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尼安德特人与现代人曾发生多次基因交流

尼安德特人与现代人曾发生多次基因交流

尼安德特人与现代人曾发生多次基因交流

尼安德特人与现代人曾发生多次基因交流

尼安德特人与现代人曾发生多次基因交流

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(唐凤):10万年前的一天,尼安德特人第一次遇见一群与他们看上去并不相同的“伙伴”——现代人。虽然双方的初次见面发生了什么也许已无从考证,但之后的数万年间,他们相处得似乎不错。

因为一项针对当今东亚人和欧洲人携带的尼安德特人DNA片段的研究显示,尼安德特人与解剖学意义上的现代人的祖先曾在多个时间点发生过基因交流。

“解剖学意义上的现代人在走出非洲后的3万多年里,与尼安德特人曾在地理位置上相互重叠。在这一时期,尼安德特人与现代人进行了杂交,今天非非洲人携带的尼安德特人部分基因组证明了这一点。”该研究通讯作者、美国宾夕法尼亚州天普大学生物学系的Joshua G. Schraiber告诉《中国科学报》记者,“但这种融合并非只发生了一次,实际上,人类与尼安德特人之间的相互作用比以前所认为的更长期、更复杂。”

有一个“幽灵”

尼安德特人是远古分布在欧洲大陆的最主要古人类,也是与现代人在进化学上最近的亲族。早在25万年前,尼安德特人就已出现在欧洲和亚洲,而且,他们独占了欧亚大陆,直到现代人的到来,并最终将他们取代。

德国莱比锡马普学会进化人类学研究所Sergi Castellano团队曾发现,西伯利亚阿尔泰山脉东部尼安德特人的祖先和现代人的祖先相遇及繁衍的时间可能发生于约10万年前。但约3万年前,尼安德特人完全消失。

考古学家认为,现代人从非洲向外扩散时,在欧亚大陆西部遇到尼安德特人,并假定现代人与尼安德特人只发生过一次基因交流。这些遭遇事件在当今非非洲人族群的基因组中留下了印记:该族群约2%的基因组中有尼安德特人成分。

但是,让Schraiber感到困惑的是,东亚人携带的尼安德特人基因比例比欧洲人高出12%~20%。

“为了找出答案,我们探索了能解释这一结果的各种人口模型,包括单一混合、多次混合,以及存在一个‘幽灵’人群(‘稀释’假说)。”他说。

Schraiber提到,可能有一些人居住在东非或北非,因此没有遇到尼安德特人。当他们后来在非洲扩散并为现代欧洲基因库作出贡献时,这些人可能稀释了现代欧洲人基因中的尼安德特人成分。“我们没有这个群体的任何直接样本,这就是为什么他们是一个‘幽灵’。”他告诉记者。

但“幽灵”可能并不存在。“我们的证据表明他们(尼安德特人与现代人)只是多次相遇。”Schraiber说。

多次见面

Schraiber等人首先认识到尼安德特人DNA在现代人中的分布规律应该能告诉人们一些有关杂交过程的信息。特别是尼安德特人的DNA以大块或碎片的形式出现在现代人身上。于是,他们观察了这些碎片在欧洲人和东亚人之间出现的频率。

Schraiber和同事Fernando Villanea运用一个大型现代人基因组数据集,对东亚与欧洲血统个体中源自尼安德特人DNA的图谱进行了不对称性分析。随后基于不同的基因交流次数,他们对解剖学上的现代人基因组中的尼安德特人DNA贡献进行了模拟,并通过机器学习方法,用多种参数对这些复杂模型进行探索。

结果显示,对现代人基因组中观察到的源自尼安德特人DNA的图谱的最佳解释是,尼安德特人与东亚和欧洲人群之间发生过不止一次,而是多次基因交流。相关论文近日刊登于《自然—生态与演化》。

当然,这里也可能存在“另一个人”的干扰。

丹尼索瓦人是生活在距今数万年前的另一个古人类种群,现代人祖先曾与他们共同生活并发生混血。由于丹尼索瓦人和尼安德特人的血缘关系相对较近,一些丹尼索瓦人的基因碎片可能被意外地归类为尼安德特人。“我们认为,在一定程度上,这是真实的,但它只代表了我们在分析中使用的尼安德特人基因碎片的很小一部分,不太可能对结果产生巨大影响。”Schraiber说。

但是,虽然该研究的模型支持多重、特定人群的混合,“我认为你不应该太照字面意思理解我们的模型—— 我们认为混合在孤立的群体中是即时发生的,但它可能远没有那么分散”。Schraiber说。

“致命”接触

约3万年前,尼安德特人逐渐灭绝,进而被现代人的祖先取代。

有研究显示,这可能是因为在漫长的演化过程中,来自尼安德特人的基因不适应现代人生存方式,从而在自然选择中被淘汰了。而且,尼安德特人小脑较小,对环境变化的适应能力较差。

“尼安德特人的低基因多样性表明,可能在很长一段时间里,他们的人口规模较小,而环境挑战也对他们产生了影响。”Schraiber说,“此外,尼安德特人的DNA样本显示,其中一些可能是有益的,但其中大部分可能是中性或对我们有害。”

换句话说,这些接触对尼安德特人和现代人都产生了不利影响。一方面,尼安德特人最终灭绝,另一方面,有研究发现源自尼安德特人的遗传变异与包括心脏病、动脉壁增厚在内的12种疾病患病风险的增加显著相关。

“历史上的基因交流事件通常会产生双重影响。”加利福尼亚大学默塞德分校考古学家Mark Aldenderfer在接受《中国科学报》记者采访时表示,“例如,过去500年里,欧洲人曾通过两种方式影响安第斯人的基因:欧洲人带来的流行病杀死了许多安第斯人,降低了现代安第斯人基因的多样性;但一些幸存者出现了对天花等欧洲疾病耐受的基因,而且这种选择在当地的现代人群中依然存在。”

无论如何,目前仍有很多悬而未决的问题。Schraiber表示,这项研究清楚地表明了人们应该寻找什么:如果我们找到大约6万到4万年前更古老的人类DNA,应该能够看到多重混合的直接证据。

相关论文信息:DOI: 10.1038/s41559-018-0735-8




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