工業技術研究院

發現現代人繼承了尼安德塔人祖先的DNA，是21世紀演化科學最受矚目的成就之一。只不過，事情或許沒這麼簡單。

大家或許聽過一說：許多人都有一個「內在尼安德塔人」。意思是指，智人大約在4萬5千年前剛來到歐洲，巧遇濃眉又壯碩的近親尼安德塔人，一時天雷勾動地火，使得現在有些人帶有少量尼安德塔人的DNA。

這個DNA堪稱是21世紀人類演化研究最重要的發現，不但跟各種人類特徵與健康狀況有關，更為瑞典遺傳學家帕博（Svante Pääbo）一舉拿下諾貝爾獎。

但到了2024年，儘管這個理論廣為流傳，法國有兩位族群遺傳學家卻提出質疑。

當時都服務於圖盧茲大學（Université de Toulouse）的奇基（Lounès Chikhi）與圖納比澤（Rémi Tournebize），針對同一批基因組模式提出不同見解，認為問題出在，「內在尼安德塔人」論述的原始證據建立在一個統計假設：智人、尼安德塔人，乃至於他們的祖先，廣泛分布於非洲大陸，而且隨機交配。這樣等於是說，南非人與西非人或東非人繁衍後代的機率，和跟自己族群的人繁衍差不多。

然而，從考古、基因與化石的證據都可以看出，智人在非洲的演化過程中分散於幾個小群體，彼此被沙漠、山脈、文化相互隔絕，雖然偶爾會跨越這些障礙，但通常從自己人尋找伴侶。

這個現象有個專門術語，稱為「族群結構」（Population Structure），會造成基因在某個族群的傳播不均勻，高度集中在某些地方，其他地方完全沒有。

人類基因庫不像是一座奧運規格的泳池，而是有如串連成複雜網絡的幾個潮池，彼此連通的程度隨時間消長。為了從有限的資料中，得出通用原則，演化生理學過去長期倚賴「隨機交配族群」之類的假設，背後需要統計運算，但運算難度因為族群結構的現象而大幅地增加。

奇基最近跟我說，如果把族群結構納入考量，就還能以其他方法解釋為何有些人會有尼安德塔人的DNA，完全不需要跨物種性行為的存在。

「我認為，大多數物種的地理分布並非隨機，而且族群結構的形成方式複雜又各有不同。」奇基說。他研究族群結構超過20年，研究對象也涵蓋狐猴、紅毛猩猩與島嶼鳥類。「我們這個領域有個通病，就是無法把研究結果拿來和其他替代情境清楚比較。」 （帕博未回應本刊多次採訪邀約。）

奇基與圖納比澤的論點固然跟族群結構有關，但其實是對研究方法的扣問，亦即，現代演化科學如何運用電腦模型與統計技術，從大量遺傳資料理出頭緒。

對此感到憂心的科學家，不只他們兩個人。「大家以為真的很懂基因組如何演化，可以寫出精密的演算法還原歷史。」劍橋大學族群遺傳學家艾默斯（William Amos）說。他對「內在尼安德塔人」的理論多有批判，但補充說，這些模型「建立在簡化的假設之上，往往有錯誤」。
如果確定有誤，動搖的層面絕非只有這個演化謎題。

動聽的異種浪漫史

2010年，帕博的實驗室造就出堪稱奇蹟的成果。研究人員取得4萬年前的尼安德塔人骨骸，從細胞核中萃取出DNA。DNA在死後會迅速降解，但他們從3個不同個體身上取得足夠樣本，拼湊出完整尼安德塔人基因組的初步序列，涵蓋40億個鹼基對。

研究過程中，他們進行了一項統計檢驗，比對尼安德塔人基因組與來自世界各地5個現代人的基因組，結果發現，非非洲裔現代人有少數DNA跟尼安德塔人一樣（尼安德塔人在40多萬年前已從智人譜系分化出去），但這些DNA並不存在於非洲裔現代人，而跟人類血緣最相近的動物（亦即黑猩猩）也沒有。

帕博的團隊把這個發現解讀為：智人走出非洲後，遇到尼安德塔人，兩者發生有性繁殖。「尼安德塔人並未完全絕種。」帕博在2010年接受BBC採訪時說：「有些人體內還留有一點點他們的痕跡。」

這項發現本身已經意義重大，但更不容忽視的是，它推翻了過去的學術共識。早在10多年前的1997年，帕博曾經定序過數量少得多的尼安德塔人DNA，樣本是一種稱為粒線體的細胞構造。

研究團隊拿來跟智人粒線體DNA比對後，發現兩者之間存在不少差異，足以謹慎得出結論：這兩個物種「幾乎沒有或完全沒有雜交行為」。

2010年之後，兩者雜交的論點幾乎已成定論，又稱族群混合（Admixture）。《科學》與《自然》等頂尖期刊以「內在尼安德塔人」為主題，發表一篇又一篇研究報告。有些科學家認為，如果少了尼安德塔人的DNA，智人根本無法適應歐洲與亞洲的寒冷環境。

其他研究團隊沿用帕博的技術，或研究亞洲一支已經絕種的古人類丹尼索瓦人（Denisovan），或研究非洲一支神秘的「幽靈譜系」，從中找到雜交的遺傳痕跡。生物學家也以類似的檢驗方法，在黑猩猩與倭黑猩猩、北極熊與棕熊，乃至其他各種動物之間找到雜交證據。

「內在尼安德塔人」的假說也逐漸牽涉個人層面。諸多研究認為，尼安德塔人DNA與許多病症有關，包括酗酒、氣喘、自閉症、過動症、憂鬱症、糖尿病、心臟病、皮膚癌、新冠肺炎等。

有些研究人員認為，尼安德塔人DNA影響了人類的髮色與膚色，也有些專家提出「尼安德塔分數」（NeanderScore），以此評估一個人的頭骨形狀與思覺失調症指標的出現率。像23andMe這樣的商業基因檢測公司，也開始向消費者提供尼安德塔人血統報告。

面對我們自己的缺陷與基因宿命，內在尼安德塔人成了我們的藉口：要怪就怪那個躲在我細胞裡頭的戽斗穴居人！科普節目「Radiolab」主持人納瑟（Latif Nasser）患有同樣與尼安德塔人基因有關的克隆氏症（Crohn,s disease），當初發病住院時曾說：「我腦海中一直浮現小小尼安德塔人的畫面……他們一直在戳我，從我身上抽出一滴一滴的血。」

「大家變得相信這些說法。」奇基說：「我們的論點會影響大家如何看自己。」

過度簡化的陷阱

20世紀初，族群遺傳學家為演化生物學建構理論框架時，基因還只是一種抽象的遺傳單位，從豌豆與果蠅的實驗推論而來。族群遺傳學的理論發展迅速，比資料累積速度快許多，導致許多以數據為依歸的科學家嗤之以鼻，認為演化研究無非是自圓其說，建立在未經驗證的假設與先入為主的觀念。

到了90年代，基因不再只是抽象概念，而是經過定序的DNA片段。拜基因組定序之賜，演化研究有了化學家或物理學家都能信服的硬數據。

但基因組畢竟不是書，生物學家無法讀一讀就解析出演化史。演化過程的可能性幾乎無止盡，他們試圖從中判斷哪一種最有可能造成眼前少量基因組樣本的模式，因此需要建立簡化的演化運算模型。就這樣，演化研究從說故事走向統計學，從生物學走向電腦科學。

這樣的轉變正適合奇基。他從小就喜歡數學與科學，被可預測的規律與精確性吸引。他在1990年代中期踏入這個領域，當時正值首批大規模人類DNA研究出爐，讓學界長年爭論的人類起源有了答案。從DNA可知，非洲的遺傳多樣性遠遠高於地球其他地方的總和。

這批新證據證實了一點：現代人在非洲演化了數十萬年，直到最近10萬年才擴散至其他大陸。奇基的父母是阿爾及利亞移民，對他而言，這項發現強力挑戰了某些考古學家與生物學家的種族論點，也就是，人類因為起源地不同，所以出現根深柢固的演化差異。但有了DNA為證據，可以拆解、而不是強化這種有害觀念。

但是同時，對於大家習慣把DNA當成演化謎團的最終答案，他也保持戒心。早在1997年，帕博團隊只憑少量粒線體DNA，就排除智人與尼安德塔人雜交的可能，讓奇基看了很詫異。他認為，粒線體找不到尼安德塔人的DNA，並不代表這個DNA不存在於智人基因組的其他地方。

2000年代，奇基從自身研究目睹歷史現實與演化模型的落差。

首先，雖然模型設有隨機交配的假設，但他研究過的動物並不會如此。紅毛猩猩生活在高度破碎化的棲息地，可能的配偶數量相對有限，而雌鳥往往對雄鳥極為挑剔。

這些因素可能會干擾演化生物學家的傳統統計工具。科學家當時正開始採用一種數學技術，只以單一個體的基因組為樣本，推估該物種的歷史族群規模，結果顯示，許多物種的族群數量在演化歷史中急遽下滑。但奇基發現，數量衰退可能只是錯覺，因為科學家把某個結構化的族群當成是隨機交配而逐漸演化的族群，但這個方法可能誤判族群數量出現瓶頸，所有亞族群實際上都在成長。「這完全不符合一般認知。」他說。

也因為如此，帕博在2010年發表尼安德塔人基因組論文時，奇基固然對技術成就感到佩服，但同時對雜交的研究結論存疑。「我們太容易根據遺傳數據妄下結論了。」他說。帕博的論文提及族群結構也可能是原因，但並未追蹤研究。

就在幾年後，科學家艾力克森（Anders Eriksson）與馬尼卡（Andrea Manica）接續這個想法，建立一個納入簡單族群結構、同時明確排除族群混合的模型。兩人模擬50萬年前以來的人類演化，結果發現，這個模型產生的基因組模式，與帕博團隊解讀為雜交證據的模式一模一樣。

「對很多族群遺傳學家來說，運用結構化模型等於從舒適圈跳出一大步。」現任愛沙尼亞塔爾圖大學（University of Tartu）教授的艾力克森說。

奇基對這項研究印象深刻。「我當時還以為，人類演化的研究會開始把重點放在族群結構。」他說，結果沒想到是「內在尼安德塔人」的假說逐漸抬頭。科學家不斷開發新方法來量化雜交程度，卻鮮少檢驗族群結構是否會得出相同結果。看在奇基眼中，這樣不是科學，而是在說故事，就跟過去種族差異演化的某些論述沒什麼兩樣。

奇基與圖納比澤決定親自研究這個問題。「我對這個領域用的科學一向抱持懷疑態度，尤其是族群遺傳學。」現任法國國家永續發展研究院（French National Research Institute for Sustainable Development）研究員的圖納比澤說：「大家提出大量假設，使用的模型也太過簡化。」

根據2024年發表於《自然生態與演化》（Nature Ecology & Evolution）期刊的論文，兩人建立起一套人類演化模型，不再假設族群遍布非洲大陸且隨機交配，而是許多偶爾遷徙而有交集的小型族群。接著，他們讓模型跑起來，而且高達100萬次。

模擬結束後，他們保留了20種情境，這些情境的基因組跟智人與尼安德塔人的真實樣本最為接近，其中許多都出現長片段的DNA，跟其他學者聲稱只可能遺傳至尼安德塔人的DNA一樣。他們證實，其他科學家提議用來測量尼安德塔人DNA的若干統計指標，其實無法區分是族群混合與族群結構的結果。他們還發現，許多支持雜交論的模型無法準確預測人類演化的其他已知特徵。

「模型可能指出族群混合，預測出特定的遺傳多樣性，卻跟我們對人類多樣性的認知完全不符，但沒有人在乎。」奇基說。

既然如此，如果不是跨物種的激情演出，尼安德塔人的DNA又如何進入現代人體內？奇基與圖納比澤認為更可能的解釋是，尼安德塔人與非洲部分智人族群在至少50萬年前有一個共同祖先。帶有這些遺傳變異的智人族群當中，如果剛好也包含後來走出非洲的那批人，那麼這兩個人類物種在歐洲與亞洲相遇時，早已擁有共同的DNA，完全不需要發生性行為。

「遺傳資料的解讀本來就不簡單。」奇基說：「我們永遠必須做假設。沒有人能拿著數據憑空變出答案。」

擁抱不確定性

我訪談了6位族群遺傳學家，多數對奇基與圖納比澤的研究新意給予肯定，也認同他們的批判精神。「他們的論文讓我們進一步檢視所用的推論模型，也在考慮其他替代方案。」威斯康辛大學麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）族群遺傳學家拉格斯戴爾（Aaron Ragsdale）說。

他的個人研究也顯示出，非洲最早期的智人很有可能具有族群結構；也可能是這個原因，其他研究團隊才會認為某些基因組模式，是因為智人跟非洲古人類的一支「幽靈譜系」雜交。

然而，多數研究人員仍然相信，現代人與尼安德塔人在數萬年前很可能確實繁衍過後代。幾位研究人員指出，分析數千年前智人化石的DNA，裡頭的尼安德塔人DNA片段比現代人更長，正顯示有他們有相對近期的尼安德塔人祖先。（針對這個可能性，奇基與圖納比澤在研究中納入10名古人類的DNA，發現其中多數符合族群結構模型。）

哈佛大學族群遺傳學家瑞奇（David Reich）當年協助設計了帕博2010年研究的統計檢驗，婉拒此次採訪，但指出奇基與圖納比澤的模型「薄弱」且「太過刻意」。他並補充說：「有多項證據都表示，尼安德塔人以族群混合的方式進入現代人體內，可說是鐵證如山。」（同篇論文的另兩位作者格林（Richard Green）與帕特森（Nick Patterson）未回應採訪邀約。）

儘管如此，現在的多數科學家都樂見結構化模型的發展，也就是以空間分布為主，因為這類模型會考量一點：族群中的個體通常與附近的人更有親緣關係，而非遠方的人。

其他科學家也指出，隨機交配並非族群遺傳學中唯一值得檢驗的假設。物競天擇同樣能產生看似雜交的遺傳模式，但模型很少將這點納入考量。

另一個常見假設是，每個人的DNA突變率相同，而且一直不變。「所有理論都說突變率是固定的。」劍橋大學族群遺傳學家艾默斯說，但他認為，在大約4萬5千年前擴散至歐洲的智人族群中，突變率可能大幅減緩，這樣也可能產生某些基因組模式，被其他科學家解讀為與尼安德塔人雜交的證據。

重點並不在於，複雜的演化模型因為有許多變動因素，就一定比簡單模型更好。科學家需要化繁為簡，才能更清楚看見背後的運作過程。但簡化模型需要有假設，科學家也必須根據新知來重新檢視這些假設。

「隨著資料愈來愈多，才有理由建構更複雜的世界模型。」倫敦大學學院族群遺傳學家湯瑪斯（Mark Thomas）說。他曾撰文梳理隨機交配在族群遺傳學中的歷史，指出這個領域開始把隨機交配視為一項「限制性假設，而非簡化性假設」。

拿「族群結構」、「突變率」這些難懂的術語來聊人類過去，難免讓人洩氣。我們一方面正在研發強大的演化分析技術、收集龐大的數據，一方面卻要談論不確定性，似乎與科學精神背道而馳。這些工具往往能帶來全新的答案，卻可能限制我們能提出的問題。

法國考古學家斯里馬克（Ludovic Slimak）便曾批評，「內在尼安德塔人」的概念淡化了我們對尼安德塔人的印象，讓人愈來愈難想像他們的人性有別於我們。對許多年輕研究人員而言，研究尼安德塔人的DNA有意思多了，沒有興趣從考古與化石證據探討尼安德塔人的生活樣貌。

不執著於特定的演化論點，或許能夠更有空間驚豔於生命演化過程的錯綜複雜。這正是奇基與圖納比澤的期許。

畢竟，他們並不認為族群結構與雜交是二選一的問題，兩者很可能都在人類演化中發揮過作用。「我們的族群結構模型不見得代表族群混合從未發生過。」奇基與圖納比澤在論文中寫道：「研究結果顯示的是，即使確實發生過族群混合，現行方法目前也很難以判斷。」

未來的方法或許能釐清不同因素的影響，但奇基說，科學家也必須對自己的假設坦誠以告，並檢驗其他可能性。「觀察尼安德塔人與智人的族群歷史，有很多層面還存在大量不確定性。」他指出。

下次讀到「內在尼安德塔人」的相關報導，不妨把這點放在心上。這個DNA與某些疾病或許確實有關係，但相關研究如果不另外聲明這個DNA來自尼安德塔人，期刊還會發表嗎？ 每個說故事的高手都知道，性話題才有人看，這點在科學界也不例外。