90多萬年前，人類祖先險些滅絕？

從進化角度來看，人類無疑是非常幸運的，因為我們是靈長目人科人屬之下的唯一物種。目前，全球人口已接近80億人。不過，中國科學(xué)家領(lǐng)銜的一項最新研究顯示，在93萬年前，由于氣候急劇變化，人類的祖先可能曾經(jīng)面臨嚴重的群體瓶頸，短時間內(nèi)喪失了98.7%的人口，而且這一瓶頸期持續(xù)了近12萬年。在這一瓶頸期，人類平均人口數(shù)量僅為1280人，隨時都有滅絕的危險。

圖注：人類祖先在早、中更新世過渡期經(jīng)歷的嚴重群體瓶頸（Hu etal., 2023）

這項研究成果于2023年8月31日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上，由中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所李海鵬研究組與華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所潘逸萱研究組領(lǐng)導(dǎo)完成，意大利佛羅倫薩大學(xué)自然歷史博物館、羅馬大學(xué)環(huán)境生物系和美國德克薩斯大學(xué)休斯頓健康科學(xué)中心的科學(xué)家也參與了這些研究。

化石考古記錄顯示，人類的進化歷史可以追溯到600萬年前，人類的祖先與黑猩猩的祖先分道揚鑣，之后經(jīng)歷南方古猿、能人、匠人、直立人、智人等不同發(fā)展階段，現(xiàn)代智人在與尼安德特人和丹尼索瓦人等人種的競爭和交融中得以幸存下來。一般認為，100萬年前是人類演化的關(guān)鍵時期，不過這一時期化石記錄極其稀少，人類研究歷史主要局限于30~10萬年之間。借助古DNA測序技術(shù)本可以追溯更遠的人類過往，奈何30萬年前的非洲氣候炎熱，人類祖先DNA難以有效保存，因此古DNA測序技術(shù)在追溯30萬年前的人類歷史上基本沒有用武之地。

這次研究最大的亮點在于發(fā)明了一種迄今為止最為準確的估計有效群體規(guī)模歷史的理論方法——快速極小時間溯祖（FitCoal），可以通過計算機分析現(xiàn)代人類基因組中的基因變異頻譜，估算群體歷史，對上百萬年前的古人類群體進行“人口普查”。也就是說，既不需要遠古人類的化石記錄，也不需要遠古人類的DNA，科學(xué)家利用FitCoal方法就可能追溯上百萬年前的人口數(shù)量變化，從而更深入地了解現(xiàn)代人類的形成過程。這無疑是一項重大突破，在此之前的理論框架里，大概只能回溯三四十萬年的歷史。

基于FitCoal方法，研究人員分析了來自10個非洲和40個非非洲人群的3000多個現(xiàn)代人基因組數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)在距今93.0萬年前，由于早、中更新世過渡期的氣候劇烈變化，人類祖先在短期內(nèi)喪失了約98.7%的成員個體，瀕臨滅絕。這一時期的冰川事件導(dǎo)致氣溫變化，非洲出現(xiàn)嚴重干旱，引起大量物種的滅絕或群體數(shù)量減少，人類祖先的食物來源受限，導(dǎo)致遠古人類的人口數(shù)量銳減，幾近滅絕。進一步分析顯示，在長達11.7萬年的時間里，人類祖先平均成年個體數(shù)僅為1280，滅絕風(fēng)險隨時存在?；诓煌瑏碓吹膬山M人類基因組數(shù)據(jù)，都得出了相近的結(jié)論。

研究人員對FitCoal方法的精準度進行了評估，發(fā)現(xiàn)該方法利用10個以下的人類基因組數(shù)據(jù)可以檢測到上述嚴重的遠古人類群體瓶頸，甚至只需3個非洲人基因組數(shù)據(jù)即可達到類似的效果，說明FitCoal方法具有較高的靈敏度。FitCoal已被他們開發(fā)出軟件工具，放在實驗室的網(wǎng)頁上供全世界的研究者下載、使用。

研究人員推測，由于更新世早期到中期的遠古人類群體瓶頸，對現(xiàn)代人類的形成產(chǎn)生深遠影響。這一瓶頸可能導(dǎo)致了智人物種的形成，其中一個關(guān)鍵事件是現(xiàn)代人類的2號染色體由原來兩條小的染色體融合而成，使得人類的染色體數(shù)量變成了46條，而黑猩猩的染色體數(shù)量為48條，由于尼安德特人和丹尼索瓦人的染色體數(shù)量與現(xiàn)代人一樣，因此推測三者的共同祖先正是在遠古人類的嚴重群體瓶頸期形成的。與此同時，這一瓶頸導(dǎo)致現(xiàn)代人類約66%的遺傳多樣性丟失，可能對現(xiàn)代人類的健康造成重要影響。

有意思的是，在遠古人類經(jīng)歷嚴重群體瓶頸的時期，還與非洲人類祖先化石的缺失環(huán)節(jié)、非洲直立人化石的消失等重大事件相吻合。人類祖先竟然能挺過如此漫長的群體瓶頸期，不能不說是一個巨大的奇跡。好在大約80萬年前，人類祖先的群體得以快速恢復(fù)，其群體規(guī)模增加了20倍，估計可能達到了2.7萬人。在以色列發(fā)現(xiàn)的約79萬年前的考古證據(jù)表明，對火的使用可能是人口增加的部分原因。其他因素，如氣候變化也可能是人口迅速恢復(fù)的推動力。

參考文獻：

Wangjie Hu et al. ,Genomic inference of asevere human bottleneck during the Early to Middle Pleistocenetransition.Science381,979-984(2023).DOI:10.1126/science.abq7487.

本文為科普中國-星空計劃扶持作品

作者：湯波 分子生物學(xué)博士 研究館員

審核：葉盛 北京航空航天大學(xué)教授

出品：中國科協(xié)科普部

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