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93萬年前人類祖先曾瀕臨滅絕?中國(guó)科學(xué)家首次對(duì)古人類進(jìn)行“人口普查”

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作為一個(gè)生活在當(dāng)今社會(huì)的人,你是否好奇這顆擁有80多億人口的藍(lán)色星球,在約百萬年前居住著多少人類祖先呢?“距今93萬年前,人類祖先短期內(nèi)喪失了約98.7%的成員個(gè)體,幾乎滅絕”,這是中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所李海鵬研究員及合作者給出的答案。

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)銜創(chuàng)建了快速極小時(shí)間溯祖(FitCoal)新理論方法,并發(fā)現(xiàn)人類在早、中更新世過渡期由于氣候環(huán)境的急劇變化經(jīng)歷了一次人口銳減。相關(guān)成果9月1日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

估算百萬年內(nèi)人類群體歷史可精確到“天”

追溯生命的過往,是人類自古至今的執(zhí)念。李海鵬告訴記者,史前人口數(shù)量的變化,能綜合反映該時(shí)期氣候環(huán)境的變遷。“通過群體遺傳學(xué)的研究方法進(jìn)行回溯,可以更深入地了解現(xiàn)代人類的形成?!?/p>

然而,由于炎熱條件不利于DNA的保存,科研人員無法從30萬年前非洲人類祖先化石中提取古DNA。為準(zhǔn)確估算百萬年前人類群體歷史,研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了群體遺傳學(xué)和計(jì)算生物學(xué)新理論——FitCoal。

實(shí)際上,F(xiàn)itCoal既是一種理論框架,也是一個(gè)軟件工具。在該軟件上輸入任何生物的一段DNA數(shù)據(jù),科研人員稱之為突變頻譜,它都能給出溯祖結(jié)果?!胺治鼋Y(jié)果表明FitCoal可以精準(zhǔn)地估計(jì)百萬年內(nèi)的人類群體歷史,計(jì)算過程中所需的中間變量,即枝長(zhǎng)數(shù)學(xué)期望值的精確度高達(dá)每一天,所以估計(jì)的群體歷史誤差極小”,李海鵬向記者詳細(xì)介紹了FitCoal的精準(zhǔn)度。

史前雖然沒有文字記載群體數(shù)量,但有效群體大小會(huì)影響每個(gè)世代的溯祖率,即兩個(gè)譜系在上一世代來自同一祖先的概率。因此人類祖先曾在群體基因組中留下印記,反映當(dāng)時(shí)的群體大小。群體歷史越久遠(yuǎn),留存至今的印記信號(hào)越微弱。

為準(zhǔn)確解讀人類祖先所留下來的印記信號(hào),研究團(tuán)隊(duì)遵循FitCoal理論進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo),獲得了在任意群體模型下各突變類型(即突變頻譜)對(duì)應(yīng)溯祖樹枝長(zhǎng)期望值的解析解,并獲得精確的似然值,即在群體歷史條件下觀察到樣本突變頻譜的概率?!耙虼?,無需事先獲得群體歷史的先驗(yàn)知識(shí),F(xiàn)itCoal即可自動(dòng)快速搜尋出極大似然值,從而估算群體歷史,對(duì)古人類群體進(jìn)行‘人口普查’?!崩詈yi說。

從十萬人銳減至千余人,人類祖先幾近滅絕

基于FitCoal,研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)在距今93萬年前,人類祖先由于早、中更新世過渡期的氣候劇烈變化,成年個(gè)體數(shù)從近10萬銳減至1280,并且這一數(shù)據(jù)維持了11.7萬年。

研究人員采用HGDP-CEPH數(shù)據(jù)集的兩個(gè)南部非洲群體作了進(jìn)一步驗(yàn)證,雖然樣本量?jī)H為6個(gè)和8個(gè)個(gè)體,但FitCoal依然檢測(cè)到了遠(yuǎn)古群體瓶頸。這一嚴(yán)重的遠(yuǎn)古群體瓶頸,恰好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、新的古人類物種的形成、兩條古人類2號(hào)染色體的融合階段相對(duì)應(yīng)?!斑@一遠(yuǎn)古時(shí)期群體數(shù)量的衰減,降低了65.85%現(xiàn)代人群的遺傳多樣性,對(duì)人類生命和健康產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,可能決定了現(xiàn)代人類許多關(guān)鍵表型的形成?!崩詈yi表示。

美國(guó)南佛羅里達(dá)大學(xué)學(xué)者劉曉明評(píng)價(jià)FitCoal是目前為止最為準(zhǔn)確的估計(jì)有效群體規(guī)模歷史的方法,“這個(gè)方法是基于突變頻譜的數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)形式適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)算速度快等一系列優(yōu)點(diǎn),有非常廣泛的應(yīng)用前景?!?/p>

對(duì)于成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用,李海鵬告訴記者,將來若要了解某一動(dòng)物、植物或微生物等的歷史生存狀況,便可借助FitCoal來推溯。此外,它還有助于揭示腫瘤的演化、腦容量快速增長(zhǎng)的分子機(jī)制,以及現(xiàn)代人群對(duì)糖尿病的整體易感性。據(jù)介紹,合作團(tuán)隊(duì)已鎖定了一個(gè)可能與人類糖尿病易感性相關(guān)的基因,后續(xù)將進(jìn)一步開展深入研究。

評(píng)論
內(nèi)蒙古四子王旗
大學(xué)士級(jí)
人類基因組是一部用遺傳密碼寫就的人類自傳。自生命誕生之日起,就用“基因語言”記錄了人類所經(jīng)歷的世事更迭與滄桑變遷。
2023-09-12
凌楓手札
太傅級(jí)
對(duì)古生物溯源,可以讓我們更直觀的了解當(dāng)初古人類是怎么與大自然共處!
2023-09-12
吳飛銀
太師級(jí)
中國(guó)科學(xué)家首次對(duì)古人類進(jìn)行“人口普查”,總結(jié)分析93萬年前人類祖先曾瀕臨滅絕等人口變化成因,為人類生存發(fā)展提供啟發(fā)借鑒意義!
2023-09-12