别管当年规模大或小 探究尼安德特人为何会衰落

根据罗杰斯的说法,大约75万年前,尼安德特人和丹尼索瓦人的祖先从非洲出发走向广袤的欧亚大陆。期间有什么几乎导致其灭绝。遗传数据显示其人口规模经历了严重的瓶颈期。

但无论是什么导致了灾难,但这种古人类挺了过来,人口数量不断增长,在几千年的74万4千年前后,他们分化成两个独立的人种,也就是尼安德特人和丹尼索瓦人。

出品|网易科学人栏目组 晗冰

新的遗传学证据表明,尼安德特人的生存力要比我们想象的更强,与现代人类更接近

1856年,在查尔斯·达尔文(Charles Darwin)发表《物种起源》三年前,一批矿工在德国北部尼恩河谷(Neander Valley)的一个石灰岩洞穴中发现了一批人类化石,后来科学家将其命名为尼安德特人1号,这也是于另一种古老人类物种的第一个公认化石标本。

自此以后,作为现代人类的近亲,尼安德特人一直是科学家致力研究的对象。为此,专家主要依托两条证据链:一个是考古记录,也就是迄今为止已经发现分布在西班牙、英国再到阿尔泰山脉的数百个骨头和石头工具。

另外一个是基于统计模型的基因组数据和相关推论。

但是,两种证据所勾勒出的尼安德特人种完全不同。考古记录表明,大约有15万尼安德特人分布在欧洲和亚洲,主要以15到25人的小团体进行群居生活,而在五十万年前发生的几个气候周期(包括严酷的冰河时期)中,尼安德特人总数大幅波动,直至四万年前完全灭绝。

但遗传测序结果却完全不同。基于基因测序的结果预计尼安德特人的人口总数也就是千人上下,也有研究认为尼安德特人的数量徘徊在几千人上下(例如一项研究计算出尼安德特人种女性的人数要少于3,500名)。

不同的研究方式也显示出不同结果,要么尼安德特人口数量确实很低,或者总数可能很大,但长期以来一直在不断减少。但确定的是,在任何一种情况下,尼安德特人总是处于衰落之中;他们的灭绝似乎从一开始就是命中注定的。

威斯康星大学麦迪逊分校古人类学家约翰·霍克斯(John Hawks)说:“这两种研究结果的不相符合依旧是我们尚未解决的问题。“

然而,最近由犹他州大学人类学家和人口遗传学家艾伦·罗杰斯(Alan Rogers)领导的研究团队提出了一种新的遗传模式,可以解释这些差异性。

它得出的结论是,尼安德特人的数量要比通过之前遗传测序所估计的数量更多,就是说尼安德特人的种群更为庞大。它还填补了尼安德特人进化史中更多的空白,比如说他们最初如何与智人从共同祖先中分化出来,又如何在散居时再次遇到现代人。

作为一个物种,在许多方面尼安德特人可能比我们通常认为的更成功,就像我们现代人的进化历程一样。

在人口遗传学中,有效人口数量并不是衡量特定时间内生存人口总数的直接方法。它是一种衡量遗传多样性的方法。专家通过历史追溯个体DNA,找出和其基因组有相关性的两个后代之间DNA序列的差异性。

科学家会估计通过多少代相关性将基因拷贝分开。如果人口群体很小,两个个体与共同祖先间隔的代数相对较少,反之间隔的代数很多。 “令人惊奇的是,您可以从单个个体那里获得如此多的信息,”罗杰斯说。

长期以来科学家都认为,尼安德特人的遗传多样性水平很低。在现代非洲人中,每10,000个核苷酸中约11个是杂合的,这意味着染色体的两个拷贝中这11个核苷酸是不同的。

对于其他人种来说,每10,000个核苷酸中只有8个是杂合的。科学家通过数年研究确定,尼安德特人以及其姊妹种丹尼索瓦人(Denisovans)这一比例为万分之二。

加利福尼亚大学伯克利分校生物学家蒙哥马利·斯拉特金(Montgomery Slatkin)指出,“人口遗传学理论告诉我们,这意味着尼安德特人的人口规模较小”。

此前相关基因研究意味着全世界仅有2,000到3,000个尼安德特人,这与迄今为止发现的石头工具和化石密度完全不符。

“如果全世界真的只有1000个尼安德特人,”罗杰斯说,“很难相信会发现这么多化石。”

但遗传证据正是罗杰斯和他的同事们用来支持他们观点的证据。罗杰斯声称尼安德特人的有效人口达到数万人,他们的研究论文发表在上月的《国家科学院院报》上。

这个新结果的关键在于研究人员的假设。他们认为尼安德特人基因库更加多样化,但它被分为小的,孤立的,基因相似的各个独立群体。这种独立群体分布将会影响到此前所做出的遗传推论:像这样的估计只是描述了当地人口及其历史,但是错过了整个大局。

罗杰斯通过运用和扩展其他研究人员使用的人口混合模型来解决这一问题。他和他的团队不再分析单个个体的基因组,而是比较了现代非洲人,现代欧亚人,尼安德特人和丹尼索瓦人共同的遗传变体。

这个模型在早期被用于估计现代人类和尼安德特人间的交配融合程度。罗杰斯的主要创新是将丹尼索瓦人加入到人口混合模型中,并大大增加不同人类基因可以相互结合的途径。

这样做使他能够回答此前研究中面临的尼安德特人种群数量问题。

罗杰斯及其同事的发现相当于将尼安德特人的有效人口数量增加了十倍。虽然没有办法知道这个数字到底代表存在多少个尼安德特人,但至少可以迎合考古证据。

普林斯顿大学进化生物学家约书亚·阿克(Joshua Akey)说:“这项研究中的遗传学证据符合我们的考古记录。”

研究人员从基因序列及其改进模型中得出新的见解,了解了尼安德特人,丹尼索瓦人和现代人类如何增长缩小规模,相互分化,以及史前如何相互融合。

杜克大学人类学家史蒂文·丘吉尔(Steven Churchill)指出:“我们想描绘一个完美的图谱,能够完整展示出人类相关的整个故事。但是很明显,不同人种之间的关系要复杂得多。”

根据罗杰斯的说法,大约75万年前,尼安德特人和丹尼索瓦人的祖先从非洲出发走向广袤的欧亚大陆。期间有什么几乎导致其灭绝。遗传数据显示其人口规模经历了严重的瓶颈期。

但无论是什么导致了灾难,但这种古人类挺了过来,人口数量不断增长,在几千年的74万4千年前后,他们分化成两个独立的人种,也就是尼安德特人和丹尼索瓦人。

前者则进一步分裂成为遗传上有差异的各个小群体。

尼安德特人和丹尼索瓦人之间的分化令人惊讶,因为之前的研究中分化时间距离现代更近:例如2016年的研究将分化时间设定在45万年前。分化时间越早意味着我们最终找到的化石数量越多。

这一结论也改变了对已经发现的一些化石的解释。以在欧洲和亚洲发现的一种距今60万年的人类头骨为例,科学家将其主人命名为 “海德堡人”。

但古人类学家对于他们和其他人类的关系分歧很大,一些人认为他们是现代人类和尼安德特人的祖先,而另一些则认为他们是一个非独立物种,只是尼安德特人的一个分支。

罗杰斯的研究结果意味着海德堡人是早期的尼安德特人。他说:“我们估计的分化时间是如此之早,这一结论直接导致60多万年前生活在欧洲大陆的人类就是尼安德特人,至少从遗传学角度就是如此。 “

关于尼安德特人发展历史的新结论也非常类似于我们现代人类的迁徙历史。近5万年前,欧亚人与非洲人分化,期间经历了一个瓶颈期,在这个时期人口数量一样很少,然后在欧亚大陆发展成新人种,这就是所谓的非洲人类移徙理论。

罗杰斯说:“看起,尼安德特人和丹尼索瓦人在60万或70万年前发生了同样的分化。也一样符合非洲人类迁徙理论。”

尼安德特人的灭绝并不是什么秘密:让人无法忍受的漫长冰河时期以及人口的相对分散使他们无法支持强大的社会或一定的技术发展。霍夫斯说:“但人们的一个误解是,现代人类代表进步,现代人类是最好的,尼安德特人在我们之下。事实上当涉及到狩猎时,尼安德特人在极端环境下获取食物资源的能力要强于现代人类。”他补充说,“他们解决了我们甚至今天都无法应对的问题。他们在这么低的人口密度下如何生存了几十万年?这是我们从未能应对的事情。

在进行这项研究之前,罗杰斯曾认为,当现代人类进入尼安德特人的地盘时,其已经处于灭绝的边缘,他们的人口已经在减少且充斥着遗传疾病。 “现在我不再这么想了,”他说。

理解尼安德特人人口的真实结构可能有助于科学家更深入,更有效地挖掘这些古代人类的历史以及他们是如何与我们现代人类共存的。阿克表示,这为现代人类与尼安德特人之间的融合带来了一个新问题。

我们现代类体内的父系以及母系尼安德特人基因是否数量相等,还是有所偏差?

罗杰斯的工作和其他团体的相关研究也许对于改进当今的遗传学也有重要作用。他们的分析模型也可以应用于狗和马等其他物种。这种方法还可以帮助解释一些遗传疾病的成因及发展:尼安德特人基因与抑郁症,糖尿病,心脏病以及其他疾病都有关联。

罗杰斯的发现可能会有助于解释这些遗传变体是如何融入我们的基因。罗杰斯说:“如果你想研究遗传史,你首先需要掌控历史。“

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