原创 天体部落长老 天然主义者部落 2022-04-02 22:16
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Jenne 自然部落：来自世界各地的现代和古代基因组测序彻底改变了我们对人类历史和进化的理解。
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古代 DNA 有助于揭示 50,000 年前非洲的社会变化，这些变化塑造了人类的故事
作者：伊丽莎白·索丘克、杰西卡·汤普森、玛丽·普伦德加斯特2022 年 2 月 24 日
今天在地球上活着的每个人都是非洲狩猎采集者的后裔。非洲大陆是人类起源和独创性的摇篮，随着每一个新的化石和考古发现，我们更多地了解我们共同的非洲历史。此类研究往往集中在我们的物种智人在8万 至 6万 年前扩散到其他陆地的时间。但在那之后非洲发生了什么事，为什么我们没有更多地了解留下来的人呢？
与过去的文物一起，古代 DNA 可以填充关于我们远古祖先的详细信息。图片来源：Nina R/维基共享资源，CC BY
我们的新研究由来自 12 个国家的 44 名研究人员组成的跨学科团队进行，有助于回答这些问题。通过对生活在 18,000 年前的人们的古代 DNA (aDNA) 进行测序和分析，我们将来自撒哈拉以南非洲的测序 aDNA 的年龄测试上限大约翻了一倍。这些遗传信息有助于像我们这样的人类学家 更多地了解很久以前的现代人是如何在非洲迁徙和融合的。
追溯我们在非洲的人类历史
从大约 30 万年前开始，与我们相似的非洲人——解剖学上最早的现代人——也开始以看起来非常人性化的方式行事。他们制造了新的石器工具，并开始长达400 公里的原材料运输，也可能是通过贸易网络。到 14万 至 12万 年前，人们用兽皮制作衣服，并开始用穿孔的海贝珠装饰自己。
人们躲在天然的岩石悬挑中，留下了他们日常活动的考古记录
人们躲在天然的岩石悬挑中，留下了他们日常活动的考古记录——有时还有他们的坟墓。通过仔细挖掘，考古学家可以将来自 aDNA 的信息与这些人的社会生活信息联系起来。图源：雅各布·戴维斯，CC BY-ND
虽然早期的创新以拼凑的方式出现，但更广泛的转变发生在大约 5万 年前——大约在同一时间，人们开始迁移到像澳大利亚这样遥远的地方。新型石器和骨制工具变得普遍，人们开始制作和交换鸵鸟蛋壳珠。虽然非洲的大多数岩石艺术都没有确定日期，年代久远且风化严重，但考古遗址赭石颜料的增加暗示着艺术的爆炸式增长。导致这种转变的原因，被称为石器时代晚期的转变，一直是考古学上的一个长期谜团。为什么之前在非洲零星出现的某些工具和行为会突然变得普遍？这是否与人数的变化或他们的互动方式有关？
深入过去的挑战
考古学家主要通过人们留下的东西来重建过去的人类行为——他们的食物、工具、装饰品，有时甚至是他们的身体。这些记录可能会累积数千年，从而形成长期平均水平的日常生活视图。然而，仅从考古记录来看，很难研究古代人口统计学或人口如何变化。这就是 DNA 可以提供帮助的地方。当结合来自考古学、语言学以及口述和书面历史的证据时，科学家们可以根据哪些群体具有遗传相似性，拼凑出人们是如何迁徙和互动的。
鸵鸟蛋壳制成的珠子是热门的贸易商品，可以显示古代社交网络的范围。图源：詹妮弗·米勒，CC BY-ND
但来自今天非洲人的 DNA 无法讲述整个故事。在过去的 5000 年里，由于放牧和农业的传播、城市的发展、古代流行病以及殖民主义和奴隶制的蹂躏，非洲人群体发生了变化。这些过程导致一些谱系消失，并将其他谱系聚集在一起，形成新的种群。
用今天的 DNA 重建古老的基因图景，就像阅读一封被遗漏在雨中的信：有些词在那里但模糊不清，有些则完全消失了。研究人员需要来自考古人类遗骸的古代 DNA 来探索不同地点和时代的人类多样性，并了解是什么因素塑造了它。不幸的是，来自非洲的 aDNA 特别难以恢复，因为非洲大陆横跨赤道，高温和潮湿会降解 DNA。虽然来自欧亚大陆的最古老的 aDNA 大约有 40万 年的历史，但迄今为止来自撒哈拉以南非洲的所有序列都不到 9,000 年。
打破“热带天花板”
因为每个人都携带着从他们祖先的几代人那里继承下来的遗传基因，所以我们的团队能够使用生活在 18,000 至 400 年前的个体的 DNA 来探索早在过去 8万 至 5万年前人们是如何相互作用的。这让我们第一次能够测试人口变化是否在后石器时代的过渡中发挥了作用。
所有已发表的古代基因组的地图，黑点按个体基因组的数量缩放。蓝点表示晚期石器时代的觅食者与我们研究中的觅食者相当。红星表示我们研究中首次报告的个体。插图强调了非洲与世界其他地区在已发表的古代基因组方面的差距。保存在北回归线和黄道第十宫之间的古代 DNA 非常罕见。图源：玛丽·普伦德加斯特；自然地球的底图，CC BY-ND
我们的团队对埋葬在现在坦桑尼亚、马拉维和赞比亚的六个人的 aDNA 进行了测序。我们将这些序列与之前研究的 28 个人的 aDNA 进行了比较，这些人埋在从喀麦隆到埃塞俄比亚再到南非的地点。我们还为这些人中的 15 人生成了新的和改进的 DNA 数据，试图从少数古代非洲人中提取尽可能多的信息，这些人的 DNA 保存得很好，可以进行研究。这创造了迄今为止最大的基因数据集，用于研究古代非洲觅食者——狩猎、采集或捕鱼的人——的种群历史。我们用它来探索在过去几千年的巨大变化之前存在的人口结构。
DNA参与了这场长期的辩论
我们发现，人们确实在晚期石器时代转变期间改变了他们行动和互动的方式。尽管相隔数千公里和数千年，但这项研究中的所有古代个体都来自相同的三个种群，这三个种群与古代和现代的非洲东部、南部和中部的族群有关。南至赞比亚的东非血统和北至肯尼亚的南非血统的存在表明人们正在长途迁移并与远离出生地的人生育孩子。这种人口结构可能出现的唯一方法是人们在数千年中长距离迁徙。
考古遗迹的恢复和分类是一个缓慢而费力的过程，即使是小碎片也能讲述大故事。图源：切尔西·史密斯，CC BY-ND
此外，我们的研究表明，几乎所有古代东非人都与今天生活在中非热带雨林中的狩猎采集者共享数量惊人的基因变异，这使得古代东非成为真正的基因大熔炉。我们可以看出，这种混合和迁移发生在大约 5万年前，当时中非觅食者种群出现了重大分裂。
我们还注意到，我们研究中的个体在遗传上最像他们最近的地理邻居。这告诉我们，在大约 2万 年前之后，一些非洲地区的觅食者几乎完全是在当地寻找他们的伴侣。这种做法一定非常流行并且持续了很长时间，因为我们的研究结果表明，一些群体在几千年的时间里仍然在遗传上独立于他们的邻居。在马拉维和赞比亚尤其明显，我们发现的唯一密切关系是在同一地点同时埋葬的人之间。
我们不知道为什么人们又开始“在当地生活”。随着上一个冰河时代在大约 26,000 至 11,500 年前达到顶峰和减弱，不断变化的环境可能使在离家更近的地方觅食变得更加经济，或者可能是复杂的交换网络减少了人们携带物品旅行的需要。或者，可能出现了新的群体身份，重组了婚姻规则。如果是这样，我们预计会看到手工艺品和其他传统（如岩石艺术）多样化，特定类型聚集到不同的地区。事实上，这正是考古学家所发现的——一种被称为区域化的趋势。现在我们知道，这种现象不仅影响了文化传统，也影响了基因的流动。
新数据，新问题
与往常一样，aDNA 研究提出的问题与答案一样多。在整个非洲东部和南部发现的中非血统促使人类学家重新考虑这些地区在遥远的过去是如何相互关联的。这一点很重要，因为中部非洲的考古研究仍然不足，部分原因是政治、经济和后勤的挑战使那里的研究变得困难。
此外，虽然遗传证据支持 5万年前非洲的人口结构的重大转变，但我们仍然不知道关键驱动因素。要确定是什么引发了晚期石器时代的转变，需要对区域环境、考古和遗传记录进行更仔细的检查，以了解这一过程是如何在撒哈拉以南非洲展开的。最后，这项研究清楚地提醒我们，研究人员仍然可以从非洲博物馆收藏的古代个人和文物中学到很多东西，并强调了管理这些藏品的策展人的关键作用。虽然这项研究中的一些人类遗骸是在过去十年中发现的，但其他人的遗骸已经在博物馆中保存了半个世纪。
尽管技术进步正在推迟 aDNA 的时间限制，但重要的是要记住，科学家们才刚刚开始了解非洲过去和现在的人类多样性。
简介
古代 DNA 揭示了早期非洲人如何生活、旅行和互动的惊喜
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人类的祖先起源于非洲，他们是如何走遍世界的？
《自然》杂志的一份基因分析报告显示，非洲之外所有人类的祖先都可以追溯到5万年到8万年前离开非洲的一批人。
大约15万年前，在东非分化出了很多人种与部落，其中就已经包含了现在的黑、棕、黄、白四个人种的祖先。大约发生在10万年之前，那些棕色人、黄种人开始向世界扩散。
10万年前，地球处于冰川期，大部分陆地被冰川覆盖。整个海平面比现在低120米左右，许多海床裸露在地面。在东非，各个部落拥挤在这块炙热的土地上，抢夺着有限的食物，一部分人开始走出非洲。
4万5千年前，人类已通过北非进入了欧亚大陆。5万年前，棕色人占领了南亚和东南亚的陆地和岛屿。在之后的几万年里，散漫的捕捞捡食生活让他们沿着无边的海岸线，一路走到东亚，之后可能穿过白令海峡到达北美和南美洲。
黄种人走出非洲的时间要比棕色人晚了近5万年。但他们的扩散速度很快。在3、4万年前，中国陆地上的许多山脉被积雪常年覆盖。棕色人种早于黄色人种在黄河、长江流域活动，在东南亚的缅甸一带，黄种人的部落已经取得一定势力，棕色人不断沿海岸线退缩，或者躲进山区。 其中一支沿着云贵高原西侧向北跋涉，在距今1万年前的时候到达了河套地区，黄河中上游的盆地。另一个亚群被称为藏缅语族群体。他们或是战败、或是寻找食物离开黄河流域，向西向南迁移，最后在喜马拉雅山脉南北居住下来。在迁徙的过程中，这个群体就像细胞在不断裂变，分化出了藏、彝、景颇。
走出非洲的人类有变化吗，现在我们还在继续进化吗？
约5万年前，我们人类离开了非洲祖先的故土。当人类的祖先用简单的石器和采猎者的生活方式，首次从非洲大陆扩张开来时，我们人类真的还是原来的自己吗？这是个简单的问题，却有着复杂的答案。答案可以是“不是”、“是”、“是也不是”，或“有可能”。
观点1：人类进化已停止在大约4万年以前，当我们智人忙于替代欧洲的穴居人时，考古学记录显示人类发生了一次大跃进。我们开始绘制洞穴壁画，制作珠宝、雕塑，发明更好的工具和武器。根据古尔德和其他学科的思想家们的说法，我们的进化从那时以来成为了纯粹的文化上的演化。这种思维模式支配了几十年。
认为我们的自然进化停止的最大理由是，我们人类属于同一物种。现代人自从20万年前首次出现以来，并没有分化出其他物种。当今任何一个地球人，理论上可以和任何其他种族的异性通婚，尽管个人或种族间在外观特征上有明显的差别。
在人类基因组计划和相关研究之前，科学家还无法提供近代人类进化的确切证据。他们同意这种见解：4万年前的文明大跃进，将人类从自然选择的压力中解放了出来。
我们做衣服而不是留长发；我们精心打造更好的武器而不是变得更强壮；我们通过语言将知识流传下来，而不是从头再发现。从遗传学角度来看，科学家认为人类的进化几乎已经停止了。
有些遗传学家也主张人类已经停止进化了，伦敦大学学院的史蒂夫琼斯就是其中之一。然而琼斯承认自然选择仍然支配着部分第三世界国家，尤其是非洲，选择压力倾向于产生基因突变，使不断与致命的疾病作斗争的人们受益。他认为，在发达国家，人类进化“真的结束了”。
琼斯说，首先，除了极少例外，生存在发达国家不再取决于个人的基因。医学和技术的发达，使98%或更多的婴儿能存活下来，直到长大成人并复制和传递他们的DNA。而且，过去住在小而孤立群体中的人们能够快速地通过随机遗传产生突变，而当今的人们大多住在大而渐增的全球种群中，这样的突变方式已经很少了。
琼斯也注意到，在工业化国家人口数量几乎没有增长。在过去，单个强大的男性能够随心所欲地生育孩子，对人类基因库的构成产生了相当大的地域性影响。
例如，2013年，牛津大学的研究人员从当今蒙古横穿到亚洲中部的人类DNA中，鉴定出了成吉思汗的Y染色体，说明他有许多的后宫。（Y染色体在从父亲到儿子的传递过程中没有改变，所以可以通过基因组追溯。）琼斯说：现今大部分西方国家的家庭没有孩子，或者只有一个、两个或者几个孩子，再也不会出现像成吉思汗那样妻妾、子孙成群的男性了。
其他专家认为，自1万年前人类发展了农业，我们的生物进化不仅继续进行着，并且在不断加速中，翻天覆地的变化导致了我们所知的文明。犹他大学的人类学家亨利哈朋丁和物理学家出生的进化生物学家格里高利科克伦，在他们2019年出版的《一万年之大爆炸：文明是如何加速人类演化的》一书中，强有力地论证了这个观点。
哈朋丁和科克伦以及他们的同事们使用现有的几种技术，搜寻人类基因组中近期的选择标志，他们推断人类7%的基因似乎处于进化压力中。此外，他们还主张，人类的进化是相互独立的。
哈朋丁说：“这些看似最新的、进化最快的基因是区域性的，而不是泛人类的。”也就是说，并不是所有人，而只有一部分人有类似亚洲北部人的上眼睑，印度南部德拉威人的黑皮肤，或者很多北欧人的蓝眼睛等等这样的特征。
哈朋丁和科克伦还认为，与穴居人杂交可能使人类获得了激发文化飞跃的基因。他们提出，FOXP2基因是一种与语言文字有关联的基因。一个欧洲团队于2017年发表了一篇论文，报道穴居人与我们分享了完全相同的FOXP2蛋白突变版本。
但我们获得FOXP2蛋白的时间显然比穴居人要晚，大约是在4万年前。唯一的解释是我们从穴居人那里获得了FOXP2基因。
他们还假设欧洲的犹太人在智力方面有遗传优势，他们在金融行业的成功起因于选择压力。他们提供了惊人的数字——例如，犹太人在美国的数量不超过总人口的3%，却囊括了40%的美国诺贝尔科学奖和经济学奖。
研究认为，在中世纪，大约公元800年至1600年，欧洲犹太人的生活方式使他们的基因得到了强化。相比做粗活来说，犹太人更倾向于做认知性并具有挑战性的工作。他们不与外族通婚，犹太家庭越成功，就会有越多的幸存子女。
进化的确凿证据当然了，推测虽然刺激，但是在科学领域，实验性证据最重要。在基因组学领域，科学家已经开始通过“国际基因组单体型图计划”这样的标志性工程提供证据。
这个数据提供了270名具有尼日利亚、日本、中国汉族以及北欧血统的人在遗传差异方面的详细数据。研究人员已经可以认真地寻找近代人类进化的迹象，这包括搜寻出基因的遗传模式，捕捉特殊疾病的基因，甚至确定某些突变起源的地理位置。
基因证据显示，这种突变大约8000年前首先出现在北欧。最近，莎拉迪西考夫领导的小组发现了三种新的突变，生活在东非的三个不同人群，每个都有消化乳糖的能力。他们彼此互相独立，且不依赖于原先的欧洲人的突变，说明自然能用不同的方式解决同样的问题。
最近的出现的一些基因，显示其与抵御某些传染性疾病相关。早在1950年代，研究者们就在血红蛋白基因中发现了镰状红细胞的突变，它能够抵御疟疾。
在基因中寻找这类变异的技术，每时每刻都在进步。帕迪丝萨博提是哈佛大学的进化生物学家，研究关于拉沙热的两种基因间的联系。
人类大脑是否也有进化的迹象？显然有。例如，2015年，芝加哥大学的遗传学家蓝田博士发现，基因的两个变种microcephalin和ASPM，在大脑发育过程中发挥了作用，似乎在近期经历了强烈的自然选择。不过，蓝田无意中使自己陷入了困境，因为他提到这些看似有益的突变在欧亚人群中很普遍，而在非洲人中却很少。
对于“我们是否还在进化”这个问题的答案，大多数科学家似乎达成了基本协议，那就是，几乎没人声称我们一点都没进化。自然选择的基因证据很强，而且变得越来越强——少到单个突变，多到几个基因，都给人类带来了益处，并随着时间的流逝在种群中扩散开来。
同样地，也几乎没有人说我们已经进化到足以能成为科幻小说里的圆头超人，或者足以分化成多个人类物种，甚至也很难说我们正变得越来越聪明。正如品柯所说：“我们现在面对的是自己的快照，我们还得在接下来的几千年里继续这场电影。”
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