七天传媒:环球科技七天博览(2019年8月24日)

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【本期导读】

  • 世卫组织呼吁深入研究微塑料对健康影响
  • 塑料污染殃及北极水域
  • 德国科学家研发新验血方式可预测健康风险
  • 科学家开发出更安全的新型锂电池
  • 阿秒光源:一台捕捉电子运动的“相机”
  • 美国计划研发核动力航天器最快3个月抵达火星
  • 警惕!地球快没沙子了
  • 我们从哪里来?东亚人血统溯源

 

世卫组织呼吁深入研究微塑料对健康影响

世界卫生组织22日发布一份名为《饮用水中的微塑料》的分析报告,呼吁对自然环境中的微塑料及其对人类健康的潜在影响开展更多深入研究,同时还呼吁减少塑料污染。

报告说,微塑料在环境中无处不在,在海水、废水、淡水、食物、空气、瓶装水和自来水等来源中都检测到不同浓度的塑料微粒。

报告指出,虽然人体不大可能吸收粒径大于150微米的微塑料,估计对较小颗粒的吸收也有限,但对纳米颗粒等极小塑料微粒的吸收率可能较高,只是这方面数据目前还极其有限。

因此,世卫组织呼吁深入研究微塑料对人类健康的潜在影响,如开发检测水中微塑料的标准方法,以进一步确定淡水中塑料微粒的来源,以及不同处理方法的效果。

在目前相关研究有限的情况下,世卫组织建议供水部门等机构优先采取措施清除那些已知有健康风险的微生物病原体和化学物质,相关措施对于清除微塑料也能起到一定作用。比如,废水处理措施可以去除废水中90%以上的微塑料。此外,政策制定者和公众也应采取措施,尽量更好地管理塑料和减少使用塑料。

微塑料常指粒径小于5毫米的塑料微粒,但目前在科学上还缺乏严格定义。一般认为,微塑料本身含有的和吸附的有害物质会通过食物链累积,最终可能进入人体。(新华网)

 

塑料污染殃及北极水域

近日,美国领导的一个科学家小组在北极钻取的冰芯中发现了微小的塑料碎片。日益严重的塑料污染已至地球最偏远的水域,给人们敲响警钟。人类活动和洋流运动导致北极地区垃圾聚集,引发国际社会担忧。

北极塑料污染严重

瑞典“奥登”号破冰船7月18日搭载由美国科学家主导的一个小组,沿连接大西洋和太平洋的西北航道航行,展开为期18天的“西北航道”探险项目。研究人员乘直升机在浮冰上着陆,在兰开斯特海峡4个地点钻取18根最长2米的冰芯,其中肉眼可见不同形状和尺寸的塑料颗粒和纤维。

科学家认为,那些冰芯形成至少已有一年,这意味着污染物可能从更接近北极的水域漂浮到兰开斯特海峡。他们原本以为加拿大北极地区的这片孤立水域可能不会受到漂浮塑料的污染。

除了冰芯,北极的雪花中也被检测出大量微塑料颗粒。微塑料是指粒径很小的塑料颗粒,是一种扩散污染的主要载体。据英国广播公司报道,近日一项研究发现,即使在被视为世界上最后的“原始”环境之一的北极,每公升雪花中的微塑料颗粒也超过1万个。这意味着人们在北极地区也可能吸入空气中的微塑料。

这不是人们在北极地区第一次发现塑料污染。早在今年2月,据英国《卫报》网站报道,对加拿大北极地区利奥波德王子岛上的鸟蛋进行检测中,首次发现了比塑料更具有柔韧性的化学添加物质。

人为因素更为突出

北极地区为何存在如此多的微塑料颗粒还是一个谜。研究人员推测,一些污染可能是船只在冰面上摩擦造成的,一些可能来自风力涡轮机。德国和瑞士科学家8月14日根据取自北极、瑞士阿尔卑斯山和德国积雪样本发表的一项研究结果显示,在北极发现的大量微塑料有很大一部分很可能是从空中被带到那里的,微塑料被风吹到很远的地方,并在下雪时落下来。

人类活动造成了塑料污染,而洋流运动和水体交换则导致塑料污染范围的扩张。“北冰洋连接大西洋和太平洋的海域有重要的海上航道,比如格陵兰海、巴伦支海等。海上船舶通行排放的塑料垃圾从低纬度地区向高纬度地区漂流,最后聚集在海湾角,或者沉到洋底。”上海交通大学极地与深海发展战略研究中心主任薛桂芳在接受本报采访时分析,“洋流运动使漂浮在海上的塑料垃圾形成了一个传送带。北极环境比较特殊,处于这一传送带的末端,形成一个死角,所以容易聚集塑料垃圾。”

据法新社报道称,全球每年有超过3亿吨塑料产生,而海洋上漂浮着至少5万亿个塑料碎片。联合国估计,迄今为止已有1亿吨塑料倾倒进全球海洋。全球塑料污染的范围远比人们想象得更大,两极地区均出现了不同程度的塑料污染。

治污亟须全球合作

北极被称为地球的温度计,对全球气候和环境具有决定性作用。不仅如此,北极地区海洋污染还会直接对整个生物链造成威胁。

“有的塑料垃圾被海洋生物吞食后,会进入生物链不断循环。人类食用带有微塑料的海鲜后,微塑料会在体内留存下来,其潜在危害只有在人生病时才会显现。”薛桂芳对此表示担忧,“科学家证实,目前塑料已经存在于海洋生物链中。塑料污染的源头是人类活动,也将反作用于人类身上。”

人类已开始采取行动。今年,接任北极理事会轮值主席国的冰岛将把关注焦点放在包括塑料污染在内的北极海洋环境上,理事会下设北极污染物行动计划工作组。薛桂芳提到,目前北极理事会在积极讨论相关议题,未来有望制定限制塑料使用的相关协定,努力改善北极环境。

然而,北极地区的相关法规目前仍比较分散,没有像南极一样综合有效的生态环境保护体系。薛桂芳表示:“虽然各国正在积极采取相关措施限制塑料的使用,靠近北极的北欧国家也采取了更严格的措施,但仅依靠相关国家的努力远远不够,还需要国际社会的共同努力。”(人民日报海外版)

 

德国科学家研发新验血方式可预测健康风险

近日,德国的研究人员发现,通过一种新的验血方式,可以在一定程度上预测一个人在未来一定时间内的身体健康状况。研究团队称,这项研究可以提醒民众,以鼓励他们更健康地生活。

报道称,该团队在对44468个人进行血样分析后,取得了突破性研究成果。随后,研究者们对威胁人生命安全的14种潜在因素进行了分析,包括免疫力、血糖控制、炎症和循环脂肪等。

在实验期间,马克斯普朗克老龄生物研究所的研究人员,对数千名成年人的血液进行了分析。这些被研究对象的年龄在18至109岁之间。首先,他们对研究对象的BMI、血压、吸烟习惯等进行了测试。然后学者们使用了新式血液测试中的生物标记物进行分析。分析后,每个参与者都有一个得分,从负2到3不等。数字越大,一个人早亡的可能性越大。随后,研究小组对试验中预测的2至16年的寿命进行验证。结果发现,超过5512名参与者已经死亡。准确率为83%。

目前,医生可以尝试预测患者是否能活过明年,但预测患者在未来10年内的死亡风险则要难得多。研究人员希望这个发现将有助于专家对患者的治疗方案进行改善。

参与研究的迪伦博士说,通过化验的血反映的,只是当前健康和身体脆弱性的表现。事实上,这种血液测试并不能真正预测一个人能活多久,因为个人生活上的因素在同时发挥作用。如果验血表明一个的身体存在漏洞,通过改变生活方式,可能会活上双倍时间。

专家称这项研究是医学界迈出了令人兴奋的一步,但强调要使该测试用于实践还有很长的路。伦敦大学英国痴呆症研究所研究员赫斯雷格拉威博士表示,生物标记物可以让我们深入了解健康和疾病的发生情况。然而,它仅限于欧洲的数据。如果没有进一步研究,它可能不适用于其他种族群体。

 

科学家开发出更安全的新型锂电池

从笔记本电脑到割草机,锂离子电池正在为许多电器提供动力。但由于依赖易燃组件,锂离子电池在损坏时容易燃烧。如今,研究人员报告说,他们已经重新设计了这些电池,使其可以利用不易燃烧的材料。除此之外,新电池甚至可能比现有型号存储更多的电能。

锂离子电池包含3个主要部件——两个储电电极和将它们分开的液态有机电解液。在充放电过程中,电解液在电极之间来回运送锂离子,但这些电解液是易燃的。

近年来,研究人员尝试用固体电解质或不会着火的水基电解质取代这些有机电解质。但是,如果这些水基电池的工作电压超过1.23伏特(V)——这甚至低于1.5V的AA电池的工作电压,电极材料就会与水分子发生反应,将它们分解成氢气和氧气,这通常会导致爆炸。

然而,当研究人员将工作电压保持在1.23V的阈值以下时,最终电池存储的能量远远低于传统锂离子电池,后者的工作电压约为4V。

2015年,由马里兰大学帕克分校材料科学家王春生领导的研究团队报告称,他们开发了一种新型的富含盐的水基电解质。这种含盐的水电解质(WiSE)促使电极周围形成一个保护性固体屏障,进而防止电极撕裂电解质内部的水分子。但这些电池中的电极材料只能达到3V的工作电压。

2017年,当王春生和他的同事报告称已经开发出一种与4V电压兼容并可与WiSE一道工作的正极材料时,前景一片光明。接下来就只剩处理带负电荷的电极了。

如今,王春生和他的同事已经做到了这一点。他们5月8日在《自然》杂志上报告说,已经开发出一种基于石墨的阴极,可以在4V或更高电压下与WiSE一道工作。

新的电极材料包括溴和氯,通过将反应电极材料锁定在电极周围的固体盐颗粒中,使其免受水基电解质的影响。电池中的锂被固体锂—溴和锂—氯盐颗粒包裹在由碳原子层组成的石墨电极周围。当电池充电时,溴原子和氯原子会抛弃锂原子,将电子交给阴极,并楔入石墨碳层之间,形成另一种紧密的固体。然后,两个电极之间的电压差驱动带正电荷的锂离子通过水基电解质到达阳极,在那里,它们与外部电路提供的电子相遇。

当电池在使用过程中放电时,锂离子会放弃这些电子,转而流向阴极。电子通过外部电路回到阴极,在那里,溴原子和氯原子会抓住它们。这些电荷会从石墨中扩散出来。然后锂离子会抓住它们,使固体盐颗粒重新形成,这些固体盐颗粒会一直呆在原地,直到下一轮充电。

王春生和他的同事注意到,他们的阴极材料已经能够比传统阴极材料多储存大约30%的电荷。但包括新电解质在内的全电池最终是否能比商业电池储存更多的能量,仍有待观察。

新的WiSE电池将不需要钴,这是一种传统锂离子阴极中的有毒金属。在刚果民主共和国,钴矿开采与普遍的矿工死亡有关,这些死者通常是儿童。刚果民主共和国的钴矿相对丰富。新电池不仅对消费者更安全,对矿工和环境也更安全。(中国科学报)

 

阿秒光源: 一台捕捉电子运动的“相机”

阿秒,目前人类掌握的最小时间分辨尺度。阿秒级的运动不管你如何盯着看,都肯定无法看到它,因为它的持续时间实在太短了,只有百亿亿分之一秒。

8月21日至22日,香山科学会议第658次学术讨论会聚焦阿秒光源前沿科学与应用。科技日报记者从会上了解到,决定物质基本性质的超快电子运动通常发生在阿秒量级的时间尺度,要想观测到电子运动这种超快过程,就需要超高速摄影技术,而阿秒光源就是一种捕捉电子运动的超快光学技术。

人眼的视觉暂留时间一般为0.1—0.4秒,当物体的快速运动过程短于0.1秒时,受眼睛时间分辨率的限制,我们就无法看清其运动过程。就像高速摄像机把转瞬即逝的快速变化过程记录下来,我们用慢动作回看一样。对于原子内部的电子运动,我们也需要一个超高速相机将其记录下来。

2001年,奥地利科学家首次实现了阿秒脉冲的产生,使人类得以深入原子结构内部观测并记录电子运动,超快科学及技术的发展迎来了阿秒时代。阿秒脉冲就是持续时间在阿秒量级的超短闪光,而阿秒光源是集阿秒脉冲产生、测量及应用于一体的大型科学装置。如果把阿秒光源比作一台相机,那么阿秒脉冲就是这个相机的“快门”。

作为本世纪初诞生的一种新型光源,阿秒光源具有宽频谱、窄脉宽、高光子能量、高时空相干性等优点,由于其脉宽与原子内电子运动尺度相当,因此为人类认识微观世界提供了全新手段。

“阿秒光源为物理、化学、生物和材料科学超快过程的研究和高时空分辨率成像提供了崭新的技术,为了解化学反应和人工光合作用、生物结构特性及生命机理、新材料合成等重大科学问题提供了解决方法,并有望引发新的科技革命。如发展新一代超高速电子器件和信息处理技术、提升太阳能电池转换效率和揭示肿瘤病变机理等。”会议召集人、中国科学院西安光学精密机械研究所研究员赵卫说道。

经过近20年的发展,人们已经成功将阿秒技术应用于原子、分子、纳米体系甚至固体中超快电子运动的测量和调控研究,为诸多潜在应用开辟了崭新的道路。比如,在生物医学领域,癌症作为世纪难题,当前普遍认为其诱因是紫外辐射导致的DNA损伤,但受限于现有的技术手段,该推论无法得到确认。DNA分子由原子构成,而原子又包含电子和原子核,借助阿秒脉冲,科学家就有可能在更微观、更基础层面看清DNA损伤内在的电子运动过程,理清紫外辐射导致的DNA损伤与肿瘤癌变的生理关联,无疑这将使癌变的预防、诊断及治疗更加有的放矢。

正因为阿秒光源所具有的重大应用前景,目前,美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚、新加坡及欧洲诸国都将阿秒科学作为重点的基础与应用研究内容,欧盟在匈牙利塞格德建造的极端光设施阿秒光源已于今年7月初宣布开放运行,韩国浦项阿秒光源也已立项实施。“我国科学家也紧跟国际超快科学前沿,早在2000年前后就开始了阿秒科学与技术的探索研究,并取得了有国际影响的系列重要成果。”会议执行主席之一、中国科学院物理研究所研究员魏志义说。(科技日报)

 

美国计划研发核动力航天器最快3个月抵达火星

美国航天局局长吉姆·布里登斯廷日前表示,美国将研发下一代核热推进技术,利用核裂变反应产生的热能推进航天器进行深空探索。

布里登斯廷在20日举办的美国国家航天委员会第六次会议上说,核热推进是改变规则的创新,美航天局正在努力实现这种技术。核热推进航天器利用核反应堆来加热液态氢,将其变成电离的氢等离子体,并通过喷嘴来产生推力。

美国国家航天委员会委员、BWX技术公司首席执行官雷克斯·格夫登说,核动力发动机有望使航天器用3到4个月时间抵达火星,比最快的传统化学动力航天器快大约一倍。BWX技术公司是美国政府主要核部件和燃料供应商。

宇航员深空旅行时间越久,受到的辐射量越多。布里登斯廷说,使用核动力航天器,可以通过减少辐射来保护宇航员健康。

据美国能源部下属洛斯阿拉莫斯国家实验室介绍,美国曾于20世纪50年代到70年代间研制核动力发动机,以增强火箭运载能力,为登陆火星做准备。但在美国放弃登陆火星计划后,该项目也于1972年叫停。

今年3月底,美国副总统彭斯提出5年内让美国宇航员重返月球,这一时间表比美航天局的原计划提前了4年。布里登斯廷随后表示,将重返月球计划提前到2024年目的是为了在2033年实现登陆火星。核热推进等新型空间推进技术再次受到关注。5月22日,美国国会批准美航天局1.25亿美元预算用于开发核热推进技术。(新华社)

 

沙子、砾石采掘速度已高于自然恢复速度

警惕!地球快没沙子了

我们居住的大楼、喝水用的杯子、工作用的电脑,难道有什么共同之处吗?答案是有的,那就是沙子。这是我们在现代生活中随处可见的一种关键性原料。

但可怕的是,几乎没有任何人知道现在地球还有多少沙子,又有多少还能被挖掘。

近期英国《自然》杂志发表的评论称,目前沙子和砾石的采掘速度,已经超过了其自然恢复的速度。导致这种不可持续采挖的原因是失察。世界自然基金会(WWF)和联合国环境署(UNEP)的报告,已经“在沙子里踏下了一个重重的脚印”,接下来,行动和法规必须跟上。

需求可能很快超过供给

很多人不相信沙子会短缺。因为众所周知,沙漠占到了地球上陆地表面积的20%。然而可惜的是,沙漠里的沙子太过光滑以致无法使用。适合工业用的有棱角的沙子,绝大多数都来源于河流——其仅占地球面积不到1%。

目前沙子和砾石已经是采掘量最大的一类原料,甚至比化石燃料更多。需求大幅增加的原因是城市化和全球人口增长。全世界每年大约会使用320亿吨至500亿吨沙子,主要用来制造水泥、玻璃和电子产品。

最新研究认为,这个用量比自然再生率要高。因此,只要到本世纪中叶,需求就可能会超过供给。

一直以来,人们对全球采沙量的估计并不可靠——显然是过低了。截至2019年初,研究人员搜索了443篇关于采沙的论文,其中只有38篇定量地描述了采沙量,长期性、全流域的沉积层监控项目也很少。

当然,从技术上讲,想要定量评估沙子如何移动或是沿河流如何沉积也是很困难的;而且很多大河会流经多个国家,使得统计更加不容易。

亟待建立监管和统计系统

所有这些问题,在WWF和UNEP的报告中都有所强调,报告也质疑了当前的采沙是否具有可持续性。报告认为,问题出现的根源,在于缺乏足够的数据和政策来引导人们以合理的速度消耗和采挖沙子。

例如,联合国的商贸数据库仅根据质量和成分,将沙子和砾石的进出口量分成一两种类别。其中没有区分沙子的来源是有自然补充的主动来源,例如河流和三角洲;还是无补充的被动来源,例如地质沉积层。

而另一方面,国际沙子贸易数据库则过于简陋,也导致无法判断可持续性。《自然》文章称,大多数沙子贸易未记录在案。如2006年到2016年之间,新加坡报告从柬埔寨进口了8千万吨沙子,但柬埔寨确认的出口量只有不到4%。

现在一组研究人员正在呼吁,UNEP和世界贸易组织(WTO)有必要建立并监管一个全球性的沙子监控系统。而科学界则应该构建一套可以统计河流中沙子的生成量和采挖量的系统。

新系统要包括合法和非法的采挖。他们需要将这个问题的规模,一五一十地展现在公众、学界和政府面前。此外,各地必须订立用沙限额和法案,以鼓励合理的使用。

可持续性至关重要

在系统建立和规则制定的过程中,《自然》文章给出几点建议,其中最重要的是:寻找并确证可持续性的沙子来源。

例如,格陵兰因冰盖减退而补充到海岸线上的沙子。联合国需要订立类似于可持续性森林管理的计划。还要寻找不会影响河流的新被动沙源,从而减少对生态的影响。

其次是可替代性方案,地方和国家政府以及相关规划部门应当鼓励使用沙子的替代品,例如碎石、工业矿渣、回收塑料等等。同时,基材料也应当尽可能地回收利用。

再次,是减少需求。这就需要制定行业标准,把控材料质量并强制执行。

另外,则是治理和教育,需要建立起国际或多边的政策框架,规范并控制沙子的采挖,UNEP和WTO也应拿出一份全球性的采沙指南,例如指出在哪里采沙是或不是可持续的。而政府、科学家和工业界则有义务宣传有关采沙问题的讯息。

最后,是监测问题。一个全球性的数据收集和分享项目是至关重要的,因为所有的执行方案,都要依赖定量统计采沙地点、规模,以及全球河沙的自然波动。

在这一点上,美国国家航空航天局(NASA)计划2021年发射的“地表水与海洋地形”任务,将可以监测宽度超过100米的大河的流量,覆盖规模远超以往;而欧盟的“原材料与哥白尼地球”观测任务,也会使用太空成像技术来协助管理。(科技日报)

 

我们从哪里来?东亚人血统溯源

现代东亚人的早期历史

关于当今东亚人群的第一个大规模基因组调查结果是在 2009 年发表的,这个调查涵盖了来自大约 75 个群体的近 2000 人。其中的一个调查结果得到了研究人员们的特别关注:东南亚的人类遗传多态性比东北亚的要更高一些。他们提出的解释是:有单一的一股现代人首先迁徙到了东南亚,然后再向北进入中国以及其他地方。这种模型遵从了一个更普遍的、能解释全球人群多态性模式的理论:有单一的一股现代人迁徙走出了非洲,然后往各个方向扩张,每衍生出一个新的群体,便丢失一部分遗传多态性。现在我们知道,这个关于东亚人群历史的理论模型很有可能并不准确。欧洲的历史上发生了多次群体替代和混血事件。从古 DNA 研究中,我们也知道了当今欧亚大陆西部的遗传多态性模式并不是首批现代人迁徙进入该地区的准确反映。类似的,对于东亚,这个由南往北迁徙并沿途丢掉遗传多态性的理论模型是非常错误的。

2015 年,王传超(注:厦门大学人类学研究所所长、教授)与我们合作分析一份珍贵的数据:来自大约 40 个中国人群的、大约 400 个现代个体的全基因组数据。在 DNA 研究中,来自中国的样本非常稀少。王传超和他的同事们在中国完成遗传学实验,然后与我们合作分析电子化的数据。在接下来的一年半的时间里,我们把这些数据跟已经发表的其他东亚国家人群的数据和我们自己实验室生产的来自俄罗斯远东的古 DNA 数据进行综合分析。这项研究帮助我们更深刻地认识东亚人群的历史,以及找到当下不同东亚人群的起源。

通过主成分分析,我们发现当下的绝大多数东亚人的血统可以用 3 个群组来描述。

第一个群组的核心人群来自黑龙江流域,也就是当今中国东北部与俄罗斯的国界线区域。这个群组包含了我们以及其他实验室从黑龙江流域获得的古 DNA。所以,这个区域的居民在过去超过 8000 年的时间里,都保持着遗传上的相似性。

第二个群组的主要人群来自青藏高原,也就是喜马拉雅山以北的大片区域。这片区域的大多数地方的海拔都比欧洲的最高峰阿尔卑斯山还要高。

第三个群组的主要人群来自东南亚,而且最具代表性的人群是中国大陆沿岸岛屿,例如海南和台湾的原住民。

我们使用了四群体检验来评估不同的现代人群之间的关系。除了以上 3 个群组的代表性人群,我们还纳入了美洲原住民、安达曼群岛原住民和新几内亚人。后面这 3 个人群的祖先至少从末次冰期开始就跟东亚人的祖先基本隔离了,所以这些人群所携带的东亚人相关的遗传信息实际上就像是来自那个历史时期的古 DNA。

我们的分析结果支持这样的一个人群历史模型:当今绝大多数东亚人的现代人血统基本上来自两个很久之前便分离开的两个支系的混血,只是不同人群的融合比例不同而已。这两个支系的成员往各个方向扩张,它们相互之间,以及它们与其他遇见的人群间的混血,铸造了当今东亚的人群结构。

长江和黄河流域的“种子群体”

中国是世界上为数不多的独立的农业起源地之一。考古证据表明,从大约 9000 年起,农民们便开始在中国北部黄河流域的风沙沉积物里种植谷子以及其他作物了。大约在同一时期,在南边的长江流域,另一群农民也开始种植包括水稻在内的农作物。长江流域的农业文明沿着两条路线往外扩张:一条大陆路线,在大约 5000 年前到达了越南和泰国;一条海洋路线,在差不多同样的时间到达了台湾。在印度和中亚,中国农业文明和近东起源的农业文明发生了第一次碰撞。当今的语言分布也暗示了历史上可能的人群迁徙。当今东亚大陆上的语言至少可以分成 11 个语系:汉藏语系、傣-卡岱语系(Tai-Kadai,也称侗傣语系)、南岛语系、南亚语系、苗瑶语系(Hmong-Mien)、日本语系(Japonic)、印欧语系、蒙古语系(Mongolic)、突厥语系(Turkic)、通古斯语系(Tungusic,也称满-通古斯语系),以及朝鲜语系(Koreanic,也称韩国语系或者高丽语系)。彼得·贝尔伍德主张这里边的前 6 个语系是东亚农业文明往外扩张、传播他们的语言的结果(洪田按:朝鲜语系同样是东亚农业文明向外扩张的结果)。

通过遗传学研究我们又发现了什么呢?当下我们从遗传学角度学到的关于东亚久远人群历史的知识非常有限,远远比欧亚大陆西部甚至美洲的要少。尽管如此,王传超还是从我们现有的少数古 DNA 数据和当下人群的遗传多态性数据里得到了新的认识。

我们发现在东南亚和中国台湾,许多人群的全部或者绝大多数祖源都来自一个同质化的祖先群体。因为这些人群的地理分布恰好跟长江流域水稻种植文化往外扩张的区域重合,我们不禁提出一个假说,认为这些人群就是历史上开创了水稻种植文化的人的后代。我们还没有来自长江流域首批农民的古 DNA,但我的猜测是,他们应该跟这个构建的“长江流域种子群体”相吻合。我们说的这个“种子群体”便是为当下东南亚人群贡献了绝大多数血统的祖先群体。

汉族人是世界上人口最多的群体,拥有超过 12 亿人口。但是我们发现,他们并不是“长江流域种子群体”的直接后代。相反,汉族人有很大一部分血统来自另外一支、很久远以前就分化出去的东亚支系。北方汉族人有更多的血统来自该支系。这个发现也跟 2009 年以来的另外一个发现相吻合,即汉族人内部有一个微小的从北到南的梯度性差异。如果历史上汉族人的祖先从北往南扩张,并沿途与当地人发生混血,那么我们发现的这些模式就可以得到解释。

当王传超建立起关于东亚久远人群的历史模型时,他发现汉族人和藏族人都有很大一部分血统来自同一个祖先群体。这个群体独立的、纯种的血统已经不复存在,而且这个群体对许多东南亚人群并没有遗传贡献。基于考古学、语言学和遗传学的综合证据,我们把这个祖先群体叫作“黄河流域种子群体”。我们的假说认为,这个群体在黄河流域开始了农业文明并传播了汉藏语系的语言。来自黄河流域首批农民的古 DNA 将会检验我们这个假说的对错。东亚的人群历史有着一层又一层的人群迁徙和混血事件,现代人群的遗传多态性模式就是这些复杂历史事件综合的结果。所以,单独研究现代人群的遗传多态性模式无法帮助我们还原复杂的历史,只有古 DNA 可以帮助我们揭开历史一层又一层的面纱。

东亚周边的重大混血事件

一旦中国平原上的核心农业群体,也就是长江与黄河流域的“种子群体”形成,他们便开始往各个方向扩张,跟此前几千年里先到达的当地群体发生混血。

在 5 万年到 1 万年前之间,采猎者群体开始分化,往北扩张进入美洲,往南扩张进入澳大利亚。在 9000 年前,来自这次大扩张的两个非常不同的群体,分别独立发展了农业文明。他们一个集中分布在 黄河流域,一个集中分布在长江流域。这两个人群在 5000 年前也开始往各个方向扩张。在中国,这两个群体的碰撞和混血创造了我们在当下汉族人群里观察到的北方和南方血统的梯度性差异。

青藏高原上的人群便是这种扩张的例子之一。他们大约 2/3 的血统来自“黄河流域种子群体”。很有可能就是他们首次把农业带到了该地区。他们另外 1/3 的血统来自另外一支久远的东亚支系,很有可能就对应着青藏高原上的原住民采猎者。

另外一个混血的例子是日本人。在上万年的历史时间里,采猎者都占据着日本群岛。但是在大约 2300 年前,日本群岛开始出现了东亚大陆衍生出来的农业文化,这种文化跟同时代朝鲜半岛上的文化有着非常明显的相似性(洪田按:这一时间,和徐福带领三千童男童女东渡日本的时间相吻合)。据遗传学数据确认,农业文化到达日本群岛是人群迁徙的结果。斋藤成也(Naruya Saitou)及其同事建立了一个人群历史模型,把当下的日本人群模拟成两个古老的、分化程度很高的东亚群体的融合体。其中一个古老群体跟当下的朝鲜半岛上的人紧密关联,而另外一个古老群体跟今天的阿伊努(Ainu)人紧密关联。阿伊努人现在仅分布在日本最北边的岛屿上,他们的 DNA 与农业文明到来以前的采猎者的 DNA 非常相似。通过斋藤成也的人群历史模型,可以推断出当下日本人的血统有大约 80% 来自农民祖先群体,而剩下 20% 来自采猎者祖先群体。

根据现在日本人基因组里的来自农民祖先群体的 DNA 片段的大小,我们和斋藤成也推断,农民祖先群体和采猎者祖先群体发生混血的平均时间是在大约 1600 年前。该时间远远晚于农民群体首次到达日本的时间,意味着在农民群体到达后,两个群体之间的隔离持续了几百年。该时间也对应着日本的古坟时代,正是在这个时代,许多日本岛屿第一次被纳入统一的中央政权之下,也许就是从那个时候开始,不同人群开始了普遍的混血,并最终形成了我们今天所观察到的相对同质化的日本人群。

古 DNA 也揭示了东南亚大陆上久远的人类历史。2017 年,我的实验室从来自越南门北(Man Bac)遗址的古人类遗骸中提取了 DNA。在这个有着近 4000 年历史的遗址中,具有不同形态学特点的遗骸紧挨着埋葬在一起,有些遗骸的特点与长江流域的古代农民群体以及当下的东亚人很相似,有些遗骸则更接近于该地此前历史时期里的采猎者。我实验室的研究人员马克·利普森(Mark Lipson)发现,我们收集到的所有古越南人样本都是一支很久远以前就分离出去的东亚支系与“长江流域种子群体”之间混血的结果,而且门北遗址里的部分农民明显拥有更多的来自“长江流域种子群体”的血统。另外,这两种血统的相对比例在门北农民群体里,与在当下一些偏远地区的南亚语系群体里非常类似。这些发现都支持这样一个理论:当今南亚语系的分布,是来自中国南部的种植水稻的农民祖先群体往外扩张传播的结果,这些祖先群体在扩张的过程之中还与当地的采猎者群体发生了混血。一直到今天,柬埔寨和越南的许多南亚语系群体都还携带有少量但非常明显的采猎者血统。(环球科学)

【洪田短评】

汉藏一家人,东亚一家人,东亚、东南亚一家人,这些凭人们的直觉就可以得出的结论现在都可以得到生物遗传学的支持。对于南北美洲大陆的原居民的遗传学、文化特征的分析,应该会有新的发现。美洲大陆的原居民仅仅是一万年前迁移至此的亚洲人的后裔?事情远远不会这么简单。

(选编:洪田 博士)

 

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