古人類DNA揭人類演化史 白膚碧眼1萬年前才出現

日前，英國《自然》雜志評出十位“中國科學之星”，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員入選，因為她幫助重新書寫了歐洲最早的現代人類的歷史，并希望用古人類遺骸的DNA改寫亞洲的史前史。

那么，付巧妹等人做的工作究竟是什么？本版特約相關研究者向讀者做一介紹。

從尼安德特人基因含量下降入手

今年5月2日上線的《自然》文章《冰河時期的歐洲人群歷史》中，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員與來自美國、德國、意大利、愛爾蘭、西班牙等國同行，共同發表了一篇關于冰河時代歐亞人群遺傳演化的綜合研究文章，繪制出一幅關于冰河時代歐亞人群的遺傳圖譜，首次揭示了舊石器時代晚期歐亞地區完整的人口動態變化情況。

雖然目前已知現代人類——智人是唯一存活至今的人類成員，但是根據目前的考古研究結果顯示，在遠古時代，地球上存在過數量不少的古人類。在學術上，一般可以根據演化階段的不同將人類區分為古人類和現代人類。在智人誕生的時候，能人、魯道夫人、匠人和海德堡人已經成為了歷史。在歐洲，尼安德特人已經生活了10萬年，丹尼索瓦人與尼安德特人分離，開始遠征中東之旅。這些古人類很可能與現代人類的祖先生活過一段時間，并可能與現在人類祖先存在一定的基因交流。

時至今日，除非洲人外，其他現代人類的基因組中大概都有2%左右的尼安德特人的基因。研究人員發現現代人中的尼安德特人基因含量在很短的時間里存在急劇的下降，可是基因含量下降的原因還是未解之謎。是不是尼安德特人與現代人類的祖先在這個時期就存在一定程度的交流？該研究就從這個時期的古人類化石入手。

末次盛冰期的嚴寒中發生了什么？

在距今2.5萬至1.4萬年前，地球上出現了嚴峻的末次盛冰期，這是末次冰期中氣候最為惡劣的階段，歐亞大陸上覆蓋著厚重的冰層，氣溫極其嚴寒。在這一時期，大陸上的植被發生更替，很多動物如我們熟悉的猛犸象、披毛犀都走向了滅絕的末路。然而，這個階段卻是人類進化過程中的關鍵階段。在這一時期，歐洲大陸上先后出現了的奧瑞納文化、格拉維特文化、馬格德林文化。這些都屬于歐洲大陸上的早期原始文化，具有能夠對石器進行加工和利用等遺址特征，并產生了原始的藝術。這些聚集的原始人類是如何度過漫長嚴峻的冰期的？

有一個典型的例子是烏克蘭黑海北部出現的格拉維特文化，其特點是擁有能生存在寒冷北方的新技術，就是在沒有樹木的大草原上用猛犸象骨骼作為框架搭建帳篷。當然，當氣候環境進一步惡化，大面積土地被冰層覆蓋，有的冰層達5公里厚，主要影響了歐洲中部和西北部地區。海平面比今天低，海岸線比例也不同。平均氣溫比現在低10至12攝氏度，氣候比現在更干旱。陸地上遍布著耐旱草種和沙丘，即使具有御寒的工具和技術，北歐也不適宜人類居住，因此，原始人類進行了大規模遷徙，在南歐尋找避難所。在這一過程中，不同文化間的人類是否出現了交流，不同文化間的相似性是不是由于早期交流產生的？主要推動力是技術的傳播還是人群遷徙？大范圍的氣候波動如何對早期人類進化產生影響？這些問題都是很吸引人的未解之謎。

創新的古DNA技術可在沙中淘金

在之前很長一段時間，古人類學相關研究主要是通過對現生人群的遺傳變異做溯源推導，這主要是由于利用傳統技術從古人類化石上提取DNA進行測序分析具有極大的難度，一方面受制于DNA的保存狀況，另一方面也難以從支離破碎的基因片段中獲取有意義的信息。

值得欣喜的是，在本研究中，研究人員使用創新的古DNA技術將古人類DNA與大量來自土壤細菌的DNA相區別和分離，使得含量很低的人類DNA能夠辨識提純出來，從而成功富集了大量的細胞核DNA。該研究也為受困于大量微生物DNA混淆與污染的古代樣品分析開辟了新的道路，使得動態研究多個個體成為可能。

在這項研究中，涵蓋了歐亞大陸上51個距今45000年至7000年間的個體，包含了上述提到的主要文化遺址(奧瑞納文化、格拉維特文化、馬格德林文化)的樣本。

3.7萬年前人類才和今天歐洲人有共同祖先

通過新技術對這些樣本的研究，研究人員發現，新石器時代之前的歐洲人群歷史非常復雜，主要體現在以下幾個方面：

首先，歐亞大陸最初出現的現代人，對當代歐亞人的基因庫并沒有明顯的貢獻。只有到了約3.7萬年前，歐洲大陸上的人類才開始和今天的歐洲人存在共同的祖先。

其次，從3.7萬年前到1.4萬年前的古人類，所有的個體似乎都是從一個單一的祖先種群發展而來，目前沒有實質性的證據表明有其他地方的基因進來。有趣的是，在不同的格拉維特文化遺址中發現的個體，彼此并不存在更近的遺傳聯系。這表明，如果這種文化的相似性不是巧合，那么，它的傳播動力可能反映了技術的傳播，而不是人群的擴散。

研究人員通過比較4.5萬年前至今的已滅絕古人類尼安德特人和現代人的基因組，發現尼安德特人在歐洲人群里的基因含量在很短的時間里下降了1.5到3倍。然而在距今3.7萬年至1.4萬年間，歐洲人群相對單一，目前沒有實質性的證據表明有其他地方的人類基因摻雜進來。因此在這個時間段里，尼安德特人的基因含量的降低并非是因為其他人群的混合而稀釋了尼安德特人的基因含量。更可能的解釋是自然選擇，在漫長進化過程中尼安德特人基因中的不適于現代人生存的部分被自然選擇去除了，從而使得尼安德特人的基因含量隨著時間在這群有著單一祖先人群中降低了。比如會使生存率降低的致病基因，一個典型的例子是高頻率出現在東亞地區的二型糖尿病風險與尼安德特人基因存在相關關系。

冰河時期歐洲人都是暗色皮膚棕色眼睛

研究人員還發現，比利時距今3.5萬年的個體不同于歐洲早期其他分支，它所代表的人口并沒有消失，它的后代在1.9萬年至1.4萬年前后再次擴散。這可能代表著在冰期后期從歐洲西南部來的難民進一步在大陸上尋找棲息地，進行人類群體的擴張，這個過程對冰期結束之前的人群進化有很大貢獻。

而始于1.4萬年前的所有歐洲狩獵采集個體均表現出與近東人群的親近性(1.4萬年前的歐洲個體無此特點)，與冰期之后的第一次顯著變暖時代有很大關聯。因此，1.4萬年前歐洲人群的變化間接反映了歐洲內部與外界人群在冰期末期的遷移和融合。一個可能的場景是，在末次冰期后期，來自歐洲東南部或亞洲西部的難民在歐洲擴散，他們共同影響了歐洲和近東人群的遺傳歷史。

與我們日常認知不同的是，在很長的一段時間，冰河時期的歐洲人都是暗色的皮膚和棕色眼睛。一直到1.4萬年前后藍色眼睛才開始大量出現在歐洲人群中，而白色的皮膚則在7000年前后大量出現。

歐洲人群在3.7萬年至7千年前之間可能發生多次人群更迭，其復雜程度并不亞于新石器農業給歐洲人群帶來的影響;相關結果填補或修正了相關人類演化的過程細節，極大地推動了歐亞地區人類演化研究。