从现代人基因组中发现古老秘密：人类祖先在92万年前差点儿灭绝

从生物演化角度来看，人类无疑是非常幸运和成功的，因为我们是灵长目人科人属之下的唯一现存物种。目前，全球人口已接近80亿人，未来人口规模还将进一步膨胀，有可能达到100亿左右。

不过，中国科学家领衔的一项最新研究显示，在93万年前，人类的祖先曾经面临严重的群体瓶颈，在短时间内丧失了近99%的人口，平均成年人口数量仅为1280人，而且这一瓶颈期持续了近12万年。大家知道，地震、海啸、瘟疫、洪水等等，任何一种灾害，都可以轻轻松松给这么少的远古人类带来灭顶之灾。也就是说，在这一漫长的瓶颈期内，人类祖先随时都可能灭绝，你说惊不惊险？

有人可能会问了，几十万前根本没有人口登记和历史记录，连化石记录都很少，科学家怎么计算出当时的人口数量的呢？下面，我们就来看看科学家是如何算出人类祖先的群体规模的。

这项研究成果是2023年8月底在线发表在美国《科学》杂志网站上，由中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究员与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱教授领导完成，意大利和美国的科学家也参与了这项研究。

要研究远古时期的人类演化历史，之前主要依靠化石记录和古DNA测序技术，但是由于10万年前古人类化石非常稀少，而且古人类DNA在炎热的非洲很难保存，因此这两种方法具有很大的局限性，只能追溯到30-10万年前的人类历史。

中国科学家领导的这项研究最大的亮点在于，发明了一种新的估计有效人类群体规模历史的理论方法，叫做快速极小时间溯祖，英文缩写是FitCoal，英译名我们可以叫它“非得酷”。顾名思义，所谓“溯祖”是追溯远古祖先的信息，“快速”很好理解，是指这种方法可以很快地进行溯祖分析，而“极小时间”是指这种方法可以精确追溯到几十万年前甚至上百万年的每一天的人类祖先群体规模，所以科学家将其称为“快速极小时间溯祖”。

配图来自图虫网

它的基本原理是我们人类每个个体的基因组都不尽相同，存在大量基因变异，而其中很多基因变异是从父母、祖父母甚至更远的祖先那里继承而来的，通过计算机分析这些基因变异的频谱，可了解到我们远古祖先的很多信息，比如一群人的共同祖先是谁？大约生活在什么时代？祖先生活的那个时代大概有多少人口，等等。之前类似的遗传分析可最多追溯到30万年前的人类群体规模，但是不太准确，而且也不太稳定。

非得酷理论一下子将科学家的视野从30万年前的人类群体规模的历史快进到100万年前，而且将之前的模糊影像变成了高清影像。它通过复杂的群体遗传学理论和计算机生物学算法相结合，对现代人类基因组中的基因变异频谱进行分析，估算出上百万年前的人类群体规模，从而可对远古人类进行“人口普查”。也就是说，基于非得酷理论，科学家既不需要远古人类的化石记录，也不需要它们的DNA，只需要少数现代人类的基因组，就可追溯上百万年前的人口数量变化，从而更深入地了解人类的演化过程。

研究显示，非得酷理论可以精确到100万年前每一天，而且最少只需要三个现代非洲人类基因组数据，即可对人类历史的群体规模进行较为精确的估算。非得酷理论还可以运用到任何由基因驱动的生命体的历史群体分析，比如细菌、病毒，甚至癌症患者体内的肿瘤细胞。因此，非得酷理论被同行专家认为是迄今为止最为准确、最为强大的估计有效群体规模历史的理论方法。

研究人员利用非得酷理论分析了来自10个非洲和40个非非洲人群的3000多个现代人类基因组数据，首次发现在距今93万年前，人类祖先在短期内丧失了约98.7%的成年个体。进一步分析显示，在长达11.7万年的时间里，人类祖先平均成年个体数仅为1280个，灭绝风险随时存在。

为什么93万年前人类祖先数量会锐减呢？研究人员推测，这一时期的冰川事件导致气候剧烈变化，同时非洲出现长时期的严重干旱，引起大量物种的灭绝或群体数量急剧减少，人类祖先的食物来源受限，导致远古人类的人口数量锐减，几近灭绝。

研究人员还推测，在这一瓶颈期内还发生一些重大事件，对现代人类产生了深远影响。比如，现代人、尼安德特人和丹尼索瓦人的共同祖先正是在这一瓶颈期形成的；这一瓶颈导致当时人类祖先约66%的遗传多样性丢失，可能对现代人类的健康造成重要影响。

在如此漫长的群体瓶颈期，人类祖先竟然能挺过来，不能不说是一个巨大的奇迹。好在研究人员利用非得酷理论发现，大约在81.3万年前，人类祖先的群体得以快速恢复，其群体规模增加了20倍，估计可能达到了2.7万人。研究人员推测人类祖先在79万年前学会了用火，可能是人类群体规模快速增长的重要原因之一，而气候变化有利于人类和其他物种的繁衍则是另一个重要原因。

之后，人类祖先并不是一路开挂，而是在演化历史中面临各种大大小小的人口群体瓶颈，好在都有惊无险地挺过来了。所以我们仍然可以说，人类的确是最幸运和最成功的人科物种。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：汤波

审核：叶盛

出品：中国科协科普部

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