日前，英國《自然》雜志評(píng)出十位“中國科學(xué)之星”，中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹研究員入選，因?yàn)樗龓椭匦聲鴮懥藲W洲最早的現(xiàn)代人類的歷史，并希望用古人類遺骸的DNA改寫亞洲的史前史。

那么，付巧妹等人做的工作究竟是什么？本版特約相關(guān)研究者向讀者做一介紹。

從尼安德特人基因含量下降入手

今年5月2日上線的《自然》文章《冰河時(shí)期的歐洲人群歷史》中，中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹研究員與來自美國、德國、意大利、愛爾蘭、西班牙等國同行，共同發(fā)表了一篇關(guān)于冰河時(shí)代歐亞人群遺傳演化的綜合研究文章，繪制出一幅關(guān)于冰河時(shí)代歐亞人群的遺傳圖譜，首次揭示了舊石器時(shí)代晚期歐亞地區(qū)完整的人口動(dòng)態(tài)變化情況。

雖然目前已知現(xiàn)代人類——智人是唯一存活至今的人類成員，但是根據(jù)目前的考古研究結(jié)果顯示，在遠(yuǎn)古時(shí)代，地球上存在過數(shù)量不少的古人類。在學(xué)術(shù)上，一般可以根據(jù)演化階段的不同將人類區(qū)分為古人類和現(xiàn)代人類。在智人誕生的時(shí)候，能人、魯?shù)婪蛉?、匠人和海德堡人已?jīng)成為了歷史。在歐洲，尼安德特人已經(jīng)生活了10萬年，丹尼索瓦人與尼安德特人分離，開始遠(yuǎn)征中東之旅。這些古人類很可能與現(xiàn)代人類的祖先生活過一段時(shí)間，并可能與現(xiàn)在人類祖先存在一定的基因交流。

時(shí)至今日，除非洲人外，其他現(xiàn)代人類的基因組中大概都有2%左右的尼安德特人的基因。研究人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代人中的尼安德特人基因含量在很短的時(shí)間里存在急劇的下降，可是基因含量下降的原因還是未解之謎。是不是尼安德特人與現(xiàn)代人類的祖先在這個(gè)時(shí)期就存在一定程度的交流？該研究就從這個(gè)時(shí)期的古人類化石入手。

末次盛冰期的嚴(yán)寒中發(fā)生了什么？

在距今2.5萬至1.4萬年前，地球上出現(xiàn)了嚴(yán)峻的末次盛冰期，這是末次冰期中氣候最為惡劣的階段，歐亞大陸上覆蓋著厚重的冰層，氣溫極其嚴(yán)寒。在這一時(shí)期，大陸上的植被發(fā)生更替，很多動(dòng)物如我們熟悉的猛犸象、披毛犀都走向了滅絕的末路。然而，這個(gè)階段卻是人類進(jìn)化過程中的關(guān)鍵階段。在這一時(shí)期，歐洲大陸上先后出現(xiàn)了的奧瑞納文化、格拉維特文化、馬格德林文化。這些都屬于歐洲大陸上的早期原始文化，具有能夠?qū)κ鬟M(jìn)行加工和利用等遺址特征，并產(chǎn)生了原始的藝術(shù)。這些聚集的原始人類是如何度過漫長嚴(yán)峻的冰期的？

有一個(gè)典型的例子是烏克蘭黑海北部出現(xiàn)的格拉維特文化，其特點(diǎn)是擁有能生存在寒冷北方的新技術(shù)，就是在沒有樹木的大草原上用猛犸象骨骼作為框架搭建帳篷。當(dāng)然，當(dāng)氣候環(huán)境進(jìn)一步惡化，大面積土地被冰層覆蓋，有的冰層達(dá)5公里厚，主要影響了歐洲中部和西北部地區(qū)。海平面比今天低，海岸線比例也不同。平均氣溫比現(xiàn)在低10至12攝氏度，氣候比現(xiàn)在更干旱。陸地上遍布著耐旱草種和沙丘，即使具有御寒的工具和技術(shù)，北歐也不適宜人類居住，因此，原始人類進(jìn)行了大規(guī)模遷徙，在南歐尋找避難所。在這一過程中，不同文化間的人類是否出現(xiàn)了交流，不同文化間的相似性是不是由于早期交流產(chǎn)生的？主要推動(dòng)力是技術(shù)的傳播還是人群遷徙？大范圍的氣候波動(dòng)如何對(duì)早期人類進(jìn)化產(chǎn)生影響？這些問題都是很吸引人的未解之謎。

創(chuàng)新的古DNA技術(shù)可在沙中淘金

在之前很長一段時(shí)間，古人類學(xué)相關(guān)研究主要是通過對(duì)現(xiàn)生人群的遺傳變異做溯源推導(dǎo)，這主要是由于利用傳統(tǒng)技術(shù)從古人類化石上提取DNA進(jìn)行測(cè)序分析具有極大的難度，一方面受制于DNA的保存狀況，另一方面也難以從支離破碎的基因片段中獲取有意義的信息。

值得欣喜的是，在本研究中，研究人員使用創(chuàng)新的古DNA技術(shù)將古人類DNA與大量來自土壤細(xì)菌的DNA相區(qū)別和分離，使得含量很低的人類DNA能夠辨識(shí)提純出來，從而成功富集了大量的細(xì)胞核DNA。該研究也為受困于大量微生物DNA混淆與污染的古代樣品分析開辟了新的道路，使得動(dòng)態(tài)研究多個(gè)個(gè)體成為可能。

在這項(xiàng)研究中，涵蓋了歐亞大陸上51個(gè)距今45000年至7000年間的個(gè)體，包含了上述提到的主要文化遺址(奧瑞納文化、格拉維特文化、馬格德林文化)的樣本。

3.7萬年前人類才和今天歐洲人有共同祖先

通過新技術(shù)對(duì)這些樣本的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，新石器時(shí)代之前的歐洲人群歷史非常復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，歐亞大陸最初出現(xiàn)的現(xiàn)代人，對(duì)當(dāng)代歐亞人的基因庫并沒有明顯的貢獻(xiàn)。只有到了約3.7萬年前，歐洲大陸上的人類才開始和今天的歐洲人存在共同的祖先。

其次，從3.7萬年前到1.4萬年前的古人類，所有的個(gè)體似乎都是從一個(gè)單一的祖先種群發(fā)展而來，目前沒有實(shí)質(zhì)性的證據(jù)表明有其他地方的基因進(jìn)來。有趣的是，在不同的格拉維特文化遺址中發(fā)現(xiàn)的個(gè)體，彼此并不存在更近的遺傳聯(lián)系。這表明，如果這種文化的相似性不是巧合，那么，它的傳播動(dòng)力可能反映了技術(shù)的傳播，而不是人群的擴(kuò)散。

研究人員通過比較4.5萬年前至今的已滅絕古人類尼安德特人和現(xiàn)代人的基因組，發(fā)現(xiàn)尼安德特人在歐洲人群里的基因含量在很短的時(shí)間里下降了1.5到3倍。然而在距今3.7萬年至1.4萬年間，歐洲人群相對(duì)單一，目前沒有實(shí)質(zhì)性的證據(jù)表明有其他地方的人類基因摻雜進(jìn)來。因此在這個(gè)時(shí)間段里，尼安德特人的基因含量的降低并非是因?yàn)槠渌巳旱幕旌隙♂屃四岚驳绿厝说幕蚝俊８赡艿慕忉屖亲匀贿x擇，在漫長進(jìn)化過程中尼安德特人基因中的不適于現(xiàn)代人生存的部分被自然選擇去除了，從而使得尼安德特人的基因含量隨著時(shí)間在這群有著單一祖先人群中降低了。比如會(huì)使生存率降低的致病基因，一個(gè)典型的例子是高頻率出現(xiàn)在東亞地區(qū)的二型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)與尼安德特人基因存在相關(guān)關(guān)系。

冰河時(shí)期歐洲人都是暗色皮膚棕色眼睛

研究人員還發(fā)現(xiàn)，比利時(shí)距今3.5萬年的個(gè)體不同于歐洲早期其他分支，它所代表的人口并沒有消失，它的后代在1.9萬年至1.4萬年前后再次擴(kuò)散。這可能代表著在冰期后期從歐洲西南部來的難民進(jìn)一步在大陸上尋找棲息地，進(jìn)行人類群體的擴(kuò)張，這個(gè)過程對(duì)冰期結(jié)束之前的人群進(jìn)化有很大貢獻(xiàn)。

而始于1.4萬年前的所有歐洲狩獵采集個(gè)體均表現(xiàn)出與近東人群的親近性(1.4萬年前的歐洲個(gè)體無此特點(diǎn))，與冰期之后的第一次顯著變暖時(shí)代有很大關(guān)聯(lián)。因此，1.4萬年前歐洲人群的變化間接反映了歐洲內(nèi)部與外界人群在冰期末期的遷移和融合。一個(gè)可能的場(chǎng)景是，在末次冰期后期，來自歐洲東南部或亞洲西部的難民在歐洲擴(kuò)散，他們共同影響了歐洲和近東人群的遺傳歷史。

與我們?nèi)粘ＵJ(rèn)知不同的是，在很長的一段時(shí)間，冰河時(shí)期的歐洲人都是暗色的皮膚和棕色眼睛。一直到1.4萬年前后藍(lán)色眼睛才開始大量出現(xiàn)在歐洲人群中，而白色的皮膚則在7000年前后大量出現(xiàn)。

歐洲人群在3.7萬年至7千年前之間可能發(fā)生多次人群更迭，其復(fù)雜程度并不亞于新石器農(nóng)業(yè)給歐洲人群帶來的影響;相關(guān)結(jié)果填補(bǔ)或修正了相關(guān)人類演化的過程細(xì)節(jié)，極大地推動(dòng)了歐亞地區(qū)人類演化研究。