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東亞人群如何適應“冰河時代”? 中國科學家解析遺傳圖譜和基因演化

欧盟经济部长会议呼吁强化内部市场一体化 2021-05-29 01:47:19 資訊 69799℃

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  中新網北京5月27日電 (記者 孫自法)提起幾萬年前的冰河時期,人們可能會聯想到動畫電影系列“冰河時代”中古代人類形象及當時共存現已滅絕的猛犸象、劍齒虎等卡通動物形象。

  “冰河時代”東亞人群真實生活狀態如何?他們怎樣適應距現在最近的極寒冷時期(即末次盛冰期,距今約2.65萬年至1.9萬年)天氣?這些問題長期以來備受學界關注。

末次盛冰期前后的東亞北部人群動態示意圖!⊙芯繄F隊 供圖
末次盛冰期前后的東亞北部人群動態示意圖!⊙芯繄F隊 供圖

  繪制4萬年來東亞北部人群動態演化圖譜

  中國科學家最新通過對時間跨度4萬年、涵蓋整個末次盛冰期的東亞早期人類古基因組數據進行研究,系統繪制出4萬年來東亞北部人群的群體動態演化圖譜,為探究“冰河時代”東亞北部人群的適應性遺傳變異情況及相關基因的選擇機制提供出新的思路和證據,也填補了東亞北部人群遺傳歷史的相關時間斷層研究空白。

  該研究結果表明,末次盛冰期之前,北京田園洞人相關人群3萬多年前就已在東亞北部廣泛存在;1.9萬年前東亞南北方人群已開始遺傳分化,比之前研究前推近萬年;黑龍江流域人群的遺傳連續性早在1.4萬年前就已開始,比此前研究前推6000年;東亞北部人群的適應性遺傳變異與東亞典型體征如更粗的毛發等有關。

付巧妹研究員、毛曉偉副研究員接受采訪,介紹最新研究進展及其意義與影響!≈行律缬浾 孫自法 攝
付巧妹研究員、毛曉偉副研究員接受采訪,介紹最新研究進展及其意義與影響!≈行律缬浾 孫自法 攝

  這一古人類研究重大發現由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)付巧妹研究員 團隊、云南大學張虎才教授 研究組合作完成,成果論文北京時間5月27日夜間由國際著名學術期刊《細胞》(Cell)在線發表。

  東亞時間跨度最長古基因組研究獲四大成果

  論文第一作者、中科院古脊椎所毛曉偉副研究員介紹說,本次研究在黑龍江省獲取到距今3.3萬年至3400年的25個早期人類樣本的古基因組數據(其中11例個體超過1萬年),通過最前沿的古基因組實驗技術進行分析,這也是迄今東亞時間跨度最長的古基因組研究,主要成果包括四個方面:

東亞北方人群遺傳混合結構模型!⊙芯繄F隊 供圖
東亞北方人群遺傳混合結構模型!⊙芯繄F隊 供圖

  一是結合付巧妹團隊此前北京田園洞人化石基因組序列展開演化遺傳學與群體遺傳學分析,發現距今約3.3萬年、基因組編號AR33K個體與4萬年前田園洞人的遺傳成分相似,表明在末次盛冰期之前,田園洞人相關人群在東亞北部廣泛存在。

  二是為進一步探究末次盛冰期氣候變化如何影響東亞北部人群,此次研究針對生存在末次盛冰期末期、距今1.9萬年的AR19K個體的古基因組展開分析。這是東亞首例末次盛冰期前后的人類基因組,其數據表明約1.9萬年前東亞北部人群發生了特殊變化,即之前廣泛存在的田園洞人相關人群可能消失,東亞古北方人群此時已在黑龍江出現。這一結果將此前研究所發現的東亞南北方人群遺傳分化的時間(9500年前)前推近萬年。

東亞北部人群的群體動態演化藝術想象圖。
東亞北部人群的群體動態演化藝術想象圖。

  三是東亞北部人群在末次盛冰期之后如何流動備受關注,研究團隊對黑龍江流域距今約1.4萬-9000年的16例個體基因組數據研究發現,黑龍江流域人群的遺傳連續性可能早在1.4萬年前就已經開始,比之前研究所提出的時間前推6000年。這項結論與黑龍江流域陶器和玉器最早出現在1.5萬年前的考古記錄相符。此外,該研究還發現生活在末次盛冰期后、距今1.4萬年前的AR14K個體更符合古西伯利亞人群(美洲之外與美洲原住民最相關的人群)所混有東亞祖源成分的基因來源。

  四是對東亞北部人群的適應性遺傳變異情況進行探索,此前研究發現其EDAR基因的V370A突變與東亞典型體征如更粗的毛發、更多的汗腺和鏟形門齒有關。這次研究通過對大規模的古東亞人群基因組研究,更直接、深入揭示出該基因的出現時間和可能的選擇機制。研究發現,除田園洞人及末次盛冰期之前的AR33K個體外,EDAR基因的V370A突變出現在包括AR19K在內的所有已知古東亞人群之中,這表明該基因的突變率在末次盛冰期快結束或之后不久就可能升高。

本次研究早期人類基因組樣本地理位置和年代信息!⊙芯繄F隊 供圖
本次研究早期人類基因組樣本地理位置和年代信息!⊙芯繄F隊 供圖

  針對東亞人群古基因組研究快速發展

  付巧妹指出,研究表明,冰河時期尤其是末次盛冰期的氣候變化對歐洲人群的遷徙和種群大小變化構成影響,考古證據表明其對亞洲高緯度和高海拔地區的人群歷史也有類似影響,但缺少相關遺傳學證據與針對性研究!霸谶@一時期,尤其是末次盛冰期前后的東亞北部人群是否因氣候的劇烈變化而發生相應人群的更替或遷徙交流?東亞人群是否攜有與這一時期環境適應性相關的特有基因?這些都是關于東亞人遺傳構成亟待探索而頗具挑戰的關鍵問題”。

  她表示,隨著古基因組技術與遺傳學分析手段的不斷進步,以及古基因組專業團隊與考古機構多方、跨學科合作,針對東亞人群的古基因組研究正快速發展。這次研究首次在東亞地區開展4萬年跨度的大規模人類古基因組研究,并首次利用古基因組在適應性方面探究東亞人群重要表性特征的演化來源,揭示出東亞北部距今4萬至3400年的人群動態遺傳歷史,將為進一步探索東亞人群與環境的關系提供重要遺傳學證據。(完)

【編輯:田博川】

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