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稍等片刻，也许你要问，难道父方的谱系不是始终和母方的谱系共同在下一代中延续吗？一个新生命的孕育不是父亲与母亲的基因组各占50%的混合吗？为什么只有Y-染色体能追踪到人类迁徙的足迹？这难道不奇怪吗？对线粒体DNA来说，答案很简单，因为线粒体实际上位于基因组之外，它曾是远古的细胞内寄生的细菌，在进化的过程中变成了残存在细胞内的一种组织。相比于线粒体，Y-染色体要复杂得多。
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产生性别的过程中，有一个离奇的现象，那就是决定性别的性染色体，在相互混合时不遵守50：50的规则。因为我们的基因组是双份编排，每个染色体都有两个版本，当它们进行组合时无法避免地会出现错误，而大多数的动物的性别正由性染色体配对失误决定的。在哺乳动物中，雄性是X-染色体“错误地”与Y-染色体进行配对的结果，雌性的X-染色体与其他的染色体一样“正常地”有两个版本。因此，在雄性，Y只能与X在彼此的小区域内配对，以在细胞分裂的过程中组成性染色体。Y染色体中非重组的部分与X没有任何关联，因此，它找不到与它进行重组的可配对染色体。这样，它从一代传给另一代，永远避免了被“洗牌”的命运。在这一点上，它和线粒体基因组完全一样。
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Y成为遗传学家研究人类多样性的最有效途径，部分原因是因为它不像mtDNA,mtDNA的一个分子大约有1万6千个核苷单位，Y比它大得多，一个分子大约有五千万个核苷，因此，它携带着许许多多过去发生的突变点。我们在上一章里已经讲到，具有多态性的区域越多，对我们的研究就越有利。如果只知道兰德斯泰纳的血型分类，所有的人只能被分成4类：A、B、AB和O，而Y能提供丰富、大量的多态性。更关键的是，和mtDNA相同，因为Y不发生重组，因此我们能够推断出其中变异产生的顺序。没有这个特点，我们便无法用朱克坎德和鲍林的方法来追踪谱系的故事，“奥卡姆的剃刀”也无法帮助我们找到我们的祖先。
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Y如何能不经过重组而存在呢？我们已经知道，为了适合环境的变化，我们需要创造出更多的多样性，Y的现象是否与此相矛盾？简单地说，正是进化“决定”了Y不发生重组，这是因为Y上的功能基因数量很少。在不同的基因组中，活跃基因的数量差别极大，例如，在线粒体中是37个，一个基因组中基因的总量约为3万个，平均每个染色体约有1500个。在线粒体的细菌先祖中，数以千计曾经存在的基因，已经在几百万年里，随着时间的流逝而消失了。这是由于线粒体的寄生依赖性越来越强，在“溺爱”它的细胞中，它逐渐放弃了“自治权”，一些线粒体进入了DNA核，产生了这样奇怪的结果：我们基因组的一部分来自于细菌。因此，线粒体DNA的情况是，似乎某种力量强迫它失去自己的基因，转变成了细胞核中的关键组织，而细胞核中的重组也使线粒体在进化的竞争之中保留了下来。
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同样，在Y染色体上也存在基因丢失的现象。一个染色体平均约有1500个活跃基因，但在Y上只能检测到21个。其中的一些基因重复存在，在前后都进行复制，如同一台“复印机”。在复制某个点的基因时，变得“口吃”起来，而这些被重复复制的基因，在我们生命的“木符”上，只能作为一个基因被刻在上面。有趣的是，Y染色体上的所有的21个基因全部参与了对“男性”的创造，特别是SRY基因，即“Y的性别决定区域”，正是它决定着一个胚胎的未来性别是否为“男性”。其他次要功能的基因决定男性特征和行为。除了这21个基因，其他大部分基因我们至今无法确定它们的功能，它们被称为“垃圾基因”。它们代代相传，而我们现在还不知道它们有何效用。我们已经知道，我们只能通过研究人群彼此的区别来研究人类多样性，遗传的语言写在人人都携带的多态性之中，正是这些不同的多态性使我们成为独一无二的个体―除非是双胞胎，世界上不可能出现两个基因多态性图谱一样的人，因此DNA“指纹”鉴定，在指认真正的罪犯方面不会出现任何误差。随着Y-染色体，它将引领我们沿着一条独特的男性谱系之路寻根溯源，从儿子到父亲再到祖父，一直向上追踪祖辈的足迹。可以这样说，Y-染色体可以从正在生活的任何一个男子的DNA，追溯到人类的第一个男性祖先―“亚当”。但是，Y能把不同区域、毫不相关的男人与男人联系在一起？每一个男人所拥有的独特Y-染色体谱系都能回溯到“亚当”?答案是肯定的，但原因非常复杂。事实上，我们并不像我们所认为的那样彼此无关。想像一下，我们的大多数基因组并非来自父亲或母亲。因为我们从父母双方那里各继承了一半DNA，其所包含的多态性图谱可以用来确认血缘关系。如果经法院检测，我的DNA与一个我从未谋面的男孩的DNA有50%相配，那么法院一定会判定，我必须担负抚养这个男孩的责任，因为发生这种巧合的可能微乎其微，到了几乎不可能存在的程度。因此，多态性确定了我们、我们的父母、一个家族是独特的人类之树上的一个枝节，其他的家族、其他的人群同样如此，每个人群的DNA都在讲述着不同的故事。进一步想像，现在把我们的祖父母、祖父母的祖父母等祖辈加进来，这时，我们就会看到，在每一代中都会失去一些基因信号。我的DNA与我父亲的有50%相配，与我祖父的有25%相配，而只有6%与曾祖父的相配。在一个家庭里，每诞生新一代的同时便产生新的“前辈”，其中数量变化的速度快得惊人，我们的父亲、母亲各有父母双亲，父母双亲又彼此各有父母双亲，以此类推。耶鲁大学的遗传学家肯尼斯•凯德做过这样的计算：每一代有两个前辈（大约每25年产生一代），这样回溯500年，每个人有100万个以上的前辈，如果回到诺曼底人入侵英格兰的时代，我们会有一万亿个以上的祖先，而这个数字超过了人类历史上所存在人数的总和。怎么会出现这样的结果？他的计算错在什么地方？
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回答既是肯定的又是否定的。在数学的意义上我们的计算完全是正确的。至少从古希腊时代开始，人们就知道了指数增长的力量，我们都知道“像兔子一样繁殖”，它反映的正是指数增长的可怕力量。上面的计算中出错的不是计算器，而是计算时所设定的条件：每个人都完全独立，这个假设条件是错误的。很显然，人们肯定有大量的共同祖先，否则无法对上面一万亿的数字做出解释。事实上，每产生新一代时，其先辈的数量应当乘以一个小于2的数，而且对大多数人而言，所乘的数非常接近于l。下面让我们来对此做出解释。
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水，无所不在的水……
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浪漫主义诗人塞缪尔•泰勒•柯勒律治曾沉迷于鸦片。1797年，他住在一个叫多西特的小村庄里，常常在山间散步，或者和他的邻居威廉•华兹华斯长时间地进行辩论。在此期间，他写下了著名的《成吉思汗》和《古舟子咏》。前者描写了他在鸦片带来的幻觉中下意识产生的想像一一那魔法召唤而来的“庄严愉悦的圆形屋顶”是何等的美妙，诗中充满了奇特的想像。后一首是他在比较清醒的时候写的，描写了一艘船在南海的艰难旅程。他在诗中写道，一个水手射杀了一只信天翁，触犯了大海的戒律，船上所有的人都遭到了惩罚，暴晒在酷热的阳光下，四周是茫茫的“水，水无处不在，没有一滴能喝”。射杀信天翁的水手幸免于难，活了下来，但其他船员全部死去。作为惩罚，他在余生里四处流浪，历经磨难。
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一个令人印象深刻的细节，是柯勒律治在《古舟子咏》里把信天翁作为好运的象征。为什么信天翁会给人带来好运呢？事实上这是人们对信天翁缺乏了解的结果。想像一下，在航海途中，水手们数周生活在不见陆地的茫茫大海，梦想着早日抵达港口。而靠近陆地的最早迹象是鸟的出现，就像诺亚的鸽子和橄榄枝，鸟往往预示着陆地就在离他们不远的地方。由于信天翁是地球上最大型的一种鸟（它们双翅展开可长达3.5米），因此它们是一个非常明显的预兆。但问题是，这种珍贵的鸟大部分时间生活在海上，有时，它们会在两年多的时间里在海上四处游荡。在顺风的时候，它们会在开阔的海上毫不费力地一边滑翔，一边睡觉。所以，把它们看成诺亚的鸽子，水手们真得被这些逍遥派的偶像欺骗了。
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假如终生在海上飞翔，而它又是发源于陆地的物种，既使像信天翁一样对这种生活建立了极好的适应性，它依然要解决一个至关重要的问题，那就是它必须返回陆地生育它的下一代。对此，信天翁自有它的解决方式，那是一个如此迷人的自然故事。这些信奉逍遥派生活方式的信天翁是鸟类中的寿星，它们的寿命可以长达50年。在它的一生当中，它永远回到同一座岛屿，与它一生中惟一的伴侣相会。它的伴侣也同样如此，在那里它们共同抚育后代，平等地分担“家务”。几个月后，当小信天翁破壳而出来到这个世界后，便到了它们彼此告别的时间。它们在心里默默记下下一次的见面时间，然后头也不回地飞回大海。
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只选择一座岛屿进行繁衍，这实际上也是进化的结果，它使岛和岛之间产生不同的谱系，随着时间流逝，不同的岛上会生活着不同的鸟类。在岛上出生的小信天翁长大以后，它们以成年者的身份依然回到它们出生的岛上，雄性信天翁会表演求爱的舞蹈以吸引异性，雌性信天翁在选择伴侣时，不会考虑对方来岛上的哪个区域，只要你是信天翁，并且在恰当的时间来到了岛上，你就有机会得到命运的青睐。
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用进化的术语，信天翁的交配方式被称为随机交配，即在同一物种中，每个个体都有潜在的可能性与任何异性个体配对。在信天翁的一生中，也许它会飞遍世界各地，但除了它的家乡，它不会在任何地方扎根。人类不是这样的，如果我们离开家乡，搬到了一个新的地方，我们一般会选择与我们相邻的人结合。如果我们统计一下100年里夫妻的出生地，我们肯定可以看到这样的结果，年代越早，夫妻间的出生地距离越短。如果有一对夫妻，丈夫出生在佐治亚州的亚特兰大，而妻子出生在香港岛，那么他们几乎不可能生活在100年前。那时的故事只能这样发生：她和一个九龙人终其一生，而他会搭便车去看他的南方美女。
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这种地区性的择偶习惯的结果，是随着时间的流逝，住在同一地区的人们日渐熟悉，而不同地区的人们变得更加陌生。假如某一天，你偶然遇到了你的表亲，你能认出来他／她是你的亲戚吗？如果不能，而你们又彼此爱慕，最终结合在一起并有了孩子，那意味着什么？简单来说，它意味着你的儿子或女儿在前辈的数量上，要少于父母为两个无血缘关系人的孩子，因为你和你的配偶某些基因组是相同的。因此，在计算你的孩子的前辈数量时，乘的数要小于2。在个人生活之地的周围选择伴侣，人类的这一习俗由来已久，因此许许多多的人不可避免要和有血亲关系的人共度一生，无论是多远的远亲。正是这一习俗，使得生活在同一区域的人们彼此更加熟悉。
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当然在有些地区，近亲结合的比率相当高，堂兄妹结婚相当普遍。谈到传宗接代，人们都能找到合情合理的“替罪羊”。既使这一比率不高，随着时间流逝，在一个传统社会里，人们就近择偶的行为方式，会在一个区域产生有地区特色的多态性顺序图谱。同样的道理，因为独特的多态性，你会被确认为你父母的孩子。世界各地的人们也携带着独特的地区性基因信号，这些信号正是遗传学家们研究的对象。我们不仅具有共同的先祖―“亚当”和“夏娃”，而且我们还具有地区性的“亲戚关系”，正像迪克•莱旺廷的研究所显示的，这些信号相当弱，但它们的确存在。由此，关键是要找出连接一个地区的人群的多态性。为此，我们需要在实验室花大量的时间。
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没有一滴水能喝
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朱克坎德和鲍林的发现，为进化找到了分子的“钟表”，透过它，我们凝视的目光能最终聚集在我们共同祖先的身上。以他们的发现为基础，我们破译了混乱的线粒体数据，并推测出“夏娃”的年龄。当然，因为Y-染色体不发生重组，因此应用他们的方法也能达到同样的目的。沿着Y呈现的多态性路径，我们很快就会找到“亚当”，我们惟一需要的“路标”就是多态性。现在，Y是我们的“王牌”。直到20世纪90年代初，我们发现的“路标”非常有限。
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1994年，罗勃•多瑞特、明石浩和华特•吉尔博特在权威科学期刊《科学》上发表了一篇奇怪的论文。之所以说它奇怪，是因为它是一篇关于没有发现什么的论文，而不是公布他们发现了什么。论文的题目是《人类Y-染色体在ZFY点上不存在多态性》，介绍了研究世界各地38名男性Y-染色体的结果，他们的目的是寻找Y-染色体的多态性。尽管在Y-上已经找到少量多态性，最早的是1985年由米瑞姆•卡萨诺娃和格瑞达•鲁卡第发现的，但相比于其他染色体，Y-上发现的多态性要少得多。多瑞特他们的研究结果令人吃惊，在他们检测的ZFY区没有发现变异。没有一个DNA顺序变异，这意味着这38名男子在一、两代之内有一个共同的前辈。但因为没有找到变异，因此无法推测这个人的生活时期。难道他们的父亲是同一个人？难道是另一个卡萨诺瓦式的男人在世界各地留下了风流韵事？但是，考虑到他们研究的DNA数量相对较少，只有约700个核苷的长度，而且选择的研究对象只有38个，因此很有可能，他们只是背运地选择了Y-染色体上一个没有变异的区域。根据这一结果，他们推测男性祖先“亚当”生活在距今0至80万年前。有关人类的起源和迁徙，他们并没有提出新的见解，但是他们的努力，为研究不同区域人群的Y-染色体奠定了基石。
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随后几年，在Y-染色体上又发现了少量多态性。亚利桑那大学的米歇尔•哈默发现的一些多态性数量证实了线粒体的研究结果：“亚当”20万年前生活在非洲，他正性急地赶去南非草原与“夏娃”约会。但是，Y-染色体多态性总数仍然很少。现在到了该取得突破性进展的时候了，还是在加利福尼亚的旧金山海湾，新的一页开始了。
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压力之下
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20世纪60年代末，彼德•昂德希尔在加利福尼亚开始了他的科学研究生涯，他最初的研究领域是海洋生物。1981年他在特拉华大学获得博士学位，之后他返回了加利福尼亚，那正是生物技术飞速发展的时期，他从事一些诸如用分子生物技术提取酶等工作。也就在那时，他被遗传学家们建立的令人眼花缭乱的基因图谱深深地吸引住了，那时生物技术产业日趋成熟，而旧金山正是DNA重组所引发的一系列革命的中心。同时，在硅谷及周围，切割、接合基因这一生物学的“副业”，广泛地应用到了计算机产业中。1991年，彼德厌倦了商业研究，他申请到斯坦福大学路卡•卡瓦利-斯福扎实验室做合作研究人。通过面试，实验室的领导层相信他能适应这里严密的组织和相互协作的要求，他被录用了。一开始，彼德在实验室从事mtDNA顺序研究，但他很快对Y-染色体产生了浓厚的兴趣。那时，卡瓦利-斯福扎的实验室是一个令人神往的地方，也是“点燃火种”的地方，我有幸那时在那里做博士后，几乎每周那里都会产生统计学和遗传学分析的新方法，充满了浓郁的学术气氛。20世纪90年代，几乎每一个有重要影响的遗传学家都在斯坦福工作过，或是斯坦福的学生，或是在那里做博士后，如戴维•高斯坦、马克•塞尔史坦德、金力等，这三个人在后面的章节都将会出现。有趣的是，这本书中一个最有影响的人物却是一位化学家。要解释其原因，我们需要对组成基因组的分子有所了解。
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在遗传学家的“工具箱”里，一个最主要的“工具”，是从细胞组织中分离出DNA片断的能力。和蛋白质一样，DNA存在于细胞之中，是一种被称为核苷碱基的线型链条状的组织。就像构成蛋白质的氨基酸一样，DNA的顺序转译生物信息。但是，和蛋白质不同的是，DNA的碱基有4种类型：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T)，我们每个人就像它们的手工作品一样，正是这些碱基构成基因密码，决定我们成为一个什么样的生命个体。就像摩尔斯电码，它用点和破折号来转译信息，DNA也是如此，它的“点和破折号”就是这些核苷碱基，它们的数量大约是30亿个。从组织中分离出分子混合物的方法，同样可以用来推断DNA分子中核苷的顺序。这是因为，生物化学技术可以做到，根据核苷的顺序得出一定长度的片断。得出这些片断后，把它们放进胶质状电流产生的矩阵，就可以分离出DNA。因为DNA是负电荷，它们会朝矩阵另一端正电荷的方向移动。有趣的是，在凝胶体的矩阵里，这些片断的运动速度会减慢，因为它们要穿过凝胶微小、迷宫般的通道。速度减慢程度和它们的长度成正比，分子越长速度越慢，因为有更多的组织要从那条微细的通道挤过去。这一切在理论上讲起来非常枯燥，但它的画面真的美丽之极。这种技术被称为定序，过去30年里，几乎每个重要的遗传学成果都用到了定序的技术，这真的是一个艰苦的工作，但它十分有效。
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定序的一个主要问题是它相当慢，而且，要得到所需要的DNA分子顺序，要进行的生化反应的费用也十分昂贵。为此，遗传学家尝试用更快、更便宜的方法来检测DNA顺序。他们通常的做法，是将一个个体的DNA，与另一个个体的进行比较，而这个的DNA顺序，已经在实验室使用生物化学、凝胶技术检测出了结果，通过比较找出两者间的区别。DNA顺序的不同就是我们的多态性，它们决定着个体的易感疾病、头发的颜色（前提是你没有染发）和其他一切遗传的特点。但是，它们大多数对携带者并无影响，只是我们天生继承下来的“行囊”，是我们血统的制造者。而对人类学家和历史学家来说，这些制造者无疑是一座宝藏。
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化学家彼德•欧芬纳是一个严肃的奥地利人，他的家乡在靠近因斯布鲁克的蒂罗尔。20世纪90年代，他是斯坦福大学应用高压液相色谱（简称HPLC）技术分离DNA分子研究项目的负责人。他正在尝试用HPLC建立一种新的检测DNA分子顺序的方法，因为比起凝胶技术，它分离分子的速度更快。一天，在遗传学系中午的研讨会上，彼德•昂德希尔读到了欧芬纳对这种新技术的介绍材料，他立刻就感到，它可以解决在寻找Y-染色体多态性上存在的问题。他走上前，问欧芬纳是否愿意与他合作。两位科学家开始了忘我的工作，整整18个月里他们没有周末。
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两个彼德的合作，最终产生了被称为“变性HPLC”的新技术，或简称为HPLC。它幸运地成了DNA分子的专用技术。因为DNA分子是双螺旋，一对核苷链通过碱基之间相互的吸引力彼此缠绕。在DNA的世界里，腺嘌呤和胸腺嘧啶永远是一对，胞嘧啶和鸟嘌呤永远是一对，这正是它们分子结构的特点。也就是说，如果知道了一条螺旋链的核苷顺序，便会自动知道另一条上的。双螺旋链结构有两个作用，第一，它稳定DNA的分子，使它们免受酶和环境压力的破坏，在距今5万年的化石上仍然能找到DNA。我们的细胞里同样有单螺旋的结构，它被称为RNA，由于简单，在这样久远的化石里便找不到它的存在。第二个作用是，两条互为“镜子”的螺旋链保证了对核苷顺序进行“备份”，假如一条螺旋链上出现了一个变化（或者说，一个变异），它对面的螺旋链上相应的核苷便和它不再是“完美的一对”，错配的发生，会在螺旋链的一个点上轻轻打下一个“结”，这个“结”很容易被细胞内的校正系统检测到，并且将损坏修补好。
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