別管當年規模大或小 探究尼安德特人為何會衰落

出品|網易科學人欄目組 晗冰別管當年規模大或小 探究尼安德特人為何會衰落
新的遺傳學證據表明,尼安德特人的生存力要比我們想象的更強,與現代人類更接近1856年,在查爾斯・達爾文發表《物種起源》三年前,一批礦工在德國北部尼恩河谷的一個石灰岩洞穴中發現了一批人類化石,後來科學家將其命名為尼安德特人1號,這也是於另一種古老人類物種的第一個公認化石標本。自此以後,作為現代人類的近親,尼安德特人一直是科學家致力研究的對象。為此,專家主要依託兩條證據鏈:一個是考古記錄,也就是迄今為止已經發現分佈在西班牙、英國再到阿爾泰山脈的數百個骨頭和石頭工具。另外一個是基於統計模型的基因組數據和相關推論。但是,兩種證據所勾勒出的尼安德特人種完全不同。考古記錄表明,大約有15萬尼安德特人分佈在歐洲和亞洲,主要以15到25人的小團體進行群居生活,而在五十萬年前發生的幾個氣候周期中,尼安德特人總數大幅波動,直至四萬年前完全滅絕。但遺傳測序結果卻完全不同。基於基因測序的結果預計尼安德特人的人口總數也就是千人上下,也有研究認為尼安德特人的數量徘徊在幾千人上下。不同的研究方式也顯示出不同結果,要麼尼安德特人口數量確實很低,或者總數可能很大,但長期以來一直在不斷減少。但確定的是,在任何一種情況下,尼安德特人總是處於衰落之中;他們的滅絕似乎從一開始就是命中注定的。威斯康星大學麥迪遜分校古人類學家約翰・霍克斯說:“這兩種研究結果的不相符合依舊是我們尚未解決的問題。“然而,最近由猶他州大學人類學家和人口遺傳學家艾倫・羅傑斯領導的研究團隊提出了一種新的遺傳模式,可以解釋這些差異性。它得出的結論是,尼安德特人的數量要比通過之前遺傳測序所估計的數量更多,就是說尼安德特人的種群更為龐大。它還填補了尼安德特人進化史中更多的空白,比如說他們最初如何與智人從共同祖先中分化出來,又如何在散居時再次遇到現代人。作為一個物種,在許多方面尼安德特人可能比我們通常認為的更成功,就像我們現代人的進化歷程一樣。在人口遺傳學中,有效人口數量並不是衡量特定時間內生存人口總數的直接方法。它是一種衡量遺傳多樣性的方法。專家通過歷史追溯個體DNA,找出和其基因組有相關性的兩個後代之間DNA序列的差異性。科學家會估計通過多少代相關性將基因拷貝分開。如果人口群體很小,兩個個體與共同祖先間隔的代數相對較少,反之間隔的代數很多。 “令人驚奇的是,您可以從單個個體那裡獲得如此多的信息,”羅傑斯說。長期以來科學家都認為,尼安德特人的遺傳多樣性水平很低。在現代非洲人中,每10,000個核苷酸中約11個是雜合的,這意味着染色體的兩個拷貝中這11個核苷酸是不同的。對於其他人種來說,每10,000個核苷酸中只有8個是雜合的。科學家通過數年研究確定,尼安德特人以及其姊妹種丹尼索瓦人(Denisovans)這一比例為萬分之二。加利福尼亞大學伯克利分校生物學家蒙哥馬利・斯拉特金指出,“人口遺傳學理論告訴我們,這意味着尼安德特人的人口規模較小”。此前相關基因研究意味着全世界僅有2,000到3,000個尼安德特人,這與迄今為止發現的石頭工具和化石密度完全不符。“如果全世界真的只有1000個尼安德特人,”羅傑斯說,“很難相信會發現這麼多化石。”但遺傳證據正是羅傑斯和他的同事們用來支持他們觀點的證據。羅傑斯聲稱尼安德特人的有效人口達到數萬人,他們的研究論文發表在上月的《國家科學院院報》上。這個新結果的關鍵在於研究人員的假設。他們認為尼安德特人基因庫更加多樣化,但它被分為小的,孤立的,基因相似的各個獨立群體。這種獨立群體分佈將會影響到此前所做出的遺傳推論:像這樣的估計只是描述了當地人口及其歷史,但是錯過了整個大局。羅傑斯通過運用和擴展其他研究人員使用的人口混合模型來解決這一問題。他和他的團隊不再分析單個個體的基因組,而是比較了現代非洲人,現代歐亞人,尼安德特人和丹尼索瓦人共同的遺傳變體。這個模型在早期被用於估計現代人類和尼安德特人間的交配融合程度。羅傑斯的主要創新是將丹尼索瓦人加入到人口混合模型中,並大大增加不同人類基因可以相互結合的途徑。這樣做使他能夠回答此前研究中面臨的尼安德特人種群數量問題。羅傑斯及其同事的發現相當於將尼安德特人的有效人口數量增加了十倍。雖然沒有辦法知道這個數字到底代表存在多少個尼安德特人,但至少可以迎合考古證據。普林斯頓大學進化生物學家約書亞・阿克說:“這項研究中的遺傳學證據符合我們的考古記錄。”研究人員從基因序列及其改進模型中得出新的見解,了解了尼安德特人,丹尼索瓦人和現代人類如何增長縮小規模,相互分化,以及史前如何相互融合。杜克大學人類學家史蒂文・丘吉爾指出:“我們想描繪一個完美的圖譜,能夠完整展示出人類相關的整個故事。但是很明顯,不同人種之間的關係要複雜得多。”根據羅傑斯的說法,大約75萬年前,尼安德特人和丹尼索瓦人的祖先從非洲出發走向廣袤的歐亞大陸。期間有什麼幾乎導致其滅絕。遺傳數據顯示其人口規模經歷了嚴重的瓶頸期。但無論是什麼導致了災難,但這種古人類挺了過來,人口數量不斷增長,在幾千年的74萬4千年前後,他們分化成兩個獨立的人種,也就是尼安德特人和丹尼索瓦人。前者則進一步分裂成為遺傳上有差異的各個小群體。尼安德特人和丹尼索瓦人之間的分化令人驚訝,因為之前的研究中分化時間距離現代更近:例如2016年的研究將分化時間設定在45萬年前。分化時間越早意味着我們最終找到的化石數量越多。這一結論也改變了對已經發現的一些化石的解釋。以在歐洲和亞洲發現的一種距今60萬年的人類頭骨為例,科學家將其主人命名為 “海德堡人”。但古人類學家對於他們和其他人類的關係分歧很大,一些人認為他們是現代人類和尼安德特人的祖先,而另一些則認為他們是一個非獨立物種,只是尼安德特人的一個分支。羅傑斯的研究結果意味着海德堡人是早期的尼安德特人。他說:“我們估計的分化時間是如此之早,這一結論直接導致60多萬年前生活在歐洲大陸的人類就是尼安德特人,至少從遺傳學角度就是如此。 “關於尼安德特人發展歷史的新結論也非常類似於我們現代人類的遷徙歷史。近5萬年前,歐亞人與非洲人分化,期間經歷了一個瓶頸期,在這個時期人口數量一樣很少,然後在歐亞大陸發展成新人種,這就是所謂的非洲人類移徙理論。羅傑斯說:“看起,尼安德特人和丹尼索瓦人在60萬或70萬年前發生了同樣的分化。也一樣符合非洲人類遷徙理論。”尼安德特人的滅絕並不是什麼秘密:讓人無法忍受的漫長冰河時期以及人口的相對分散使他們無法支持強大的社會或一定的技術發展。霍夫斯說:“但人們的一個誤解是,現代人類代表進步,現代人類是最好的,尼安德特人在我們之下。事實上當涉及到狩獵時,尼安德特人在極端環境下獲取食物資源的能力要強於現代人類。”他補充說,“他們解決了我們甚至今天都無法應對的問題。他們在這麼低的人口密度下如何生存了幾十萬年?這是我們從未能應對的事情。在進行這項研究之前,羅傑斯曾認為,當現代人類進入尼安德特人的地盤時,其已經處於滅絕的邊緣,他們的人口已經在減少且充斥着遺傳疾病。 “現在我不再這麼想了,”他說。

理解尼安德特人人口的真實結構可能有助於科學家更深入,更有效地挖掘這些古代人類的歷史以及他們是如何與我們現代人類共存的。阿克表示,這為現代人類與尼安德特人之間的融合帶來了一個新問題。我們現代類體內的父系以及母系尼安德特人基因是否數量相等,還是有所偏差?羅傑斯的工作和其他團體的相關研究也許對於改進當今的遺傳學也有重要作用。他們的分析模型也可以應用於狗和馬等其他物種。這種方法還可以幫助解釋一些遺傳疾病的成因及發展:尼安德特人基因與抑鬱症,糖尿病,心臟病以及其他疾病都有關聯。羅傑斯的發現可能會有助於解釋這些遺傳變體是如何融入我們的基因。羅傑斯說:“如果你想研究遺傳史,你首先需要掌控歷史。“

發表迴響

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *