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「亚盘投资」创造全人类需要多少人?|睡前科学故事

「亚盘投资」创造全人类需要多少人?|睡前科学故事

亚盘投资,本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育

大朋友小朋友,你有没有曾经考虑过这样一个问题:

我们每个人都有1个爸爸、1个妈妈对吧,我们的爸爸妈妈各自也有他们的爸爸妈妈,所以我们的祖父母和外祖父母加起来有2对。如果继续往上,那么我们每个人有4对曾(外)祖父母、8对曾曾(外)祖父母…

这么看来,好像上一代的人数是每一代人数的2倍。那么40代以前呢?你可以拿出计算器来试一试,2的40次方=1 099 511 627 776,也就是1万亿还多。

乍一眼看这个数字好像也没什么问题。但是这个数字大错特错了。

为什么这么说呢?因为从地球上出现人类到现在,大约只出现过1000亿多的人类。如果按照上面的算法,40代以前(换句话说大约1000年以前),地球上的人口数量就是从古至今所有人类加起来的数量的10倍,而且都同时出现在地球上。这显然是不可能的。

那么,到底哪里出了问题呢?

每一个人都有1个爸爸、1个妈妈,没有一男一女是生不出孩子的,这个道理是没错。但是,上一代的人数并不一定是每一代人数的2倍。

比如,一对夫妇可能会生下好多孩子,这些孩子又会生下更多的孩子。在过了几代以后,这些孩子中的一些还会结婚虐狗,但是他们其实是远房亲戚,有着共同的(外)祖父母、曾(外)祖父母,或者曾曾…(外)祖父母。

情侣最后被发现是亲戚,这听起来像韩剧的典型情节,但这确实是科学。有人(人类学家robin fox)估计,人类历史从古至今大约80%的夫妇都有共同的曾(外)祖父母,甚至(外)祖父母。也就是说,至少他们3代前的祖先是一样的。

爱因斯坦和自己的表妹艾尔莎结了婚

举个简单的例子,欧洲皇室之间就经常近亲结婚。现在的丹麦女皇在20代以前的祖先人数并不是2的10次方,也就是超过100万人,而是只有大约6000人。

如果我们把每个人的家谱画出来,我们看到的不是一个倒金字塔形的图案,而是一个钻石形的。

这就是关于祖先的钻石理论(diamond theory of ancestors):一开始地球上并没有那么多人类,而少数人却繁衍出了现在地球上的所有人。甚至有人推测,在历史上的某个时期,人类种群的数量只有1.5万人左右。

曾经地球上只剩下了1万多人…

一些科学家提出,在大约7万年前,整个地球上只剩下了大约1.5万人。当时,全世界的人类濒临灭绝。想想看,在城里逛上一天都遇不到一个活人的感受...

这次人口骤减可能不是因为人类不适应环境,也不是因为什么传染病爆发,而可能是因为一次全球性的灾难,比如让恐龙灭绝的那种。

多巴火山爆发的剧烈程度远超其他有历史记载的火山(左1是摧毁了庞贝城的维苏威火山爆发)

有人猜测,最有可能造成这次人口衰减的罪魁祸首就是印尼苏门答腊岛的多巴火山(mount toba)喷发。这次火山喷发影响巨大,火山喷发后产生了火山冬天(volcanic winter)现象,杀死了地球上的许多动植物,并且让地球经历了最冷的冰川期,而且还持续了1000年。这就是著名的种群瓶颈理论。

可能就是因为这次灾难性的事件,人类数量才减少到可怜的1.5万人,几乎就要像恐龙一样灭亡了。

***

既然少数人繁衍出了现在地球上的那么多人,那么一个非常符合逻辑的问题就出现了:现在地球上的人会不会有着共同的祖先,比如共同的曾曾曾…(外)祖父母?

首先我们要定义一下什么算祖先。按照常理来讲,祖先就是你身体里dna(每个染色体上携带1个dna,染色体是dna的载体)的来源,就是你送给你一条半条“祖传dna”的那个人。但是实际上呢,你的大多数祖先并没有把他们的dna传给你。

人类的46条染色体,右下角的x和y染色体是性染色体

这听起来很不可思议,但其实是一个简单的数学问题——你祖先身上携带的基因(一条染色体上有许多不同的基因)数量远远超过了你身上的基因数量。很显然,它们中的大多数都没能传到你手上。

为啥没能都传你手上?因为人类是有性生殖,卵子和精子要经历减数分裂。你的46条染色体中一半来自妈妈,一半来自爸爸。换句话说,爸爸妈妈各自把自己的一半染色体传给了你,而另一半却没有传下去。

减数分裂

所以,如果想要根据遗传物质来找共同祖先,那就要找到一种肯定不会在繁衍过程中丢失,而会代代相传的遗传物质。巧了,这样的遗传物质还真有,而且还有2种。

第一种叫做y染色体。x和y染色体是性染色体,它们可以决定一个人的性别。比如,女生身体里只有x染色体;男生身体里既有x染色体,也有y染色体,而且男生的y染色体只能来自爸爸。爸爸的y染色体来自爷爷…如果这样往上寻找,我们就可以找到全世界所有男生的共同祖先。

x染色体长长哒,y染色体短短哒

全世界男生的最近共同祖先(父系最近共同祖先)就叫做y染色体亚当。据推测,这个全世界最幸运的boy生活在大概20万到30万年前。

可以说,现在全世界男孩子都应该叫他“祖宗”。在他那个年代,一起在地球上撒丫子跑的男孩中,只有这个少年留下的男性后代一直延续到了现在,还遍布了全世界。其他的男孩子要么没有留下孩子悲惨绝种,要么最后不再有男性的后代(比如从某一代开始只生女儿)。

说他一个人生出了一半的地球人,好像也不是那么过分。

y染色体亚当占领世界的可能过程,红色方块是携带y染色体亚当的y染色体的男性

***

另外一种帮助我们找到共同祖先的遗传物质并不是x染色体,而是线粒体dna。

线粒体dna并不包括在上面讲到的46条染色体里,因为它们并不住在细胞核里,而住在细胞的供能所——线粒体里。

线粒体dna只来自妈妈。所以你身上的线粒体dna来自你妈,你妈的线粒体dna来自你外婆…当然了,你爸的线粒体dna来自你的奶奶。

所以,如果顺着线粒体dna往上找,就可以找到所有人的母系共同祖先。

这位生出了一个地球的伟大的母亲就叫做线粒体夏娃,她生活在大约10万到20万年前。和她同时代的女孩子要么没有留下后代悲惨绝种,要么最后不再有男性后代(比如从某一代开始只有儿子)。

当然了,线粒体夏娃,还有y染色体亚当并不是世界上第一个女人和男人,而是离现在的每个人最近的共同祖先。和他们同时代的人并不是都没有留下后代,只是没能把他们的线粒体dna或是y染色体传下来而已。因为你要知道,y染色体和线粒体dna只占一个人基因组所有基因的2%,剩下的基因来自于你的其他祖先。

永远只和近亲结婚的一群人

喜欢射飞机的森提奈人

世界上有这样一群人,他们超级讨厌外人,几千年来,只和自己认识的亲戚交往、结婚、生子...他们就是目前被研究得最少的原始部落森提奈人(sentinelese)。

森提奈人从很早以前就住在同一个地方——孟加拉湾的北桑提内尔岛,他们从来不出岛,也拒绝接触文明社会和现代人。他们最喜欢做的事情就是用自制标枪和弓箭戳想要给他们空投礼物的直升灰机。因为这样,到现在也没有人了解他们一族到底有多少人,血缘关系有多乱...

但不管怎样,据人类学家和基因学家估计,在20代以前,他们的祖先就只有几百人。

因为这些喜欢射人的森提奈壮士,科学家没法文明上岛,很心塞

***

在这个世界上,2个人的dna平均99.5%都是一样的。地球上的70多亿人之间的距离,其实比你想得更近呢!

注:

用y染色体和线粒体dna估算最近共同祖先主要是因为这两种遗传物质不会经历遗传重组(在遗传过程中和别的染色体打乱),变异主要来自于自身随机突变。

用y染色体和线粒体dna估算最近共同祖先使用的是分子钟的方法,需要假设基因突变的速率,这样才能估计2个人,或者2个物种的最近共同祖先的年代。

用线粒体dna估算最近共同祖先的方法并不完美。因为在70年代末,一些科学家发现了异质性(heteroplasmy),也就是说一个人的身体里带有好几套线粒体dna。

同时也有人提出,线粒体dna的变异速度没有那么快,所以这会影响对最近共同祖先出现时间的准确估计。

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参考资料:

brown, wesley m. "polymorphism inmitochondrial dna of humans as revealed by restriction endonucleaseanalysis." proceedings of the national academy of sciences 77.6 (1980):3605-3609.

fox, robin. kinship and marriage: an anthropological perspective. no. 50. cambridge university press, 1967.

karmin, monika, et al. "a recent bottleneck of y chromosome diversity coincides with a global change in culture." genome research 25.4 (2015): 459-466.

krings, matthias, et al. "a view of neandertal genetic diversity." nature genetics 26.2 (2000): 144-146.

smith, cameron m. "estimation of a genetically viable population for multigenerational interstellar voyaging: review and data for project hyperion." acta astronautica 97 (2014): 16-29.

haub c. how many people have ever lived onearth?[j]. population today, 1995, 23(2): 4-5.

http://www.prb.org/publications/articles/2002/howmanypeoplehaveeverlivedonearth.aspx

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/166869.stm

http://www.nytimes.com/2007/09/04/science/04vent.html

http://www.economist.com/node/998489

图片来源:nasa, naratoma, wikipedia, sina, neatorama, biologos, onakwetu, the goods 等

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