中国科学家开创新方法对古人类进行“人口普查”

中国科学家开创新方法对古人类进行“人口普查”

（化石网cnfossil.com）据中国青年报（王烨捷）：前不久，国际学术期刊《科学》（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，并通过这一核心创新方式发现人类在早、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。

研究发现在距今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。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1270和1300。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。值得一提的是，对近百万年前人类群体的研究，突破了以往对人类群体史研究局限于最近30万年至10万年内的，首次将研究进度拉到了约100万年前。而实现这一突破的最关键因素，就是研究小组创建了快速极小时间溯祖（FitCoal为Fast infinitestimal Coalescent Process的英文简称——记者注）新理论。

“已有的化石记录表明，最近100万年是人类进化的关键时期，但以目前的技术手段，相关研究还无法抵达100万年以前。”李海鹏介绍，目前学界公认的人类起源地点位于非洲，虽然近年来古DNA测序技术迅猛发展，但由于非洲炎热条件不利于DNA的保存，无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA，“所以我们就想尝试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”。

记者了解到，李海鹏团队早在2006年就针对果蝇群体进行过遗传学研究，“从2006年到2013年，一直在纠结，到底要不要用类似的方法对人类群体进行遗传学研究。我们要做可行的、重大的、其他人做不了的研究。”李海鹏说，2013年确定这一研究方向后，自己与华东师范大学的潘逸萱团队几乎每周都会见面讨论一次选题。

“有一段时间，一度觉得好像没有什么希望了。但中国科学院上海营养与健康研究所、华东师范大学都一如既往给予稳定的、持续的支持。”李海鹏介绍，这次研究成果的发表，看似是首次发现“93万年前人类祖先差点灭绝”，但实际上，快速极小时间溯祖FitCoal新理论、新方法的使用，价值更大。通过中国科学家原创的FitCoal方法估计的群体历史不但是无偏差的，而且从统计学上来讲，其误差要小于目前领域内常用的PSMC，Stairway Plot和SMC++三种方法，其估计的结果波动更小、准确性更高。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。

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。无须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”。

中山大学生命科学学院教授、博士生导师、美国科学促进会会士（AAAS Fellow）吴仲义在评价李海鹏和潘逸萱团队的这篇论文时说，“他们所作的重大贡献是提出了理论框架，基于基因变异频谱倒溯上百万年才看到这个现象。目前的理论框架里，大概只可以回看三四十万年。这篇论文，理论架构全部在附件里。正文只是刊登了上述的结论。所以这是个买椟藏珠的故事。也是近年CNS期刊上凤毛麟角的理论论文。”

李海鹏介绍，FitCoal未来具有广泛的应用前景。它能进一步深入了解人类进化的历史，除生物学领域外，还能应用于动物、植物、微生物在内的多个物种的历史研究。它还有助于揭示人类罹患肿瘤的演化过程、人类脑容量快速增长的分子机制以及现代人群对糖尿病整体易感性的研究等。

“我们发布一项基础研究成果，总有人要问，它能应用在哪些领域。实际上，这种突破性的基础研究是在突破人类认知的边界，是一个典型的‘冷板凳’工作，对学界未来的深入研究很有意义。”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说，FitCoal新理论对外投稿后，吸引了国内外众多不同领域专家学者的目光，“将来对FitCoal新理论感兴趣的科学家，还真不一定是生物专业的”。