早更新世至中更新世过渡时期人类祖先近乎灭绝 只剩千人

（化石网cnfossil.com）据中国科学院上海营养与健康研究所：北京时间2023年9月1日，国际学术期刊Science在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组合作的题为“Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition”的最新研究成果。该研究创建了快速极小时间溯祖（FitCoal）新理论，并发现人类在早、中更新世过渡期由于气候环境的急剧变化经历了严重的群体瓶颈，人类祖先近乎灭绝。

史前人口数量的变化，综合反映了该时期气候环境的变迁，所以通过群体遗传学的研究方法进行回溯，可以更深入地了解现代人类的形成。已有化石记录表明，最近100万年是人类进化的关键时期，但人类群体历史的研究多局限于最近的30~10万年内。虽然近年来古DNA测序技术迅猛发展，但由于炎热条件不利于DNA的保存，无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。所以该研究通过群体遗传学新理论分析现代人群基因组，研究百万年前的群体历史。

史前虽然没有文字记载群体数量，但有效群体大小会影响每个世代的溯祖率，也就是两个谱系在上一世代来自同一祖先的概率。因此人类祖先曾在群体基因组中留下印记，反映当时的群体大小。群体历史越久远，留存至今的印记信号越微弱。为准确解读这些信号，进而准确估算百万年前人类群体历史，研究人员创建了群体遗传学和计算生物学新理论，快速极小时间溯祖FitCoal。遵循这一理论进行数学推导，获得在任意群体模型下各突变类型（即突变频谱）对应溯祖树枝长期望值的解析解，并获得精确的似然值，即在群体历史条件下观察到样本突变频谱的概率。因此无需事先获得群体历史的先验知识，FitCoal即可自动快速搜寻出极大似然值，从而估算群体历史，对古人类群体进行“人口普查”。

研究人员通过设定群体历史模型（true model）并分析模拟产生的DNA多态数据，衡量估计群体历史的无偏性和95%置信区间，即可评判一个分析方法的准确程度。图1显示了两个群体历史模型的分析结果，可以看出FitCoal估计的群体历史不但是无偏的，而且其置信区间也小于目前领域内常用的PSMC，Stairway Plot和SMC++三种方法。研究人员进一步通过大量的计算机模拟，分析不同条件下的群体历史，包括群体交融和自然选择，所有结果均表明FitCoal可以精准地估计百万年内的人类群体历史。

图1、FitCoal, PSMC, Stairway Plot和SMC++估计的群体历史

基于FitCoal，研究人员进一步分析了来自千人基因组计划和HGDP-CEPH基因组计划产生的、共50个现代人类群体的基因组数据，首次发现在距今93.0万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝。在长达11.7万年的时间里平均成年个体数仅为1,280，并且从千人基因组和HGDP-CEPH两组独立数据获得这一群体大小的估值几乎完全一致，分别为1,270和1,300。考虑到群体数量的自然波动，这一平均估值代表了远古群体瓶颈期间最小群体数量的上限。研究人员采用HGDP-CEPH数据集的两个南部非洲群体作了进一步验证，虽然样本量仅为6个和8个个体，但FitCoal依然检测到了远古群体瓶颈。对非洲群体样本重抽样的研究结果表明，仅需3个非洲个体的基因组，FitCoal即可检测到这一远古群体瓶颈，进一步表明计算生物学创新成就了这一发现。

这一严重的远古群体瓶颈，恰好与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人（Homo erectus）化石的消失、新的古人类物种（LCA）的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应（图2）。进一步说明早、中更新世过渡期严重的群体瓶颈对人类进化具有关键影响，可能决定了现代人类许多关键表型的形成。并且这一远古时期群体数量的衰减，降低了65.85%现代人群的遗传多样性，对人类生命和健康产生了深远的影响。

图2、人类祖先在早、中更新世过渡期经历的严重群体瓶颈（图片右侧对应非洲古人类化石缺失环节和不同的化石分类、2号染色体的融合时间，其中LCA指现代人类、尼安德特人和丹尼索瓦人的共同祖先）

这一人类进化史上的重大发现，是国际合作研究成果，由中国科学家主导，联合了意大利罗马大学（Giorgio Manzi博士）、佛罗伦萨大学（Fabio Di Vincenzo博士）和美国德克萨斯大学（Yun-Xin Fu博士）共同完成。中国科学院上海营养与健康研究所博士毕业生、华东师范大学原实习生胡王杰博士和中国科学院上海营养与健康研究所博士毕业生、山东第一医科大学助理研究员郝子谦博士为该发现的共同第一作者，中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏博士和华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱博士为该发现的共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项、科技部国家重点研发计划、美国国立卫生研究院、山东省自然科学基金、中国博士后科学基金、中国科学院上海营养与健康研究所和华东师范大学、以及济南市市校融合发展战略工程项目经费的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.abq7487

（化石网cnfossil.com）据新民晚报（记者 郜阳）：你敢信？长达11.7万年的时间里，人类祖先成年个体数仅剩1280！

你敢信？在距今93.0万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝！

这些发现，来源于中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组合作的结晶。相关成果于北京时间今天（1日）凌晨2时在国际顶尖学术期刊《科学》（Science）上在线发表。

很多人应该还记得去年诺贝尔生理学或医学奖爆出的大冷门，在人类演化以及已灭绝的人类基因组研究方面作出杰出贡献的斯万特·帕博摘下桂冠——十多年前，他发表了首个尼安德特人基因组序列。

这位古DNA研究界大神的获奖也让人们开始思考一个问题：我们为什么要追溯过去？

这个问题，在2013年时，同样萦绕在中国科学院上海营养与健康研究所研究员李海鹏的心头。

“史前人口数量的变化，综合反映了该时期气候环境的变迁，所以通过群体遗传学的研究方法进行回溯，可以更深入地了解现代人类的形成。”他解释。

最近400万年内的人科化石，展示了我们的祖先如何一步步进化演变为现代人；而最近100万年是人类进化的关键时期，即由直立人到现代人的关键时间段。不过，人类群体历史的研究多局限于最近的10万年内，也就是现代人走出非洲、扩散到全世界的那段历史。

“虽然古DNA测序技术发展迅猛，但非洲气候炎热，不利于DNA的保存，所以无法从10万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。”李海鹏表示。

史前虽然没有文字记载群体数量，但有效群体大小会影响每个世代的溯祖率——两个谱系在上一世代来自同一祖先的概率。人类祖先曾在群体基因组中留下印记，反映当时的群体大小，群体历史越久远，留存至今的印记信号越微弱。

为准确解读这些信号，进而准确估算百万年前人类群体历史，研究人员创建了群体遗传学和计算生物学新理论：快速极小时间溯祖（FitCoal）。

“此前，已有方法对10万年以内的群体历史有较为准确的估计，为了估计百万年前的群体历史，就需要设计一个高精度的新方法了。”李海鹏打比方说，以前的方法就好像100米内用手枪瞄准，而FitCoal就像是装上了“八倍镜”，可以看清千米内的目标了。

据了解，遵循这一理论进行数学推导，获得在任意群体模型下突变频谱对应溯祖树枝长期望值的解析解，计算出观察到样本突变频谱的概率，进而估计群体历史。通俗来说，FitCoal无需事先获得群体历史的先验知识，即可自动快速搜寻出极大似然值，从而估算群体历史，对古人类群体进行“人口普查”。

研究人员通过设定群体历史模型并分析模拟产生的DNA多态数据，衡量估计群体历史的无偏性和95%置信区间，评判了FitCoal的准确程度：FitCoal估计的群体历史不但是无偏的，而且置信区间小于目前领域内常用的三种方法。

研究人员进一步通过大量的计算机模拟，分析不同条件下的群体历史，包括群体交融和自然选择，所有结果均表明FitCoal可以精准地估计百万年内的人类群体历史。

长期从事群体遗传学和进化基因组学方面研究的美国南佛罗里达大学教授刘晓明认为，这是目前为止最为准确地估计有效群体规模历史的方法，而且这个方法具有数据形式适应性强，计算速度快等一系列优点，有非常广泛的应用前景。

基于FitCoal，研究人员分析了来自千人基因组和HGDP-CEPH基因组计划产生的、共50个现代人类群体的基因组数据，首次发现在距今93.0万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝。在长达11.7万年的时间里平均成年个体数仅为1280。

“回顾之前的人类有效群体规模历史的研究，其实这一瓶颈事件也并非无迹可寻。”刘晓明教授指出，这项研究是一个非常好的方法学推动科学发展的案例。

值得一提的是，上海科学家领衔发现的这一严重的远古群体瓶颈，恰好与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人化石的消失、新的古人类物种的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应。

“这一远古时期群体数量的衰减，降低了65.85%现代人群的遗传多样性，对人类生命和健康产生了深远的影响，很可能决定了现代人类许多关键表型的形成。”李海鹏表示。

他介绍，在长达11.7万年的时间内，平均成年个体数刚过千，饥荒是个无法排除的假设。那么科学家们就会进一步想到，什么样的人能在当时的环境下生存，是否是他们能更有效利用能量呢？他进而思考，如今肥胖率上升，又是否和相应的基因突变有关。“我们已经定位了相关基因，今后的研究会靶向遗传学上的改变。”李海鹏透露，如果这一假设成立，则证实全人群都对糖尿病易感，或许会颠覆长久以来人们对该疾病的认识。

在李海鹏看来，这项研究成果有着诸多“溢出效应”：有助于揭示肿瘤的演化，帮助揭开脑容量快速增长的分子机制的秘密……甚至，“千人幸存”的历史或许是人类命运共同体的最早实践。

中国科学院院士、中国科学院上海营养与健康研究所学术所长李林则点了“计算生物学”的名。在此次成果中，这门方兴未艾的学科大显身手。据悉，计算生物学可应用的领域很多，如支持创新药研发、帮助科学家找到疾病背后的科学机理等。“生命科学是基础研究中最重要的组成部分之一，计算生物学在其中占有重要的一席之地，上海营养与健康所将充分发挥融‘营养、大数据、健康’为一体的特色优势，持续产出高质量的基础研究成果。”李林表示。

（化石网cnfossil.com）据文汇网（作者：许琦敏）：距今93万年前，人类祖先在气候剧变中丧失了98.7%的成员个体，几近灭绝。在降低了65.85%的遗传多样性后，人类开始了新一轮进化，踏上了走出非洲的征程。

给出这一连串精准数字的，是一个名为FitCoal（快速极小时间溯祖）的软件。它将精准追溯人类祖先历史的年限从距今10万年向前延伸到了100万年，甚至在数据充足的条件下，还能精确追溯到每一天，置信区间高达95%。而且，输入任何生物的一段DNA数据，FitCoal都能给出溯祖结果。

为创制出这一神奇的人类学研究新工具，中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究联手合作，苦苦钻研了整整十年。9月1日凌晨，国际顶尖学术期刊《科学》在线发表了这一重磅成果。

“我们从哪里来”是科学研究的永恒主题之一。除了从化石中寻找证据，人类学家一直在苦苦追寻精准溯源远古人类祖先的技术手段。2022年诺贝尔生理或医学奖就授予了创立古DNA提取技术的瑞典科学家斯万特·佩博。

然而，古DNA提取技术并不是万能的。由于DNA是生物大分子，很难长期保存，尤其在30万年前的人类发源地非洲。因此，目前人类群体历史的研究多局限于距今30万至10万年间。可是，化石考古发现，距今约100万至50万年间，非洲的人类化石存在缺失。那么，在这百万年前究竟发生了什么？

“如果说古DNA提取和分析是一把枪，精准击中了人类近十万年的溯祖研究，那么我们就想造一把新枪，用以解决百万年精准溯祖的问题。”2007年，李海鹏从美国、德国学成来到上海，成立研究组，希望破解这个人类群体进化史上的重大谜团。

经过前期铺垫，课题于2013年正式启动。“过去十年，我和潘老师的研究组每周都会开两三次讨论会，但却没有发过任何文章。”李海鹏说，得益于所里宽松包容的科研环境，他们的研究终于在十年后“一飞冲天”。

李海鹏回忆，当研究组对花了近一年时间完成的最初版FitCoal进行测试时，发现结果竟然一团糟。“我们不得不删掉全部代码，推倒重来。”他坦言，自己那时“看不到一点希望”。

终于，又经过数年努力，FitCoal第一个正式版于2021年在bioRxiv公布并提供下载。当全世界同行纷纷从不同角度对软件进行验证，两个研究组都感受到了前所未有的兴奋。

利用FitCoal软件，研究人员深入分析了来自千人基因组计划和HGDP-CEPH（人类基因组多样性计划）所产生的50个现代人类群体的基因组数据，首次发现了百万年前的一次人类祖先几近灭绝的大事件。

大约百万年前，地球正处于早、中更新世的过渡期，全球气候剧烈变化，冰期与间冰期的周期震荡从百万年缩短至十万年。就在93万年前，受气候剧变影响，身处非洲的人类祖先在短期内丧失了约98.7%的成员个体，从近10万人急剧下降到1280人。

“这段空缺一直持续了11.7万年，此后人类种群数量上升至27160人。”李海鹏说，面对这一几近灭绝的群体瓶颈，人类祖先一定发生了某些改变，最终适应了气候变化，“此后再没有发现类似的情况”。既往考古学研究显示，人类约在79万年前学会了用火，或许正是这一划时代的技能习得，使人类祖先绝地逢生。

同时，这一严重的群体瓶颈事件也在现代人类的基因中留下了深深印记。潘逸萱的另一个研究方向是糖尿病，“能够生存下来的人类祖先个体，必定在高效储存能量、获取能量上有先天上的独到优势，并通过基因传递给后代”。当现代人类带着这些适应食物极端匮乏生活的基因，走入物质极其丰富的当代社会，这些远古基因反而成为人类整体水平上易感糖尿病的“元凶”。

“我们已经锁定了一个可能与人类糖尿病易感性相关的基因，后续将进一步深入研究。”潘逸萱认为，如果在这方面有所突破，可能会寻找到一些新途径，从人群总体上降低罹患糖尿病的风险。

“这是近年来CNS（《细胞》《自然》《科学》三大顶刊）期刊上凤毛麟角的理论论文，也是一段买椟藏珠的故事。”中山大学生命科学学院教授吴仲义毫不掩饰对FitCoal的赞许，“论文只讲述了93万年前的这个故事，理论框架和新的方法突破都在附件中”。

美国南佛罗里达大学教授刘晓明则称FitCoal是“目前为止最为准确的估计有效群体规模历史的方法”。作为一种全新工具，FitCoal基于的是突变频谱数据，具有数据形式适应性强、计算速度快等优点，具有极为广泛的应用前景。

“FitCoal是一种创新理论，软件即是遵循这一理论进行数学推导的工具。”李海鹏介绍，史前虽然没有文字记载群体数量，但人类祖先却将这种印记留在了群体基因中。但群体历史越久远，留存至今的基因印记信号就越微弱。

“我们准确解读出了这些信号，实现了对古人类群体的‘人口普查’。”李海鹏说，FitCoal无需事先获得群体历史的先验知识，即可自动快速搜寻出最接近于真实历史的相似值，也可以说估算出“精确到每一天”的群体历史。

刘晓明表示，FitCoal的推断与一系列人类学、古气候学证据在时间上相吻合。过去，由于方法局限，科学家无法进行更精确的研究，“正是由于FitCoal在方法学上的突破，才使得这一发现得以合理地解释和验证”。

潘逸萱补充道，尽管他们无法确切知道这1280名人类祖先的具体地理位置，但对群体数量估算的准确度超越了之前所有方法，“根据我们的实验验证，仅需3个非洲现代人个体的基因组，就能检测到这一瓶颈”。

据悉，这一方法同样适用于包括动物、植物、微生物在内的多个物种，只要输入一段DNA，就可获得溯源结果，数据量越大，结果越精准。除了进一步深入了解人类历史，这一全新方法还将有助于揭示肿瘤的演化、人类脑容量快速增长的分子机制，解释现代人群对糖尿病的整体易感性等。

（化石网cnfossil.com）据中国科学报（张双虎）：9月1日，《科学》在线发表中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组的最新成果。合作研究团队“十年磨剑”，创建了快速极小时间溯祖（FitCoal）新理论，并发现人类在早、中更新世过渡期由于气候环境剧变经历了严重的“群体瓶颈”。在长达十几万年的漫长岁月中，人类祖先群体只有1000多人，几近灭绝。

这项被誉为“新理论带来新发现的典范式研究”，不仅展示了计算生物学对相关领域的促进和推动，也为进一步研究和确定所有人类出生地提供了关键线索。

“人类起源问题极其重要且引人入胜，而人群数量的变化历史，为研究人类起源提供了关键信息。”西湖大学生命科学学院教授杨剑介绍说，“最近100万年是现代人类进化的关键期。”

史前人口数量的变化综合反映了该时期气候环境的变迁。因此，通过群体遗传学研究方法进行回溯，能深入地了解现代人类的形成。已有化石记录表明，近100万年是人类进化的关键时期，但人类群体历史的研究多局限于最近30万至 10万年内。

“虽然近年来古DNA测序技术迅猛发展，但由于地球气候不利于DNA保存，无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。”李海鹏告诉《中国科学报》。

因此，李海鹏和合作者一直尝试通过群体遗传学新理论，分析现代人群基因组并研究百万年前的群体历史。

“史前虽然没有文字记载群体数量，但有效群体大小会影响每个世代的溯祖率（即两个谱系在上一世代来自同一祖先的概率）。”李海鹏解释说，“因此，可以通过人类祖先在群体基因组中留下印记，来推断当时的群体大小。”

找到研究方法，但新问题也随之而来。研究人员发现，群体历史越久远，留存至今的印记信号越微弱。

为准确解读这些信号，进而准确估算百万年前人类群体历史，研究人员创建了群体遗传学和计算生物学新理论——FitCoal。

“遵照该理论进行数学推导，可获得任意群体模型下各突变类型（即突变频谱）对应溯祖树枝长期望值的解，并获得精确的似然值，即在群体历史条件下观察到样本突变频谱的概率。”李海鹏说，“因此无需事先获得群体历史的先验知识，用FitCoal即可自动快速搜寻出极大似然值，从而推断群体历史，对古人类群体进行‘人口普查’。”

在FitCoal理论基础上，由中国科学家主导，意大利罗马大学、佛罗伦萨大学和美国德克萨斯大学的研究人员通力合作，通过设定群体历史模型（true model）并分析模拟产生的DNA多态数据，衡量估计群体历史的无偏性和95%置信区间。

这是个评判某种分析方法准确程度的模型。通过模拟两个群体历史模型的结果可以看出，FitCoal估计的群体历史不但“无偏差”，而且置信区间优于目前领域内常用的3种方法。

通过大量计算机模拟，研究人员进一步分析了不同条件下的群体历史，包括群体交融和自然选择，发现所有结果均表明FitCoal可精准估算百万年内的人类群体历史。

基于FitCoal，研究人员进一步分析了来自千人基因组计划和HGDP-CEPH基因组计划产生的50个现代人类群体基因组数据，首次发现在距今93万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的群体成员，人类几乎灭绝。

在此后长达11.7万年的时间里，人类平均成年个体数仅为1280，且从千人基因组和HGDP-CEPH两组独立数据获得的群体数估值几乎完全一致（分别为1270人和1300人）。考虑到群体数量的自然波动，这一均值代表了远古人类群体瓶颈期最小群体数量的上限。

“该理论在百万年时间尺度上，实现了高精度时间回溯，同时能准确地估计近期和远古的群体历史。发现人类祖先经历过严重的群体瓶颈是一个里程碑，对人类进化具有重要影响，可能决定了人类许多关键表型的形成。”杨剑说。

“这是个买椟藏珠的故事。”中山大学生命科学学院教授、美国科学促进会会士吴仲义评价说，“也是近年CNS（《细胞》《自然》《科学》）上少数凤毛麟角的理论论文。”

吴仲义认为论文只是刊登了研究结论，实际上该研究的理论架构意义深远。

研究人员用南部非洲两个群体的基因组作进一步验证，虽然样本个体仅为6人和8人，但FitCoal依然检测到了远古群体瓶颈。对非洲群体样本重抽样结果表明，仅需3个个体的基因组，即可检测到这一远古群体瓶颈，这进一步表明该理论的可靠性。

有趣的是，这一远古群体瓶颈恰好与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人化石的消失、新的古人类物种（LCA）的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应。

“这说明早、中更新世过渡期严重的群体瓶颈对人类进化具有关键影响，可能决定了现代人类许多关键表型的形成。”李海鹏说，“远古时期群体数量减少降低了65.85%的现代人群遗传多样性，对人类生命和健康产生了深远影响。”

群体遗传学和人类遗传学家、美国南佛罗里达大学教授刘晓明认为，FitCoal方法是目前最准确的估计有效群体规模历史的方法。而且该方法基于突变频谱数据，具有数据形式适应性强，计算速度快等优点，有非常广泛的应用前景。

“在科学发现方面，他们第一次展示人类在约一百万年前所经历的一次严重群体规模瓶颈基因组证据。这一推断与一系列人类学，古气候学证据吻合。”刘晓明说。

（化石网cnfossil.com）据中新网上海9月1日电 (记者 郑莹莹）：北京时间9月1日，国际知名学术期刊Science(《科学》)在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组合作的一项研究成果。该项研究以创新方法对古人类群体进行“人口普查”，并发现人类祖先曾近乎灭绝。

最近100万年是人类进化的关键时期，但人类群体历史的研究大多局限于最近的30万年至10万年之内。虽然近年来“古DNA”测序技术迅猛发展，但由于炎热条件不利于DNA保存，研究人员无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取“古DNA”。

中国科研人员主导的这项研究创建了一种叫做“快速极小时间溯祖(FitCoal)”的新理论方法，以此分析研究百万年前的群体历史。

基于FitCoal，研究人员共分析了50个现代人类群体的基因组数据，首次发现在距今93万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝。

“我们发现了严重的群体瓶颈，在这一瓶颈时期，严酷的自然环境或许逼迫我们的祖先不得不进行改变，不然群体可能就会消亡。”中国科学院上海营养与健康研究所研究员李海鹏说。

中国科学院院士、中国科学院上海营养与健康研究所学术所长李林认为，基础研究，特别是突破性的基础研究，给我们带来认知边界的突破。而科研人员对人类进化史的好奇心驱动了该项基础研究的开展。

这一人类进化史上的重要发现是国际合作的研究成果，由中国科研人员联合意大利和美国的科研人员共同完成。

李海鹏表示，FitCoal这一新理论方法不仅可以用于进一步深入了解人类进化史，还可以应用于动物、植物、微生物等多个物种的研究。

中山大学生命科学学院教授吴仲义对这项研究成果进行了书面点评。他表示，大多数动、植物都有“起起落落”的时候，该项研究提出了理论框架，必定会引起很多关注。

（化石网cnfossil.com）据澎湃新闻（高级记者 朱奕奕）：距今93万年前，人类遭遇剧烈气候变化，短期内丧失约98.7%的成员个体，几乎灭绝。

上海科学家团队首次对古人类进行“人口普查”，获得上述发现。北京时间2023年9月1日，国际学术期刊Science在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组合作的题为“Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition”的最新研究成果。该研究创建了快速极小时间溯祖（FitCoal）新理论，并发现人类在早、中更新世过渡期由于气候环境的急剧变化经历了严重的群体瓶颈，人类祖先近乎灭绝。

史前人口数量的变化，综合反映了该时期气候环境的变迁，所以通过群体遗传学的研究方法进行回溯，可以更深入地了解现代人类的形成。

已有化石记录表明，最近100万年是人类进化的关键时期，但人类群体历史的研究多局限于最近的30万~10万年内。虽然近年来古DNA测序技术迅猛发展，但由于炎热条件不利于DNA的保存，无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。该研究则通过群体遗传学新理论分析现代人群基因组，研究百万年前的群体历史。

史前虽然没有文字记载群体数量，但有效群体大小会影响每个世代的溯祖率，也就是两个谱系在上一世代来自同一祖先的概率。因此人类祖先曾在群体基因组中留下印记，反映当时的群体大小。

群体历史越久远，留存至今的印记信号越微弱。为准确解读这些信号，进而准确估算百万年前人类群体历史，研究人员创建了群体遗传学和计算生物学新理论——快速极小时间溯祖FitCoal。

遵循这一理论进行数学推导，研究团队获得在任意群体模型下各突变类型（即突变频谱）对应溯祖树枝长期望值的解析解，并获得精确的似然值，即在群体历史条件下观察到样本突变频谱的概率。因此无需事先获得群体历史的先验知识，FitCoal即可自动快速搜寻出极大似然值，从而估算群体历史，对古人类群体进行“人口普查”。

研究人员通过设定群体历史模型（true model）并分析模拟产生的DNA多态数据，衡量估计群体历史的无偏性和95%置信区间，即可评判一个分析方法的准确程度。图显示了两个群体历史模型的分析结果，可以看出FitCoal估计的群体历史不但是无偏的，而且其置信区间也小于目前领域内常用的PSMC，Stairway Plot和SMC++三种方法。研究人员进一步通过大量的计算机模拟，分析不同条件下的群体历史，包括群体交融和自然选择，所有结果均表明FitCoal可以精准地估计百万年内的人类群体历史。

基于FitCoal，研究人员进一步分析了来自千人基因组计划和HGDP-CEPH基因组计划产生的、共50个现代人类群体的基因组数据，首次发现在距今93.0万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝。

研究表明，在长达11.7万年的时间里平均成年个体数仅为1280，并且从千人基因组和HGDP-CEPH两组独立数据获得这一群体大小的估值几乎完全一致，分别为1,270和1,300。考虑到群体数量的自然波动，这一平均估值代表了远古群体瓶颈期间最小群体数量的上限。

研究人员采用HGDP-CEPH数据集的两个南部非洲群体作了进一步验证，虽然样本量仅为6个和8个个体，但FitCoal依然检测到了远古群体瓶颈。对非洲群体样本重抽样的研究结果表明，仅需3个非洲个体的基因组，FitCoal即可检测到这一远古群体瓶颈，进一步表明计算生物学创新成就了这一发现。

这一严重的远古群体瓶颈，恰好与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人（Homo erectus）化石的消失、新的古人类物种（LCA）的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应，进一步说明早、中更新世过渡期严重的群体瓶颈对人类进化具有关键影响，可能决定了现代人类许多关键表型的形成。并且，这一远古时期群体数量的衰减，降低了65.85%现代人群的遗传多样性，对人类生命和健康产生了深远的影响。

据研究员李海鹏介绍，这次严重的群体瓶颈期或许造就了人类命运共同体的雏形，并且具有广泛的应用前景，未来将有助于进一步深入了解人类进化历史，并有助于揭示肿瘤的演化以及现代人群对糖尿病的整体易感性成因。

这一人类进化史上的重大发现，是国际合作研究成果，由中国科学家主导，联合了意大利罗马大学（Giorgio Manzi博士）、佛罗伦萨大学（Fabio Di Vincenzo博士）和美国德克萨斯大学（Yun-Xin Fu博士）共同完成。该项工作得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项、科技部国家重点研发计划、美国国立卫生研究院、山东省自然科学基金、中国博士后科学基金、中国科学院上海营养与健康研究所和华东师范大学、以及济南市市校融合发展战略工程项目经费的资助。