來源：Science
編輯：好睏
【新智元導讀】人類基因組草圖發表20週年之際，Science發表紀念特刊。其中，來自中科院古脊椎所的團隊系統地梳理了過去十餘年來古人類基因組研究的進展。
1990年，人類基因組計劃啟動，2001年，長達30億鹼基對的人類基因組草圖繪製完成。
在人類基因組公佈後的20年裡，遺傳學的進步飛速發展。
然而，儘管有了這些進步，我們仍然缺乏能力來預測個人的遺傳基因組是如何促成衰老、複雜疾病，甚至一些單基因疾病。
(左邊）1至22號染色體以及X和Y染色體，（中間）染色體特徵和染色密度，（右邊）與孟德爾疾病有關的基因和癌症中發現的基因突變
本次Science特刊上共有4篇關於人類基因組的研究報告。
其中，中科院古脊椎所的研究員系統地梳理了過去十餘年來古人類基因組學研究的發展。
從滅絕的現代人近親開始
在過去的十年裡，DNA測序技術和實驗室製備協議的最新進展迅速擴大了古代DNA研究的範圍，在時間上和地理上都是如此。
這種新型的資料使我們能夠研究人類人口動態的深層過去，並使目前對我們現在的理解更加清晰。
古代DNA領域的持續發展改變了我們對人類遺傳歷史的理解，使我們能夠一窺過去幾千年來全球人類的遺傳歷史。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8202
到20世紀80年代末，人們發現DNA可以在生物體死亡後長期存活，不過是高度降解的，而且經常發生化學變化。
此外，早期對aDNA特徵的嘗試僅限於短的DNA片段。
但隨著HTS技術的進步以及對DNA降解更深入的理解，因此在2010年，三個古基因組草圖得到發表：一個尼安德特人、一個丹尼索瓦人，以及一個來自格陵蘭島的一個4千年的現代人。
近年來，已測序的古人類基因組的數量成倍增長。
2021年6月前公佈的古人類基因組
早期現代人的多樣性
對尼安德特人和丹尼索瓦人常染色體的分析表明，他們之間的關係比現代人更加密切。
從共享遺傳變體的水平來看，估計古人類在大約55萬年前與現代人分離，尼安德特人和丹尼索瓦人在大約40萬年前相互分離。
在現今的人口中廣泛檢測到與尼安德特人和丹尼索瓦人的基因混雜。
東亞人的基因組中含有的尼安德特人祖先的數量高於西方歐亞人（分別為2.3-2.6%和1.8-2.4%）。
不過，在校正了向非洲人口的回遷之後，非洲以外的人口中尼安德特人祖先的水平差異較小。
古人類和早期現代人的人口歷史
非洲
遺傳資料強烈支援現代人起源於非洲，早期現代人類體的形態表明在更新世的非洲有地理上分散的種群。
根據對遺傳多樣性和分化時間的估計，已經提出了許多地點，包括在南非、西非、東非和中非。
據推測，現代人是從一個相互聯絡的泛非洲人類中出現的，但還需要進一步的證據來檢驗這一模式。
在大約25萬年前到20萬年前之間的某個時間，對早期現代人類祖先有貢獻的五個主要分支在短時間內開始相互分裂。
歐亞大陸
早在約4萬5千年前時就生活在歐亞大陸的早期現代人已經獲得了基因組資料。
其中一些品系沒有顯示出與後來人類的遺傳連續性，而其他品系則可能與現今的人類人類有遺傳聯絡。
古代歐洲人的祖先在今天的西歐亞人中被發現，其代表是來自歐洲的兩個3.7萬至3.5萬前的個體。
古代北西伯利亞人與西歐亞人分化，與早期西歐亞人和早期東亞人都有親緣關係。
此外，古代北歐亞人，與美洲原住民密切相關，這一點由現今俄羅斯的一個約兩萬4千年前的個體所顯示。
在東亞，來自現今中國的田園洞人一個約4萬年前的個體代表了一個與現今亞洲人有關的人類。
儘管我們目前對這些早期的知識瞭解甚少，但很明顯，隨著時間的推移，整個歐亞大陸的人口結構不斷增加，人口互動越來越多，移民越來越多。
隨著來自早期歐亞大陸的古人類基因組的增加，我們開始拼湊歐亞大陸的更新世人口歷史。
最近透過對保加利亞約4.6萬到4.3萬年前個體的基因組分析，發現了一個與田園洞人和GoyetQ116-1都有聯絡的群體。
末次冰盛期
末次冰盛期是歐洲、東亞和西伯利亞環境條件惡劣的時期。
在末次冰盛期之後，來自不同歐洲避難地的狩獵採集者之間觀察到了混雜現象。
在東亞，與田園洞人有關的祖先和來自阿穆爾的一個約3.3萬年前的個體在末次冰盛期之前廣泛分佈於東亞北部。
與歐洲和東亞的情況類似，西伯利亞的人口也發生了變化，早期現代人至少在4.5萬年前時就已定居。
在末次冰盛期之後，攜帶古代北西伯利亞人和古代北歐亞人血統的人被古代西伯利亞人所取代，範圍從西伯利亞東北部到貝加爾湖以南。
在末次冰盛期之後，出現了一個更溫暖和更穩定的氣候，從這個時期開始，人類人口動態的特點是一系列的快速擴張、遷移、互動和替換。
人口流動的模式因地區而異，有些基本上限於長期的人口連續性和內部互動（如東亞大陸和澳大利亞），有些則以反覆出現的人口混雜和替換為主（如歐洲和歐亞草原）。
末次冰盛期之後全球的主要人口動態
在目前的現代人類種群中，非洲人的遺傳多樣性是最高的。
古代基因組顯示，一些早期非洲人在遺傳上與近東人口有聯絡。
在大約5到1千年之間，撒哈拉以南非洲的牧民和農民之間發生了多次混雜事件，產生了今天的東非人口。
可以說，近期非洲人口史上最重要的事件之一是與西非有關的班圖人的散佈。它呈現了已知的最大的農耕人口擴張事件之一，並將農業和西非相關的祖先傳播到撒哈拉以南非洲的大部分地區。
此外，遺傳學和考古學證據支援牧民從非洲東部向南部擴張。
到目前為止，已經重建了6000多個古代基因組，但我們只是觸及了人類歷史的表面，還有許多空白有待填補。
由於獲取和儲存方面的差異，絕大多數的古基因組（特別是那些超過3萬年的）都來自歐亞大陸北部，非洲、亞洲、美洲和大洋洲的取樣有限。
遺傳學和考古學證據表明，人類探索、生存和居住在各種環境中，包括極其嚴酷的北極條件。
對過去的詳細重建，特別是對諸如在末次冰盛期遇到的挑戰性條件，將有助於揭示人類對極端環境的適應。
雖然本文的重點是人類的進化，但對人類病原體的aDNA研究可以瞭解病原體的進化和宿主與病原體之間的相互作用，從而更好地瞭解我們對傳染病原體的適應情況。
作者介紹
本論文第一作者中科院古脊椎所劉逸宸特別研究助理，毛曉偉副研究員，通訊作者為付巧妹研究員。
付巧妹
中國科學院脊椎動物演化與人類起源重點實驗室副主任，古DNA實驗室主任。
2007年在西北大學獲理學學士學位，2009年在中國科學院研究生院獲碩士學位，2013年在德國馬克思.普朗克進化人類研究所獲演化遺傳學博士學位。
2010年1月起，負責中國科學院古脊椎動物與古人類研究所中德人類演化與科技考古聯合實驗室古DNA平臺；先後在德國馬普進化人類學研究所和美國哈佛醫學院從事博士後研究工作。
目前她在國際核心期刊發表重要論文40餘篇，其中高影響論文有31篇，在Nature、Science、Cell期刊發表20篇，論文總IF超過500，引用次數超過3000次。
相關成果入選Nature「2014年度十大科學事件」、「2016年度中國古生物學十大進展」等。
因成果顯著，她被《Nature》評為「中國十大科學之星」之一，被CCTV評為「中國科技創新人物」之一，入選發展中國家科學院（TWAS）青年通訊院士、國家傑出青年科學基金資助專案。
並獲得了「美國HHMI國際青年科學家獎」、「第十五屆中國青年科技獎-特別獎項」、騰訊「科學探索獎」，主持科技部國家重點研發計劃專案等。
參考資料：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm1359
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8202
http://www.ivpp.cas.cn/sourcedb_ivpp_cas/zw/rck/yjy/201605/t20160513_4601203.html
https://mp.weixin.qq.com/s/wlYCRCOGq3scVjryzsP_qQ
