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尼安德特人的失落历史

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1856年,查尔斯达尔文出版之前的三年关于物种起源,一群矿工在德国北部的Neander山谷的一个石灰岩洞穴中发现了人类化石 - 后来被命名为尼安德特人1,第一个标本被认为属于另一种古老的人类。自那以后,我们一直试图尽可能多地了解我们的神秘堂兄弟。为此,专家们咨询了两大证据:迄今为止发现的数百种骨骼和石器,从西班牙和英格兰分散到阿尔泰山脉,最近还有从统计模型中得出的基因组数据和推论。

但是,这些方法描绘了尼安德特人群看起来像什么的惊人的不同图片。考古记录显示,欧洲和亚洲的非洲大约有15万人居住在15至25人的小团体中,并且他们的总人数在五十万年间发生的几个气候周期(其中包括严酷的冰期)中波动很大他们居住在地球上,在四万年前灭绝。

基因测序讲述了一个不同的故事。一些以基因为基础的估计将尼安德特人的有效人口估计为1,000人;其他人声称他们最多只有几千人徘徊(例如,一项研究计算,女性实际上少于3,500人)。有两个假设可以解释这些结果:人口确实很低,即使是在高峰时期,或者人口可能较大,但在很长一段时间内一直在下降。在任何一种情况下,尼安德特人都一直在下降;他们的灭绝似乎从一开始就被预言了。

威斯康星大学麦迪逊分校古人类学家约翰霍克斯说:“这两种估计不匹配的事实是我们尚未解决的问题。

然而,现在犹他大学的人类学家和人口遗传学家艾伦·罗杰斯领导的研究人员提出了一种新的遗传模型,可以调和这些差异。它得出的结论是,尼安德特人比以前通常认为的基因研究更多,也许最终将基因组结果与从文物和化石推断出的较大群体进行对比。它也填补了尼安德特人在非洲先人与非洲祖先分离时以及他们在海外散居时再次遇到现代人的进化史。在许多方面,尼安德特人可能比我们通常所称的物种更为成功,而且更像我们。

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在群体遗传学中,有效人口规模并不是衡量特定时间生活总人数的直接指标。这相当于衡量遗传多样性。专家通过历史追溯个体的DNA,寻找他或她基因组两个拷贝之间DNA序列的差异。从本质上讲,他们估计有多少代相关性将父本的基因的母本拷贝分开。如果人口很少,他们可以期望能够较快地到达共同的祖先;如果它更大,则需要更长的时间。罗杰斯说:“能够从一个人身上获得这么多信息真是太棒了。

科学家的长期印象是尼安德特人的遗传多样性水平低。在今天的非洲人中,每10,000个核苷酸中约有11个是杂合的,这意味着它们在染色体的两个拷贝之间不同。在非洲个人中,每10,000个网站中只有八个是。对于尼安德特人,以及他们的姊妹物种Denisovans,这一数字似乎下降到了两万分之一,而科学只是在过去十年才确定的。加州大学伯克利分校的生物学家Montgomery Slatkin说,“人口遗传学理论告诉我们,这对于那些古老的人类来说意味着人口规模很小”,他不相信罗杰斯的结果。这可能意味着2,000到3,000个人 - 当然不是从尼安德特人留下的石器和化石密度推断的更大的人口。

“如果全世界真的只有1000尼安德特人,”罗杰斯说,“很难相信会有 成为如此丰富的化石记录。“

但是,罗杰斯和他的同事们现在引用了基因证据来支持他们声称尼安德特人有成千上万的有效数字。他们在上个月发表在美国国家科学院院刊上的一项研究中发表了他们的论点。

这一新结果的关键在于研究人员假设尼安德特人具有更多样化的基因库,但它被分成小的,孤立的,近交系的基因相似个体。这种碎片化会使早期的遗传结果出现偏差:像10,000个数字这样的估计描述了当地人口和他们的地区历史,但是却忽略了大局。

罗杰斯通过调整和扩展其他研究人员使用的人口混合模型来弥补这一缺陷。他和他的团队不是分析一个人的基因组,而是比较了现代非洲人,现代欧亚人,尼安德特人和杰尼索瓦人共有的遗传变异。该模型的早期版本旨在估计现代人类和尼安德特人之间的交配。罗杰斯的主要创新是将Denisovans添加到组合中,并且显着增加了不同人群可以混合和混合的方式的数量。这样做可以让他提出的问题远远超出了种群规模和其他问题。

罗杰斯和他的同事们发现的遗传多样性的增加对应于有效种群规模的十倍增长。尽管没有办法知道这个数字可能会代表多少尼安德特人,但它可能会很长一段时间才能达到化石数据的估计值。普林斯顿大学进化生物学家Joshua Akey说:“这项研究提供了我们在考古记录中看到的DNA证据。

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研究人员从遗传序列及其修正后的模型中获得了关于尼安德特人,尼尼索万人和现代人类如何通过史前史的增长,收缩,分离和定期合并的新见解。杜克大学的人类学家史蒂文丘吉尔说:“我们希望有一棵好家谱,能够讲述这些群体如何相关的整洁故事。” “但是很显然,这些关系要复杂得多。”

根据罗杰斯的说法,约75万年前,尼安德特人和杰尼索瓦人的先驱将现代人类的祖先留在了非洲,以穿越欧亚大陆的广阔领土。一旦自己完成,东西几乎完全消失;遗传数据显示人群通过严重的瓶颈,在以前的研究中从未观察到。但无论是什么引起了灾难,古老的人类从它反弹回来,并且在几千年后(即744000年前),它们分成两个独立的系列,尼安德特人和杰尼索瓦人。然后前者进一步分裂成让罗杰斯如此着迷的较小的区域集团。

尼安德特人和杰尼索瓦人之间的这种分裂的约会令人惊讶,因为以前的研究已经把它与最近的研究挂钩:例如,2016年的一项研究将它定在了450,000年前。早期的分离意味着我们最终应该期望找到更多的化石。它也改变了已发现的一些化石的解释。拿着属于一种叫做 Homo heidelbergensis 的大型头骨原始骨头,大约在60万年前居住在欧洲和亚洲。古人类学家不同意他们与其他人类群体的关系,有人认为他们是现代人类和尼安德特人的祖先,还有人认为他们是一种非传统物种,由尼安德特人代替,后者遍布欧洲。

罗杰斯的发现意味着 H. heidelbergensis 必须是早期的尼安德特人。 “我们估计的分离时间很早,以至于60万年前的欧洲原始人必须是尼安德特人,”他说,“至少在遗传上,即使他们看起来不像尼安德特人一样。”

巧合或者说,这个新的重建尼安德特人的复杂的早期 历史与我们所了解的关于解剖学上现代人首先扩散到欧洲和亚洲的人群的历史非常相似。大约5万年前,欧亚人从非洲人中分离出来,经历了一个瓶颈阶段,在这个瓶颈阶段他们的人口很少,然后分裂成整个欧亚大陆的区域人口 - 所谓的非洲人类移民理论。罗杰斯说,“看起来60,000或70万年前发生的事情与尼安德特人和杰尼索瓦人相同”。 “还有另外一个非洲散居国外的人,以前没有人怀疑过。”

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尼安德特人奋斗的时代已经不是什么秘密了:他们经历的冰河时期以及他们人口的分裂使他们无法支持健壮社会或技术发展。 “但人们有一个误解是我们代表着进步,现代人类是最好的,尼安德特人在我们之下,”霍克斯说。 “当谈到猎人时,依赖于边缘环境中的高能食物资源,尼安德特人是极端的。”他补充说,“他们解决了我们今天没有面对的问题。他们是如何生活在如此低的人口密度下几十万年?这是我们从未管理过的东西。“

在做这项研究之前,罗杰斯认为,当现代人进入他们的领土时,尼安德特人已经濒临灭绝,他们的人口已经在减少并且充满了遗传疾病。 “我不再那么想了,”他说。

了解尼安德特人的真实结构可能有助于科学家更深入,更有成效地挖掘这些古代人的动态及其与我们的互动。例如,Akey说,我们可能会问的关于现代人类和尼安德特人之间的杂交的一个新问题是,该基因流中是否存在任何性别偏见。我们是否加入了等量的孕妇和父亲的尼安德特人DNA,或者是否倾斜了?

罗杰斯的工作和其他团体的相关研究可能对阐明当代遗传学有很大的帮助。他们的分析模型也可以应用于狗和马 - 事实上,对于在其种群中显示结构育种而非随机基因流的任何物种。该方法还可以帮助阐明一些遗传疾病的进化史:尼安德特人基因与抑郁症,糖尿病,心脏病和其他疾病的风险增加有关。罗杰斯的发现可能会影响到这些有害变体的不同组合如何进入我们的基因组。 “如果你想研究遗传史,你需要控制历史,”罗杰斯说。

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