创新技术提纯古人类DNA 揭示冰河期欧亚人群演化史——白肤碧眼1万年前才出现

冰河时代现代人印象图 （Stefano Ricci提供）

欧亚距今45000年－7000年间51个留下遗传信息的人类个体的年代和分布（付巧妹提供）

（中国化石网报道）据北京日报（侯韡鸿）：新闻背景

日前，英国《自然》杂志评出十位“中国科学之星”，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员入选，因为她帮助重新书写了欧洲最早的现代人类的历史,并希望用古人类遗骸的DNA改写亚洲的史前史。

那么，付巧妹等人做的工作究竟是什么？本版特约相关研究者向读者做一介绍。

从尼安德特人基因含量下降入手

今年5月2日上线的《自然》文章《冰河时期的欧洲人群历史》中，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员与来自美国、德国、意大利、爱尔兰、西班牙等国同行，共同发表了一篇关于冰河时代欧亚人群遗传演化的综合研究文章，绘制出一幅关于冰河时代欧亚人群的遗传图谱，首次揭示了旧石器时代晚期欧亚地区完整的人口动态变化情况。

虽然目前已知现代人类——智人是唯一存活至今的人类成员，但是根据目前的考古研究结果显示，在远古时代，地球上存在过数量不少的古人类。在学术上，一般可以根据演化阶段的不同将人类区分为古人类和现代人类。在智人诞生的时候，能人、鲁道夫人、匠人和海德堡人已经成为了历史。在欧洲，尼安德特人已经生活了10万年，丹尼索瓦人与尼安德特人分离，开始远征中东之旅。这些古人类很可能与现代人类的祖先生活过一段时间，并可能与现在人类祖先存在一定的基因交流。

时至今日，除非洲人外，其他现代人类的基因组中大概都有2%左右的尼安德特人的基因。研究人员发现现代人中的尼安德特人基因含量在很短的时间里存在急剧的下降，可是基因含量下降的原因还是未解之谜。是不是尼安德特人与现代人类的祖先在这个时期就存在一定程度的交流？该研究就从这个时期的古人类化石入手。

末次盛冰期的严寒中发生了什么？

在距今2.5万至1.4万年前，地球上出现了严峻的末次盛冰期，这是末次冰期中气候最为恶劣的阶段，欧亚大陆上覆盖着厚重的冰层，气温极其严寒。在这一时期，大陆上的植被发生更替，很多动物如我们熟悉的猛犸象、披毛犀都走向了灭绝的末路。然而，这个阶段却是人类进化过程中的关键阶段。在这一时期，欧洲大陆上先后出现了的奥瑞纳文化、格拉维特文化、马格德林文化。这些都属于欧洲大陆上的早期原始文化，具有能够对石器进行加工和利用等遗址特征，并产生了原始的艺术。这些聚集的原始人类是如何度过漫长严峻的冰期的？

有一个典型的例子是乌克兰黑海北部出现的格拉维特文化，其特点是拥有能生存在寒冷北方的新技术，就是在没有树木的大草原上用猛犸象骨骼作为框架搭建帐篷。当然，当气候环境进一步恶化，大面积土地被冰层覆盖，有的冰层达5公里厚，主要影响了欧洲中部和西北部地区。海平面比今天低，海岸线比例也不同。平均气温比现在低10至12摄氏度，气候比现在更干旱。陆地上遍布着耐旱草种和沙丘，即使具有御寒的工具和技术，北欧也不适宜人类居住，因此，原始人类进行了大规模迁徙，在南欧寻找避难所。在这一过程中，不同文化间的人类是否出现了交流，不同文化间的相似性是不是由于早期交流产生的？主要推动力是技术的传播还是人群迁徙？大范围的气候波动如何对早期人类进化产生影响？这些问题都是很吸引人的未解之谜。

创新的古DNA技术可在沙中淘金

在之前很长一段时间，古人类学相关研究主要是通过对现生人群的遗传变异做溯源推导，这主要是由于利用传统技术从古人类化石上提取DNA进行测序分析具有极大的难度，一方面受制于DNA的保存状况，另一方面也难以从支离破碎的基因片段中获取有意义的信息。

值得欣喜的是，在本研究中，研究人员使用创新的古DNA技术将古人类DNA与大量来自土壤细菌的DNA相区别和分离，使得含量很低的人类DNA能够辨识提纯出来，从而成功富集了大量的细胞核DNA。该研究也为受困于大量微生物DNA混淆与污染的古代样品分析开辟了新的道路，使得动态研究多个个体成为可能。

在这项研究中，涵盖了欧亚大陆上51个距今45000年至7000年间的个体，包含了上述提到的主要文化遗址（奥瑞纳文化、格拉维特文化、马格德林文化）的样本。

3.7万年前人类才和今天欧洲人有共同祖先

通过新技术对这些样本的研究，研究人员发现，新石器时代之前的欧洲人群历史非常复杂，主要体现在以下几个方面：

首先，欧亚大陆最初出现的现代人，对当代欧亚人的基因库并没有明显的贡献。只有到了约3.7万年前，欧洲大陆上的人类才开始和今天的欧洲人存在共同的祖先。

其次，从3.7万年前到1.4万年前的古人类，所有的个体似乎都是从一个单一的祖先种群发展而来，目前没有实质性的证据表明有其他地方的基因进来。有趣的是，在不同的格拉维特文化遗址中发现的个体，彼此并不存在更近的遗传联系。这表明，如果这种文化的相似性不是巧合，那么，它的传播动力可能反映了技术的传播，而不是人群的扩散。

研究人员通过比较4.5万年前至今的已灭绝古人类尼安德特人和现代人的基因组，发现尼安德特人在欧洲人群里的基因含量在很短的时间里下降了1.5到3倍。然而在距今3.7万年至1.4万年间，欧洲人群相对单一，目前没有实质性的证据表明有其他地方的人类基因掺杂进来。因此在这个时间段里，尼安德特人的基因含量的降低并非是因为其他人群的混合而稀释了尼安德特人的基因含量。更可能的解释是自然选择，在漫长进化过程中尼安德特人基因中的不适于现代人生存的部分被自然选择去除了，从而使得尼安德特人的基因含量随着时间在这群有着单一祖先人群中降低了。比如会使生存率降低的致病基因，一个典型的例子是高频率出现在东亚地区的二型糖尿病风险与尼安德特人基因存在相关关系。

冰河时期欧洲人都是暗色皮肤棕色眼睛

研究人员还发现，比利时距今3.5万年的个体不同于欧洲早期其他分支，它所代表的人口并没有消失，它的后代在1.9万年至1.4万年前后再次扩散。这可能代表着在冰期后期从欧洲西南部来的难民进一步在大陆上寻找栖息地，进行人类群体的扩张，这个过程对冰期结束之前的人群进化有很大贡献。

而始于1.4万年前的所有欧洲狩猎采集个体均表现出与近东人群的亲近性（1.4万年前的欧洲个体无此特点），与冰期之后的第一次显著变暖时代有很大关联。因此，1.4万年前欧洲人群的变化间接反映了欧洲内部与外界人群在冰期末期的迁移和融合。一个可能的场景是，在末次冰期后期，来自欧洲东南部或亚洲西部的难民在欧洲扩散，他们共同影响了欧洲和近东人群的遗传历史。

与我们日常认知不同的是，在很长的一段时间，冰河时期的欧洲人都是暗色的皮肤和棕色眼睛。一直到1.4万年前后蓝色眼睛才开始大量出现在欧洲人群中，而白色的皮肤则在7000年前后大量出现。

欧洲人群在3.7万年至7千年前之间可能发生多次人群更迭，其复杂程度并不亚于新石器农业给欧洲人群带来的影响；相关结果填补或修正了相关人类演化的过程细节，极大地推动了欧亚地区人类演化研究。