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科學大家從DNA中將揭開人類演化的進程

 紅豆居士 2018-07-30

那么也是利用這個特點,我們通過四萬五千年前的個體,可以看到這個個體中,他就有相對于別的現(xiàn)代個體中的要長很多的區(qū)域,然后通過數(shù)據(jù)模擬還有計算方法等等,我們計算出大概尼安德特人跟現(xiàn)代人發(fā)生基因交流的時間,是距今五到六萬年前。而且另外一個研究也是通過另外一個個體,也算出同樣的時間,大概五到六萬年前。而且基于這個研究,在2014年的時候,被《自然》評為十大科學事件之一。

在上世紀九十年代(PCR時代),其實已經(jīng)開始做了非常多的古DNA(的研究),但是在當時出現(xiàn)了很多的問題。為什么這么講?比如說這里看到的圖片中的琥珀中的DNA、化石中的DNA,甚至有人在恐龍中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的遺傳物質(zhì),后來都發(fā)現(xiàn)它其實主要來源于污染,它并不是真正屬于個體的內(nèi)源DNA。這讓我們看到,古DNA可能跟現(xiàn)代DNA不一樣。

大家肯定覺得您說了這么多關(guān)于歐洲人(的信息),到底東亞是個什么情況?去年十月份,我們獲得了第一個東亞人的古基因組,而且這個古基因組經(jīng)歷了一定的歷史。這個古基因組是距今四萬年前的田園洞人,是在北京發(fā)現(xiàn)的。這個四萬年前的田園洞人,其實在2013年的時候我們做了一點點線粒體、還有21號染色體的工作,但是當時只是一個數(shù)據(jù),而且局限于當時可以考慮的數(shù)據(jù),他其實存在一個很重要的需要解決的問題——就是后來發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在所有的歐洲人,在近農(nóng)耕時期(也就是在農(nóng)業(yè)來到歐洲以后),相關(guān)外來的農(nóng)耕人群,對于歐洲人群是有一個非常大的換血,換血到什么程度?

另外一個有意思的現(xiàn)象,我們想了解是不是所有東亞人跟田園洞人是一樣的距離,有沒有可能某一個人群相對別的東亞人群,跟田園洞人要更近一些?或者美洲土著人中某些人跟田園洞人更近呢?我們發(fā)現(xiàn)其中美洲土著人中的亞馬遜人群,相對于別的美洲人群來講,他會跟田園洞人更近。其實在之前的研究中,有人發(fā)現(xiàn)大洋洲某一些人群,也是跟亞馬遜人群相對別的美洲土著人要近,這種情況下田園洞人告訴我們更多的資訊是什么呢?就是說在四萬年前,這種特殊的人群就已經(jīng)存在了,而且它同時反映了當時東亞人的復雜性。因為這里看到,這種影響在我們現(xiàn)在東亞人中,并沒有看到,也就是說現(xiàn)代的東亞人并沒有對美洲土著人的亞馬遜人群有更大的影響。所以反過來也告訴我們當時東亞的遺傳結(jié)構(gòu)是非常復雜的。

所以在這種情況下,我們不光要做很多預防,在后期的評估過程中也會做很多工作。當然在這個過程中,我們即使在實驗中做了很多事情,在出土過程中,其實也經(jīng)歷了很多歷程,所以它可能(在實驗之前)就已經(jīng)存在了很多污染。不管怎么樣,我們在實驗過程中,盡量保證不要帶來這種污染,比如我們會使用超凈室這種絕對的封閉環(huán)境,包括不受微生物的影響等等一系列的操作。比如這里看到的防護服,還有細微的操作,保證我們在實驗過程中,盡量不要對后期帶來更大的影響。同時我們會加很多這種特殊的編碼,保證我們每個個體之間是可以分開的。

末次盛冰期

這張圖里看到的整個灰色的區(qū)域,就是被冰蓋覆蓋住了。曾經(jīng)在兩萬九千年前后,地球上經(jīng)歷過一個末次冰期里面最寒冷的階段,也叫做末次盛冰期,大約是從兩萬六千年到一萬九千年前,而且在末次盛冰期的階段,整個歐亞大陸,尤其是歐洲這邊的北歐,都被冰蓋覆蓋住了。在這種情況下,當時的生存是非常嚴峻的,對于人類來講是如此,對動物也是如此。我們都知道其實在末次盛冰期這個階段,有很多動物滅絕了,比如這里看到的猛犸象,還有披毛犀等等。在這個階段里,人類何去何從?

此外我們還想讓大家了解到,在這個時間段里歐洲有一個非常特別的文化,叫做格拉維特文化。大家可能會好奇這個文化有什么特點?這個文化對于寒冷環(huán)境是非常非常適應的,比如他會使用猛犸象搭帳篷。不管怎么樣,很多考古學家甚至人類學家都認為,因為他適合這種寒冷,所以他在整個歐洲甚至西伯利亞,都有發(fā)現(xiàn)相關(guān)類型的文化,所以當時認為這個相關(guān)人群的遷徙能力非常強,能夠把文化傳遞到這么遠的距離。

但是我們的研究發(fā)現(xiàn)一個非常有意思的現(xiàn)象。首先,這些人都是幾萬年前的人,通過他的這些藝術(shù)品,我們可以看到確實兩邊有非常相似的文化,但是我們通過遺傳發(fā)現(xiàn),在歐洲這些文化的人,確實他們之間有很大的遺傳相似性,但是在西伯利亞的人群,他并沒有跟歐洲的相同文化的人群聚在一起,他們并不是同一個類群的。所以讓我們看到了,文化相同的情況下,并不意味著這些人群一定是相同的。

結(jié)合我剛剛說的重組分布打斷的特點,其實大家很快就能算出來,他很有可能是很近發(fā)生的,當然這里是一個染色體。當我們看到整個22對常染色體的時候,我們就發(fā)現(xiàn)不光是這一個,還有別的地區(qū)都有這樣的特點。所以利用他這個片斷的分布,還有數(shù)據(jù)模擬,還有一些別的方法,我們算出來對于這個個體來講,四到六代之前有一個尼安德特人是他的直接祖先。

古人類創(chuàng)造的藝術(shù)品

這個在阿爾泰發(fā)現(xiàn)的尼安德特人,我們只是選了這么點骨粉,獲得的基因組中發(fā)現(xiàn)它有非常強的純合性。比如說這個染色體,有將近一半是純合的,也就是說他父親和母親提供的遺傳信息是一模一樣的。這意味著什么?如果我們通過數(shù)據(jù)模擬,可以分析出來他是近親產(chǎn)生的后代,他很有可能是堂兄妹這種關(guān)系產(chǎn)生的,還有可能是祖孫之間產(chǎn)生的,另外一種可能是兄妹產(chǎn)生的,還有可能是叔侄產(chǎn)生的,所以他的近親繁殖非常厲害。但這只是這個個體本身,并不意味著尼安德特人所有人群都是這樣。

圖片描述(最多50字)

說起古DNA可能有人不是太熟悉,但提起染色體,相信每個人都不會陌生。染色體是有一個非常重要的雙螺旋結(jié)構(gòu),對我們整個遺傳非常重要。通過雙螺旋結(jié)構(gòu)中的堿基互補,賦予了DNA神秘的魅力。在堿基互補的過程中,并不是非常精確的,有時候會出現(xiàn)一些復制錯誤。而就是這些錯誤,對我們?nèi)祟愌莼欠浅V匾?。舉例來說,黑猩猩跟人類是比較相近的,但兩者的遺傳物質(zhì)只有1%的差異,也就是說99%的遺傳物質(zhì),其實是和人類一樣的。

另外一個人就是丹尼索沃人,丹尼索沃人并沒有像尼安德特人對所有的人群都有影響,他主要是對于大洋洲(有影響),之后我們還會針對這兩個人群,給大家做更多的介紹。但在這里,我主要想讓大家知道,在過去的幾萬年里面,其實發(fā)生了非常多的故事。在早期現(xiàn)代人跟這些滅絕的古人類或相關(guān)古人類共存的階段里面,到底這些早期現(xiàn)代人是怎么演化成現(xiàn)在的亞洲人還有歐洲人的呢?還有他們在共存的過程中發(fā)生過什么?接下來主要針對這兩個主線向大家介紹。

測定與尼安德特人發(fā)生基因交流的時間

這除了告訴我們它本身的含義,還告訴我們一個信號,整個現(xiàn)在的人群,他獲得尼安德特人(基因)很有可能是在近東這個區(qū)域,而且是一次事件,而且距今大概五到六萬年前。那么這個個體他是在羅馬尼亞歐洲,而且距今大概四萬年前,不到兩百代之內(nèi)就發(fā)生了。那么這至少告訴我們,尼安德特人跟現(xiàn)代人的基因交流不是一次事件,很有可能是多次,而且發(fā)生的地點也不局限于近東,也有可能在別的區(qū)域也有。大家獲得的信息只是其中的一部分,我們希望做更多的工作,來了解我們是誰,我們從哪里來。我們也希望我們能夠堅持下去,永不放棄!

古人類對于現(xiàn)代人群的影響

替換高清大圖

此外我想給大家說一下,古DNA可以這么講,雖然在上世紀八十年代就已經(jīng)興起,但是在最近十年,可以說是古DNA迅速發(fā)展而且非常繁榮的階段,它的繁榮其實跟它的技術(shù)還有大數(shù)據(jù)挖掘有很大的關(guān)系。比如古DNA跟下一代測序儀(二代測序)結(jié)合,出現(xiàn)了第一個古人類尼安德特人的基因組草圖,同時也出現(xiàn)了未知的古人類,丹尼索沃人。另外高效的單鏈文庫建設(shè),使得我們獲得了高質(zhì)量的古DNA組。這個高質(zhì)量什么概念?就是跟我們通過現(xiàn)代的某一個個體獲得的基因組質(zhì)量,是可以相媲美的,而且后期很多人用這個做了相關(guān)研究。另外一個很重要的,就是我們開發(fā)了有效捕獲大量的核DNA(的技術(shù)),使得之前微生物含量很高的樣品,都成為我們研究的可能(對象)。

圖片描述(最多50字)

那么我們得到什么資訊呢?非常簡單地告訴大家,首先丹尼索沃人相對于現(xiàn)代人來講,跟尼安德特人更近,他們分離的時間大概在四十三萬年前。而尼安德特和丹尼索沃人整體跟現(xiàn)代人分離時間大概在60萬年到80萬年之間。而丹尼索沃人,剛剛也提到了他對于大洋洲人群有影響,但事實上除了大洋洲以外,他還對東亞人有一定的影響。也就是說在東亞人中,也有少量的丹尼索沃人,而且最近Cell上發(fā)了一篇文章,關(guān)于了解丹尼索沃人在整個亞洲,他發(fā)生事件的可能有幾次,研究發(fā)現(xiàn)可能存在兩種。一種是針對大洋洲的,一種是針對東亞的,而且針對東亞這個丹尼索沃人的支系,會比針對大洋洲的丹尼索沃人的支系更古老。

人類的23對染色體

其實并不是這樣,比如說上圖中的藝術(shù)品,其實都是幾萬年前人創(chuàng)造的。比如說這里看到的古笛,他是幾萬年前在德國(出現(xiàn)的),這里看到的雕像也是幾萬年前的。所以,在幾萬年前的人并不只有簡簡單單的生存需求,他們也有精神上的需求。在這種情況下,我們非常好奇在幾萬年前是不是存在過很多不一樣的人,比如跟我們現(xiàn)代人不一樣。

那么古DNA是不是就像這里看到的,我們可以很粗略地把遺傳物質(zhì)從相關(guān)的骨骼中獲得,就可以直接做相關(guān)研究呢?并不是這樣。首先,其實古DNA的對象并沒有一個局限,我們雖然大多數(shù)用的是骨骼,但是即使是在相關(guān)的土壤中,我們也能夠獲得古人類的DNA。像2017年Science上就報道過,利用這種土壤的DNA,獲得古人類的DNA。也就是說只要是跟古人類樣品有關(guān)的,都可以成為我們的研究對象。

另外就是有效地獲得短片段,這個字眼可能并不起眼,但是我可以通過一個實例讓你知道它的重要性。比如說在2014年前的研究,都認為古DNA是跟生物化學中DNA降解有很大關(guān)系的,所以在常規(guī)環(huán)境下,它的極限時間是十萬年,也就是說十萬年以內(nèi)的DNA是可能獲得的,十萬年以上的DNA是很難獲得的。但是通過這樣有效富集古DNA(的技術(shù)),使得這里看到的非冰凍層里的DNA提取,由原來的十萬年,提升到了四十萬年,而且這個四十萬年就是一個古人類的遺址,讓我們獲得了很多信息。所以我們可以看到DNA技術(shù)的開發(fā)對于古DNA的影響,同時由于技術(shù)帶來大量的數(shù)據(jù),使得我們這個領(lǐng)域跟生物信息還有數(shù)據(jù)挖掘,也有很大的關(guān)聯(lián)。

首先,我們看到一個非常有意思的現(xiàn)象。就是距今大概四萬年前后,有兩個不同的個體告訴了我們類似的信息。四萬年前的相關(guān)群體中,有還沒有成為歐洲人或亞洲人的群體,也就是說他既不是歐洲人,也不是亞洲人,但他已經(jīng)是歐亞大陸的人群了。比如說四萬五千年前的Ust’-Ishim個體,他是目前為止有直接測年的最早的早期現(xiàn)代人,(我們)獲得了他的基因組,而且通過這個基因組,我們了解到不管是針對歐亞大陸中哪一個人群,他都不是最相關(guān)的,但是相對于非洲人來講,他還是跟歐亞大陸人群最接近。

所以總體來講,我們了解到了至少在幾萬年前,大概在四萬年前后,有不同支系的人群存在于非洲,但是這個非洲人既不是東亞人,也不是歐洲人,同時存在了像以田園洞人為代表的東亞人,還存在了三萬七千年的以歐洲人為代表的個體,另外還存在一個未知的支系。所以在整體情況下,讓我們知道當時整個歐亞大陸人群是非常復雜的,而且這個過程中不同人群的反轉(zhuǎn)還有他的聯(lián)系,也讓我們知道當時的人群是非常復雜的。所以我們之后還會做更多的研究,來了解當時的人群,甚至之后的人群對我們現(xiàn)在人群的影響。

在這種情況下,我們還看到一個有意思的現(xiàn)象。我們把所有的歐洲人從不同時間段進行排序,把這些歐洲人跟我們外界的現(xiàn)代人,比如說亞洲人、非洲人、美洲土著人還有東亞人、包括近東人等等一系列的人群進行比較,我們發(fā)現(xiàn)其中有一支人群,也就是近東這些人群,他對于不同時間的歐洲人的影響都不一樣。比如說一萬四千年前,在此之前歐洲人跟他沒有直接聯(lián)系,但是在此之后的人群,非常顯著地跟近東人群有聯(lián)系。而且一萬四千年(這個時間節(jié)點)跟末次盛冰期有很大的關(guān)聯(lián)。當然我要強調(diào)的是,我們的研究都不是基于氣候來看它的時間段,都是基于遺傳本身提供的信息告訴我們這個時間,然后在這個基礎(chǔ)上,我們了解分段時間可能跟什么相關(guān)。所以兩邊是絕對獨立的,在這種情況下讓我們看到了可能全球變暖的現(xiàn)象,對于人群結(jié)構(gòu)的影響還有融合是有很大關(guān)系的。

科學大家從DNA中將揭開人類演化的進程

高效捕捉DNA

那么我們不由回到探索人類演化,我們就很好奇在過去的幾萬年、幾十萬年里,其實有很多人類存在。在這種存在過程中,在遠古的時候,可能大家對于當時人類的認識,更多地是認為他們需要生存,能夠生存下去是首要條件,是不是那個時候人就只有一個非常簡單的生活?

那么如果我們把他放在家譜樹上,算他的含量,他大概是在三到五代之間,如果利用尼安德特人的片斷計算,大概是四到六代之間,也就是說這個個體中的曾曾曾祖父母中,有一個尼安德特人。

在這種情況下,他告訴了我們什么?在這里只是簡單地讓大家知道它蘊含的含義。在我們這個研究之前,很多人通過現(xiàn)在的基因研究,認為進入到亞洲主要是兩次事件,一次事件是從南線進入到大洋洲,這是稍早一次,第二次稍晚是進入到東亞,這是主要的兩次遷徙到亞洲的特點。那么我們這個個體,他是在北亞,在這種情況下如果他也符合剛才說的南線的遷徙的話,他應該跟后期的這個人群更近,跟大洋洲這些人群更遠,但是我們研究發(fā)現(xiàn)并不是這樣。所以至少告訴我們早期人類很有可能是輻射進入到亞洲,并不是簡單的一個南線。

那么到底有什么不一樣呢?可以看看這張圖片,如果從血液中獲得相關(guān)DNA的話,有很大程度上都屬于個體本身,而且它的片斷非常長。但是對于古DNA,即使你的研究對象是這個直接對象的骨骼,里面的DNA也只有少量是屬于內(nèi)源DNA,很多情況下都是微生物的DNA,而且這種情況下它的DNA片斷非常短。所以如果我們研究對象是人類的話,這時候如果有少量污染,對于現(xiàn)代DNA影響并不大,但是對古DNA影響非常大。

典型的歐洲人——金發(fā)碧眼

那么我們?nèi)伺c人之間到底有多大的差異?是在剛才說的1%的前提下,減小了10倍,也就是千分之一的差異。在這種情況下,我們?nèi)梭w中到底有多少這樣的染色體?我們一共有23對染色體,其中有一對是性染色體,也就是這一對性染色體,決定了我們的性別。當?shù)谝粋€受精卵產(chǎn)生的一瞬間,由父親和母親提供的X和Y決定了我們的性別,在這種過程之中,其實他也告訴了我們?nèi)旧w是由父親、母親各一半提供給下一代的。

首先是關(guān)于它的不同人群,就是現(xiàn)代人群形成的特點。在2016年以前,早于7000年的基因組個體是非常少的,只有零星幾個,但是在2016年,由于剛提到的富集的方法,使得我們從幾個個體,擴展到了51個個體。這51個個體針對的是基因組,基因組的染色體是父母相互互補,然后對后代影響。這一個個體代表了跟這個個體相關(guān)的所有的群體。所以這51個個體,對于我們研究冰河時期(的古人類很有幫助)。大家可能對冰河時期的概念不是很清楚,但是末次冰期大家可能聽過,也就是說這51個個體大概是從4萬5千年前到距今7千多年,它經(jīng)歷了末次冰期還有末次冰期結(jié)束。在這個過程中,我們就非常好奇這些人在這種環(huán)境下,會有什么影響?

總結(jié)一下剛剛我們聽到的信息,尼安德特人的混合主要是針對整個歐亞大陸的人群,有1%到2%,但是我在這里要提到,其實尼安德特人里,東亞人的尼安德特人成分會比歐洲人高一些,而且在東亞人中,比如說II型糖尿病,其實高發(fā)性相對比較高,也跟尼安德特人有一定的關(guān)系。此外就是丹尼索沃人,他主要影響的是這個區(qū)域,但是這個區(qū)域你可以看到他整個遺傳本身的特點是非常相似的,但它是以這里為界,這之上的人群是沒有丹尼索沃成分的,這之下的人群是有丹尼索沃成分的。所以雖然這里所有的人群他們的遺傳本身是相似的,但是他們丹尼索沃的混合是不一樣的。而且還有一個很有意思的現(xiàn)象,東亞人中的0.1%到0.2%,其中尤其是針對于西藏人的影響。主要體現(xiàn)在哪里呢?體現(xiàn)在EPAS1這個基因,最近發(fā)現(xiàn)在與西藏人的高原適應性相關(guān)的EPAS1基因中,將近80%的西藏人都有跟丹尼索沃人相似的特點,這種適應性跟丹尼索沃的成分有很大的聯(lián)系。

有40%多的歐洲人成分,現(xiàn)在的人跟當時的狩獵采集的人群是完全不一樣的,而這個40%是來源于近東里面的古老的歐亞人,而這個古老歐亞人的成分會比歐亞分離之前還要早。所以在這種情況下,我們?nèi)绻褂矛F(xiàn)在的歐洲人群研究的話,會使得里面很大的古老的歐亞人群的成分,使得我們把東亞人和田園洞人看起來更近。所以這種情況下,我們需要拿田園洞的基因組信息跟沒有受到農(nóng)耕人群影響的這些歐洲早期的人群進行比對,從而知道我們的田園洞人,到底是東亞人,還是說他還沒有成為東亞人,因為田園洞人是四萬年前,剛剛也提到了四萬年前其實存在非東亞人和非歐洲人的群體。所以在這種情況下,田園洞人雖然生活在北京,但并不意味著他在那個時候已經(jīng)是東亞人了。

在這里我想取其中的一個技術(shù),也就是有效富集大量核DNA,它對于這個領(lǐng)域是怎么推動的,而且它本身捕獲的方式是什么樣的情況。首先我們會涉及非常多的跟基因組有關(guān)的探針和位點,在這個基礎(chǔ)上,我們再把相關(guān)骨樣中的DNA跟探針進行富集,這個原理和常規(guī)的一樣,但是我們有很關(guān)鍵的針對探針的擴增(技術(shù)),使得我們能夠有效地獲得古DNA。雜交以后,把它固定在對應的磁珠上,最后洗滌掉溶液中的古DNA,就達到了富集作用。

接下來我要給大家稍微介紹一下人類演化,在這里只是簡單地給一些背景。比如說我們都知道,人類的祖先最早出現(xiàn)在非洲,目前爭議最大的是現(xiàn)代人的起源,但是對于人類本身的起源是沒有任何爭議的。而我們的研究框架是在人類整個大的框架下進行的延續(xù)。雖然人類在180萬年前走出非洲,但是之后有很多不同的類型在我們現(xiàn)在的歐亞大陸上都有發(fā)現(xiàn)。比如這里看到的尼安德特人,還有亞洲這邊的丹尼索沃人,還有大家都知道的北京人、大荔人、馬壩人等等。

其實在我們?nèi)梭w中,除了染色體以外還有別的物質(zhì),也是帶有遺傳特點的。比如線粒體,它跟染色體有些不一樣,它主要是通過母系遺傳,它的遺傳物質(zhì)相對要少很多。但是它在我們整個細胞中,會比剛剛看到的核多很多。比如在上面的這個細胞示意圖里面,就有非常多的線粒體,但線粒體它的遺傳物質(zhì)很少。而其中只有一個細胞核,核里有我們剛看到的23對核染色體。

所以去年我們通過不同的方法獲得了類似的信息,圖中越紅的顏色,就代表田園洞跟這個地點上的人群越相似。這里可以看到整個東亞的紅色還有美洲的紅色是最顯著的,而且它不僅是跟現(xiàn)代歐洲人比較,跟當時古老的歐洲人群比較也是如此。所以在這種情況下,我們首先明確,田園洞人已經(jīng)是東亞人,但是當我們把他跟全世界不同人群進行比較的時候,比如在歐洲內(nèi)部跟田園洞人進行比較的過程中,發(fā)現(xiàn)比利時的一個人相對別的地區(qū)的歐洲人,他會跟田園洞人更近。這種情況下告訴我們什么?告訴我們至少在當時的歐洲和亞洲,并不是一個絕對分開的狀態(tài),不是簡單的分開,他們是有聯(lián)系的,但這種聯(lián)系是基因交流的結(jié)果還是古老成分的影響,我們目前還需要做更多的研究。

家譜樹

我們也是通過資料發(fā)現(xiàn),如果大家對這個時間有一定敏感性的話,其實這里的一萬九和一萬四,一個是末次盛冰期結(jié)束的時候,一個是末次冰期快要結(jié)束的時候,所以這個反轉(zhuǎn)跟環(huán)境氣候有什么關(guān)系呢,我們不知道,但是可以看到它們肯定是有聯(lián)系的。

但這里指的兩個人,是我們目前有核基因組的相關(guān)的個體。我們有相關(guān)個體之前,很多人認為相關(guān)現(xiàn)代人走出非洲的時候,很有可能是完全取代當時的古人類,而沒有任何基因交流的。但是一直到2010年的時候,也就是尼安德特人第一個基因組草圖出來的時候,才知道這種絕對取代并非真實的。因為尼安德特人,對于我們現(xiàn)在的現(xiàn)代人,只要不是非洲人,都會有1%到2%甚至4%的尼安德特人的基因組,這是在2010年通過尼安德特基因組草圖才知道的。

另外一個有意思的現(xiàn)象是什么?就是三萬五千年前比利時的一個個體,這個個體之后就是剛剛說到的格拉維特文化,但我們并沒有看到這兩個直接相關(guān)的人群有直接的聯(lián)系,反而這個人群突然對他很久之后時間里面的人群有影響,這個人群就是一萬九千年到一萬四千年前的人群。至少讓我們知道,當時的人并沒有一個連續(xù)的(影響),反而是一個古老人群在某一個時間段里,突然對后期的某個特殊的時間段里的人群有影響。這其實也告訴我們?nèi)巳旱囊粋€反轉(zhuǎn),在之前的研究是根本不知道的。

替換高清大圖

我們可以看看這兩個圖片中的骨架,其中一個就跟我們現(xiàn)代人非常相似了,另外一個就非常不一樣。這一邊(左)其實是跟我們現(xiàn)代人不一樣的,這個(右)是跟我們現(xiàn)代人一樣的。這邊不一樣的其實就是尼安德特人的骨架,非常明顯的他有這種倒啞鈴的形狀,而我們現(xiàn)代人并不是這樣,他還有很多體質(zhì)上的不一樣。我們是不是可以通過這些人的相關(guān)遺傳,了解過去發(fā)生什么,同時也讓我們了解我們是誰,我們從哪里來,通過更多的研究讓我們知道呢?是的。這種研究是通過什么?就是古DNA。

古DNA是什么

而且更有意思的是,在一萬四千年前后的歐洲人,他眼睛的顏色是完全不一樣的。一萬四千年之前的歐洲人,他并沒有藍色的眼睛,只有一萬四千年之后才出現(xiàn)了藍色的眼睛。而且在很大情況下,歐洲人的白色皮膚比藍色眼睛出現(xiàn)的時間還要晚,所以我們現(xiàn)在所謂的典型的歐洲人——金發(fā)碧眼,就是藍色眼睛和白色皮膚,并沒有說在一萬多年前就有,其實是之后才出現(xiàn)的。

大家可能還注意到了,在尼安德特人的基因降低的過程中,大多數(shù)都在這條線上,但是有一個特例,就是這里的Oase1個體。他的尼安德特人成分非常高,遠遠超過了任何個體。但這個個體不是最古老的,他距今四萬年前,最古老的四萬五千年前的個體都沒有他的高。通過研究,我們首先知道,這個個體是在羅馬尼亞發(fā)現(xiàn)的,而且距今大概四萬年前。我們當時取了非常少的骨粉,獲得了相關(guān)的基因組。而且這個基因組告訴我們非常有意思的現(xiàn)象,他有將近一半的染色體是跟尼安德特人有關(guān)系的。

人類演化歷史

另外還有一點,大家也意識到,其實我們在獲得樣品過程中,盡量減少對他體質(zhì)的影響,可以看到我們在這里,只是對他骨骼中非常小的部分取一個骨粉,所以影響并不大,對他們的其他研究并沒有受到我們的影響。

在這種情況下,尼安德特人是什么樣子的呢?我們可以看到,他對除了非洲以外的所有別的區(qū)域的人群,都有影響。而且也因為這個,很多人猜測他發(fā)生的地點很有可能是在中東這個區(qū)域,也就是說在歐亞人群沒有分化之前,才能使得相關(guān)人群能擴展到這么大的區(qū)域。

早期現(xiàn)代人中尼安德特人的基因含量在不斷下降

而且我們還可以利用尼安德特人跟早期現(xiàn)代人的基因交流,來計算當時發(fā)生事件的時間。為什么可以計算這個時間?主要原因就在于,比如說第一代的時候,其實有一半的染色體是來源于尼安德特人,一半是來源于現(xiàn)代人。那么在產(chǎn)生第二代的過程中,最早那一代的尼安德特人的成分是在不斷被打斷的。所以我們可以利用這種不斷被打斷的信息,返算當時發(fā)生的時間。

“我是誰?我從哪來?”,自從人類有了文明,關(guān)于人類的演變歷來是科學家、哲學家比較關(guān)注的科學問題。世界各地的古人類學家都在用自己的方式去尋找答案。在科學高度發(fā)達的今天,技術(shù)的進步讓我們有能力在現(xiàn)實中追本溯源,而古DNA研究,是目前比較有效的的研究方法之一。簡言之,就是利用古人類的DNA來了解當時人群的遺傳關(guān)系,進而可以了解到當時人類發(fā)生過什么。近十年來,結(jié)合最新的DNA提取、富集、測序方法,科學家才得以揭開早期現(xiàn)代人演化的神秘面紗。

人類演化

剛剛說到的都是古人類對于現(xiàn)在人群的影響,那么古人類對于當時早期現(xiàn)代人的影響是什么樣子?我們了解一下從四萬五千年到最近這段時間,你可以看一下不同的時間里尼安德特人成分的變化,它是不斷下降的。而且最重要的是,在三萬七千年到一萬四千年前的這個階段,他并沒有受到外來人群的影響,所以這個階段,他并不能用外來人群對它的稀釋來解釋,所以很有可能跟它的選擇性有很大的關(guān)系。

那么第二個問題,在這種共存的時間里,我們有沒有可能找到像我們這里看到的這一幕,有沒有可能看到直接的對話?這里看到的是尼安德特人的模型,這邊是一個小女孩,有可能,但是我先不說可能性。我們先了解下到底滅絕的古人類有什么特點?每一種古人類我們舉一個例子,比如丹尼索沃人和阿爾泰尼安德特人都是在丹尼索沃洞穴發(fā)現(xiàn)的。其中丹尼索沃人,我們最后獲得了30X的基因組,30X的基因組的質(zhì)量其實是可以跟使用現(xiàn)在人的DNA獲得的基因組相媲美的,而這些DNA是從哪里獲得的呢?就是從這里小手指上的一丁點中的10毫克獲得的。

古人類對于當時早期現(xiàn)代人的影響

我想通過實例讓大家知道這個效果,這里看到的實例是距今四萬年前的一個個體,他的DNA,比如21號染色體,在這個個體中只占到了0.0003%(在富集以前),但是在富集之后,他的DNA能達到47%,而且富集過程中,我們把它的復雜性也保留下來了。由于這項技術(shù)的開發(fā),也使得我們研究的古DNA對象大大擴大。比如近三年的這些研究中的很多研究對象,是來自大洋洲這種炎熱的地方,甚至是非洲,甚至是四十萬年前的個體,都使得原來不可能獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)成為可能。在這種情況下,其實我想讓大家知道,雖然這個領(lǐng)域在近十年發(fā)展得非常迅猛,但是在這個過程中,也是跟我們相關(guān)人員的努力(分不開的),相關(guān)人員對很多不同的挑戰(zhàn),以及在這個過程中保持的科學好奇心,才使得我們剛剛看到的繁榮成為可能。

另外一塊有意思的是,即使四萬年前還存在著沒有成為歐洲人或者亞洲人的人群,但是在這個時間階段,同樣也存在已經(jīng)成為歐洲人的人。比如這里的三萬七千年前的個體,他對他之后的以及現(xiàn)在的歐洲人,都有很大的影響,他已經(jīng)有歐洲人的系統(tǒng)的信息了。但是還有一個很重要的信息,這個三萬七千年前的個體,他對于三萬七千年到一萬四千年前整個時間段里的人群,其實是非常相似的,雖然內(nèi)部有很多不一樣,但是外部的人群對他沒有太大的影響。

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