2008-08-06

追溯人類的DNA足跡

 
雙週 四 出刊.2008.08.07
 
本 期 目 錄 簡介/舊報明細
追溯人類的DNA足跡
神奇的臍帶血
【轉開魔術方塊之秘】
全球糧食危機
世界上有些國家已經因糧食短缺而發生暴動!
最Hot科學 

追溯人類的DNA足跡

人類花費數萬年光陰才從非洲一路遷徙到南美洲最南端,如今DNA提供了有史以來最清晰的圖像,讓我們一窺其中究竟。

撰文/斯蒂克斯(Gary Stix) 翻譯/王心瑩

重點提要

■科學家透過骨骼、考古證據和DNA,追蹤人類遷徙的路徑。然而要找到古代遺物總是很困難。
■藉由比較各地現代人的DNA,我們可以判定在一個地方土生土長的族群生活了多久時間。
■最新的研究可以檢視一個個樣本的全基因組,從而將人類行經全世界的路徑繪製出來。這些研究結果也可描述人類的基因如何適應各地的食物、氣候和疾病。

奧薩瑪賓拉登的同父異母兄弟擁有一家開發公司,去年宣佈要建造一座橋樑,橫跨連接紅海與印度洋的曼達布海峽。這個極富野心的計畫若成真,非洲的人們將可經由這座全世界最長的橋樑前往麥加朝聖,且從數十公尺的高空重現人類歷史上最值得紀念的遷徙旅程:約在5~6萬年前,一小群非洲人(幾百或甚至幾千人)搭乘小船穿越這個海峽,再也沒有回頭。

我們無法完全參透那群人離開東非家園的原因,也許是氣候發生變化,或者曾經不虞匱乏的貝類消失了。但有幾件事是相當確定的:最初離開非洲的移民所擁有的身體與行為特徵(腦容積很大、具有語言能力)完全就是現代人類的特徵。從亞洲大陸(今天的葉門)出土的營地遺跡看來,他們在數萬年間跨越各個大陸與陸橋,一路遷徙到南美洲最南端的火地島。

科學家費盡千辛萬苦,收集到許多化石骨骼和矛尖之類的工具,當然能對這段遷徙歷程有比較深入的認識,但古代遺物總是太少,無法為如此久遠的歷史提供完整的圖像。過去20年來,族群遺傳學家開始能夠填補考古人類學記錄上的這塊空白了,在他們眼中,現代人類早期一路遷徙,彷彿留下一路的「遺傳麵包屑」可供追蹤。

人與人之間的DNA幾乎完全相同,也就是說,所有人的基因組都包含30億個核酸,這些「字母」有多達99.9%是相同的,但混雜其中的另外0.1%則是關鍵的差異所在。若是比較東非人和美洲原住民在這部份的差異,便可得出人類血統的關鍵線索,以及從一個大陸遷徙到另一大陸的確切過程。到了最近幾年,在遺傳學家眼中,只由父傳子或母系遺傳的DNA已等同化石證據;最新的研究更使科學家調整關注焦點,現在他們不只看少數幾段單獨的DNA,而是放寬視野,研究散佈在整個基因組裡的幾十萬個核酸。

廣泛掃描DNA的結果,已經為人類在全球的遷徙過程提供了空前精確的路線圖,有些研究甚至是近幾個月才剛發表。這項研究能為「現代人類起源於非洲」的說法背書,也顯示非洲是遺傳多樣性的儲藏庫,從而涓滴流出到全世界各個地方去。這棵遺傳親緣樹的根部是從非洲桑人開始,最後新生的分枝則是南美洲印第安人和太平洋島民。

人類遺傳歧異度的研究(可說是一種史學的全球定位系統)可追溯到第一次世界大戰,當時有兩位醫師研究駐紮在希臘第撒隆尼基的士兵,發現一種特定血型的出現率會依國籍不同而有所差異。1950年代,卡瓦利–斯福札(Luigi Luca Cavalli-Sforza)正式開始研究各個族群的遺傳差異,方法是檢視各自的血型蛋白,而這些蛋白質之所以不同,是因為製造它們的基因並不相同。

接著在1987年,美國加州大學柏克萊分校的肯恩(Rebecca Cann)和威爾森(Allan Wilson)發表了一篇開創性的論文,他們分析經由母系代代相承的粒線體(細胞裡製造能量的胞器)DNA後指出,人類所有族群都是20萬年前一位非洲女性的後代。媒體立刻以「粒線體夏娃」為頭條標題來報導這項發現(儘管以聖經人物為名,這個夏娃並不是第一個女性,只是她的血統一路傳承至今。)
推薦專欄 

神奇的臍帶血

臍帶血含有造血幹細胞與間葉幹細胞,可補充各類血球、骨細胞、結締組織等,當病患的這兩類幹細胞無法正常分化時,臍帶血移植就成了救命良方!

文╱徐英豪

隨著知名藝人代言與廣告的推波助瀾,儲存臍帶血似乎蔚為風潮;臍帶血幹細胞移植確實也陸續治癒幾個病例,例如今年4月,台大醫院透過臍帶血移植手術,將一名小女孩的臍帶血注入她患有地中海貧血症的哥哥,使他恢復正常造血功能。此消息讓許多病患對臍帶血充滿更多期待。然而,臍帶血真有這麼神奇?哪些人可能因臍帶血而受惠?

要了解臍帶血,首先要認識幹細胞:幹細胞依分化潛能分成「胚胎幹細胞」與「成體幹細胞」等,胚胎幹細胞是「原始、萬能」的細胞,為人體細胞的源頭,可以進一步分化成各種細胞;成體幹細胞只能分化某一種或某幾種相關類型的細胞,如皮膚幹細胞可以分化為皮膚細胞、肝幹細胞分化為肝細胞等(詳見科學Easy Learn網路版第3期)。

臍帶血裡含有造血幹細胞及少量的間葉幹細胞等,造血幹細胞能分化成血小板、紅血球及各種的白血球;間葉幹細胞則可分化為骨細胞、軟骨細胞、平滑肌細胞、心肌細胞等與結締組織。當病患體內的造血幹細胞或間葉幹細胞無法正常分化時,可藉由移植健康嬰兒的臍帶血幹細胞,治癒相關疾病。
目前很多惡性疾病的治療要靠骨髓移植,主要是依賴骨髓中的造血幹細胞,但由於患者中有1/3無法從別人身上的骨髓得到造血幹細胞,而且即使得到了也可能引起嚴重的排斥反應。1988年,美、法兩國合作以移植臍帶血幹細胞的方式,治癒一名先天再生不良性貧血的法國男童後,臍帶血的研究開始蓬勃發展。

臍帶血幹細胞造成的排斥效應(抗宿主反應)比成人的造血幹細胞小,主要原因是臍帶血的造血幹細胞比較原始,不易被人體免疫系統中的T細胞辨識,因此比較不會活化免疫反應。成體骨髓移植時,都必須先檢視人類白血球抗原(human leukocyte antigen, HLA)基因型是否相符,才能降低排斥的機率。HLA是在細胞膜上的蛋白質,它們的組成方式使每個人的細胞有不同特徵,因而可以讓免疫系統分辨「自我」與「非我」。而移植臍帶血對此要求較低,因此相較於骨髓移植,臍帶血配對與移植的成功率高了許多。

除了排斥問題,臍帶血中的幹細胞濃度高於其他幹細胞來源10∼20倍,分化能力也更好,因此成為相當具治療潛力的幹細胞。目前臍帶血幹細胞已可治癒數十種疾病,包括地中海型貧血、血癌、淋巴瘤、先天性免疫不全症候群、紅斑性狼瘡、黏多醣症等。

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活動訊息 

【轉開魔術方塊之秘】

『科學不簡單講座』

◎主講人
郭君逸 老師
台灣師範大學數學系助理教授

◎講座時間
2008年8月20日(週三)晚上7:30-9:00

◎講座地點
新竹科學園區科技生活館201會議室

免費參加•歡迎報名

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