也与古狼的基因高度匹配。这一研究让团队得出结论,犬类起源于一种生活在距今3.2万年至1.9万年之间的欧洲狼群,现已绝迹。

这些早期犬类的胆固醇量与爱斯基摩狗非常相似,它们的狩猎能力和搬运重物的本事是生活在冰河时代的人类的福利,因为它们可以在寒冷的陆地上追捕猛犸象和其他大型猎物。

萨沃莱宁对此做出了抨击,在2013年发表于《纽约时报》的文章中,他认为此研究存在“地域偏见”,因为韦恩的团队并没有使用来自东南亚的研究样本。他说:“这就像你去研究人类的地理发源地,其中却没有来自非洲的样本。”韦恩对此做出回应,解释道他没有选择来自中国的古犬类样本,是因为中国没有古犬;他表示,其实这进一步对犬类起源于中国的说法提出了质疑。韦恩说:“我觉得我们之间是死路一条。我们没法彼此交流。”

争吵的不仅仅是遗传学家们。2009年,比利时皇家自然科学馆古生物学家米特耶·杰莫普雷(Mietje Germonpré)发文称,她在博物馆的档案里发现了一个罕见的头骨。尽管当初在比利时南部的戈耶洞穴中挖出这颗头骨的科学家将它定性为狼的骨骼,但根据杰莫普雷的测量工具,该骨骼属于一只狗。

碳同位素年代追踪显示,头骨可以追溯到3.2万年前,比其他目前已知的古犬类存在的时间还早的多,它应该可以最终确定犬类起源的时间和地点。

而批评声接踵而来,杰莫普雷的分析被认为“不成熟”“有误导性”。批评人士表示,这件标本和其他一些得到假定的古代犬类骨骼一样,可能仅仅是一个看起来有些奇怪的狼的骨骼。她回应道,此动物可能就是一只早期的犬类,但没有繁衍成今天的犬类,在原始的驯化过程中走了条死胡同。她叹息说:“这个领域的水太深。比史前研究的任何其他领域还要多事。”

接着登场的是格雷格·拉尔森(Greger Larson)和基斯·多伯尼(Keith Dobney)。两人上世纪90年代初期相识于土库曼斯坦,当时多伯尼和一支由多名英国考古学家组成的团队在一个早期的农耕村庄进行考古挖掘。拉尔森,刚刚从加州的大学毕业,初出茅庐,看上去默默无闻,戴着一顶棒球帽,穿着一双休闲鞋。

其他的考古学家,戴着松软的帽子,穿着看起来脏兮兮的裤子,用多伯尼的话说,“他们认为这个毛头小伙只不过是另一个美国预科生。”然而拉尔森很快让科学家们刮目相看,他机关枪式问了一系列尖锐的问题。多伯尼回忆说:“当时多少有些让人恼火,但他的热情感染了大家。”

几年之后,拉尔森在牛津大学攻读博士学位,而多伯尼回到阿伯丁大学,两人都在英国,于是开始合作。

他们都对猪的驯化过程感兴趣,这种动物和狗一样,在早期人类历史发展中起到关键作用,但它们的起源却迷雾一团。基于现代基因的初期研究结果显示,在好几个区域,人类已经独立驯化野猪。然而当他们将古代猪的基因与某种相对前沿的技术,即几何形态测量法,一起融入实验,他们发现漫长的动物交易和杂交历史引出了无数驯化事件,而人们知道的可能只有一两件。

几何形态测量方法包括对成千上万的骨头进行测量来弄清楚骨骼之间的个体差异。

“读到所有这些关于犬类起源的论文,我们真的觉得挺沮丧。”拉尔森说,他现在是牛津大学的进化生物学家,“我们觉得我们对猪的研究有些过头。”他认为韦恩没有精确地区分古代狼和古代狗的骨头,而且他的样本地域局限性太强。但他同时也挑出萨沃莱宁的问题,说他试图把现代基因当作透视历史的一扇窗户。“这样做就好比是一种颜色的一大锅西红柿汤。已经做好了,便无法退回去弄清楚用了哪些佐料。”

拉尔森和多伯尼希望能从他们对猪的研究中获得些启发,从尽可能广泛的研究地点,分析尽可能更多的样本,并将古基因分析与几何形态测量法结合起来。然而,要想做到这些,他们还需要大家齐心协力。有钱能使鬼推磨。尽管犬类研究在公众意识中显得有些异军突起,但它们并没有获得基金组织的特别关照。于是,很多科学家们只能把研究当作个人兴趣或辅助项目,从其他经费中挤点出来。

拉尔森和多伯尼在2012年向欧洲科研基金资助机构极力主张,申明犬类驯化在整个动植物驯化史上奠定了重要的一步。拉尔森说:“我们当时说,没有狗就不要去谈什么其他的驯化。就没有文明史。”此举果然奏效。两人一唱二合地筹到300万美金,然后开始招兵买马。

“我们和其他研究者说,我们准备做犬类驯化研究。我们有经费。想拉你们上船。”拉尔森回忆道。他的个性帮了大忙。“大家都喜欢他。人们并不把他当作竞争对手。”多伯尼说。拉尔森也放下自己的架子。“我告诉大家,作为论文的作者我根本不在意自己的位置,我只想把论文写出来。”到2013年底,拉尔森和多伯尼已经招募了15名合作者,其中包括韦恩、萨沃莱宁和杰莫普雷。

12月,在为期两天的会议上,他们重磅推出了项目的详情。多伯尼回忆说:“你能感觉到会场的紧张气氛。”但拉尔森缓和了当时的局面。他说道:“凡事如桥下流水都会过去。我们都该有所担当。”萨沃莱宁有机会接触新的数据,对研究非常着迷。他说:“总是有很多东西需要我们学习。”韦恩很激动可以分析更多的样本。他说:“格雷格赢得了很多人的信任和信心。这需要真本事。”目前,他们已经开始对成千上万块骨骼着手研究了。

我们再把话题转回俄亥俄州,休姆-比曼正在对第二颗犬齿钻孔,但这一次他似乎有些紧张。这颗牙齿有一条细如发丝的裂痕,他担心钻的过程中牙齿会开裂或破碎:珍贵的基因样本就在钻出的碎末中消失,一件无可替代的博物馆标本就此受到破坏。但休姆-比曼是幸运的,钻孔结束擦去牙根的粉末,剩余部分完好无损。休姆-比曼将牙齿重新放回下颌骨中,并将牙根装入一个小的密封塑料袋,然后送到英国进行基因分析。

他兴奋地说:“这是它最好的归属了吧。”这位博士后作为犬类合作研究两位样本收集者中的一位,从他在阿伯丁大学的家乡开始,到其他的大学、博物馆、甚至私人收藏者家跑了11趟。

“我每两到三周就要坐一趟飞机或火车。”他介绍说。他探测了塞尔维亚的狼头骨,抱回了瑞典的犬骨,翻遍了华盛顿特区史密森尼博物馆的档案。多数的目的是扫描科学文献,与相关专家交谈,以及在专业和业余的考古学术会议上张贴海报。

他说:“书桌抽屉里深藏着巨多的资料。”休姆-比曼待在俄亥俄州是因为拉尔森从保罗·休利(Paul Sciulli),一位已经退休又听说了合作研究的人体人类学家,那里接到的一个电话。对方告诉拉尔森他接触到很多古印第安犬类,部分是他在一些意想不到的地方亲自挖掘出来的。休利拜访并检查了休姆-比曼的工作进展,他说:“有些地方你什么都发现不了。没有房子,没有村庄生活的痕迹。只有洞穴。就是人和狗。”

大多数的狗大小如比格犬,有些在主人的臂弯里一同下葬。“它们不是野生动物。他们是家庭的一份子。”以色列北部出土的距今1.2万年前的人骨和犬骨(左上角),这是人类与犬类关系的早期证据。

休利看到休姆-比曼如何接触另一个标本,谨慎地将一个菠萝大小的黄棕色头盖骨从一只塑料袋中取出。他把样本放在唱片大小的圆盘上,相机下连着一只多节的机械手。

接着他慢慢转动圆盘,每两秒钟按一次快门,照片的图像同时出现在旁边的一台笔记本电脑上。“我们想办法让电脑以为我们在绕着这个物体走。”他解释说。等圆盘转完360度,他已经按了超过200次快门,一个三维立体的头骨就出现在电脑屏幕上,旋转着展示每个凹处和裂缝,休姆-比曼到哪里都可以带着这个头盖副本。

如今,计算机实现了考古学家无法完成的事情:对颅骨进行几何形态学分析。

它可以作的成千上万次测量远远超过长度或宽度的层面,已经可以测出所需的真实形状:如眼眶的精确弧度,每颗牙齿的凸出和锯齿缺口。休姆-比曼表示,古基因可以告诉科学家一只动物的来源,但是只有这些形态测定数据才可以让研究人员了解它们的驯养过程,例如,当狼进化成狗后,鼻梁的棱角就会变得更尖。他说:“这是第一次,我们可以研究像在比利时戈耶洞穴中发现的那样奇怪动物的头骨,并且测量出它们到底有多奇怪。

它们是正在演变成狗的狼?还是它们只是比较罕见的狼?”

他表示,把基因分析和形态学测量两种方法结合起来,应该可以让合作研究者确定这些犬类的来源,以及它们出现的时间。休姆-比曼说:“考古学其实就是讲故事。我想我们很快就能讲一段精彩的故事。”这一天即将结束时,休姆-比曼收起他的手提电脑、研究样本,然后为下一站之行作准备,很有可能去土耳其伊斯坦布尔。

休利建议绕一下,说在克利夫兰有家博物馆,有着从当地挖掘的“成百上千的骨头”;他还说可以联系博物馆馆长。休姆-比曼看上去有些疲倦,但依然面带笑容。“太好了!”他说,“把他的号码给我吧。”拉尔森和多伯尼继续不断地打电话。他们的合作研究目前已有来自全世界各地的50位科学家,都是研究犬类、驯化史、动物考古学以及遗传学方面的专家。

拉尔森推测,研究小组至今分析的狼、狗和神秘未解的标本超过三千个,他希望小组在今年夏天能够提交第一篇论文。他说:“我真的一直被团队里每一个人所做的努力打动。我们比想象的还要志趣相投。”拉尔森满怀信心,研究工作将最终解开犬类驯化之谜,尽管一些专家对此并不确定。哈佛大学皮柏第博物馆动物考古实验室的主任理查德·梅多(Richard Meadow)提出告诫,仅仅用一堆数据并不能揭开谜底。

“你获得的样本越多,事情就变得越复杂。”休姆-比曼指出,即使现在有答案,可能会令一些合作者不快。尽管如此,先前有过交锋的阵营看起来似乎满怀希望。萨沃莱宁说:“我愿意接受不同的结果。如果我错了,那会有些让人尴尬。”他笑道:“但科学就是要找出真相。”韦恩对此表示赞同:“即使我们的结果与我的假设相悖,我也很开心。我就是要一个说法。

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