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中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员做客明德讲堂:以骨寻踪,数往知来——古DNA绘制人类演化

  •   3月2日13:30,明德讲堂M866号讲座在国科大雁栖湖校区教一楼101准时进行。本次讲座邀请到中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员,由国科大人文学院考古学与人类学系韩宾老师主持,讲座题为《以骨寻踪,数往知来-古DNA绘制人类演化》。

    主讲人 付巧妹研究员

    主持人 韩宾老师

      人类起源是科学界一直探索的核心问题之一,古DNA研究在探索人类起源与演化问题上具有独特优势。古DNA研究近年来飞速发展,为探索人类不同时段演化特点、灭绝古人类与现代人的互动情况等重大问题提供洞见,也为传统考古学研究带来了诸多机遇与挑战。本场讲座聚焦人类演化这一关键问题,是多学科关注的热点,具有重要的学术价值及现实意义,因此吸引众多国科大学子前来听讲,偌大教室座无虚席。

    听讲师生

      付老师的讲座通过两个核心问题展开,问题一是灭绝古人类与现代人共存时期内,两者如何交流与互动?问题二是现代人在不同时间阶段如何演化?讲座伊始,付老师先梳理了古DNA研究领域的基本概念。DNA是人类遗传物质的主要载体,可分为线粒体DNA及核DNA两部分。前者存在于细胞核外,可直接反映某一人群的母系历史;后者位于细胞核内,其中常染色体DNA可利用基因重组原理反推整个族群谱系,在研究人类群体遗传及演化历史方面潜力巨大。付老师指出,因为古DNA难以保存,极易污染,开展古DNA研究有赖于技术的革新。PCR扩增技术、高通量测序技术和高效古核DNA捕获技术等使得大规模研究古核基因组成为可能。

      一、灭绝古人类和早期现代人如何互动?

      “灭绝古人类”主要指与现代人体质特征或遗传上有所区别且没有现存直接后代的古人类,例如尼安德特人、丹尼索瓦人(下文简称尼人和丹人)等;而解剖学意义上的现代人约出现于20万年前,其体质特征已与现代人无明显差异。

      古DNA研究揭示尼人和丹人是与现代人亲缘关系最近的“兄弟姐妹”,他们为姐妹群,丹尼索瓦人又可再分为早晚两种,他们约55万年前后与现代人分离。尼人和丹人与现代人的关系很复杂,他们的基因与现代人多次混合。研究表明,欧亚现代人中有1%-4%的尼人基因,现代人自距今5-6万年始与尼人发生不止一次混血;丹人基因对现代人至少有三次混入,现代东亚人中混入两种丹人基因。通过基因测序发现的父亲为丹人、母亲为尼人的混血儿表明,丹人与尼人间也存在基因交流与互动。

      值得注意的是,灭绝古人类以遗传物质的形式留存于现代人生命中,并在生理功能、疾病发生率、环境适应等方面对现代人产生深远影响。西藏地区人们良好的高原适应性可能与丹人基因相关。血栓和二型糖尿病的发生可能与尼人基因相关。付老师还指出,古基因带来的功能具有两面性;血栓和糖尿病是现代社会所认为的疾病,但是在食物短缺和缺医少药的远古时代,它们所具有的凝血功能和快速提升血糖功能则可能是有利于繁衍的基因馈赠。

      二、现代人在不同时间阶段如何演化?

      现代人在不同阶段如何演化的问题涉及三方面:其一,早期现代人扩散及基因交流,主要阐述现代人存在从“北线”进入亚洲的可能;其二,欧亚人群遗传历史;通过古DNA研究绘制早期欧亚人群遗传图谱;其三,探源华夏,寻根东亚;解码早期东亚人复杂演化历史,讲解南岛语族人群中国南方起源的观点。

      一般认为早期现代人从非洲进入欧亚大陆的迁徙路线为南部路线;早期现代人沿欧亚大陆南部迁徙,在东亚地区分成两支,一支进入大洋洲,一支进入亚洲北部。西伯利亚地区发现距今约4.5万年的现代人类群体,对他们的古DNA研究则提供了新的认识;他们在欧亚大陆人群分化之前已分离出来,且对现今欧亚人群没有明显遗传影响,这说明早期现代人早已进入欧亚大陆中部,且早期现代人迁徙路线呈现更复杂局面。

    付老师讲解早期现代人迁徙路线

      付老师接着讲解了欧亚人群的遗传历史。末次盛冰期是距今最近的极寒时期,在此期间欧亚大陆发生了一系列人口变化。在欧洲,以比利时的Goyet Q116-1个体为代表的遗传成分在3.5万年前广布于欧洲西部,在3.4-1.9万年前没有发现,在1.9-1.4万年前后再次扩散;相关人群可能受到严寒影响,在末次盛冰期前迁至欧洲西部,冰期快结束时重新在大陆上寻找栖息地并扩张。在东亚北部,北京房山4万年前田园洞人已经是遗传意义的东亚人。2017年至2021年,付巧妹研究团队通过分析中国境内松花江流域的样本材料,发现3.3万年前的松花江人群和田园洞人是一群人。而1.9万年前松花江人与田园洞人不是同一批人,已具有现代北方人的遗传特点。此外,黑龙江流域距今约1.4万年的AR14K线粒体和核基因组显示其与美洲原住民中东亚成分直接相关。

      讲座最后部分为寻根东亚,探源华夏。中国南北方古人群早在9500年前已经分化,至少于8300年前南北人群融合与文化交流的进程即已开始,距今4800年后逐渐强化并延续至今,在现在的现代人中,古北方人群比古南方人群对我们的影响更大。欧洲人群不断受到近东农业人群和欧亚草原人群的基因影响,与之相比中国人群有不同的演化模式;中国南北方同期人群演化基本连续,没有受到明显外来人群影响,迁徙与互动主要发生在东亚区域内各人群间,付老师认为这种现象可能与中国农业体系所带来的稳定性相关。

      就东亚南方人群演化模式而言,现今广泛分布于台湾海峡、东南亚和太平洋西南部岛屿的南岛语系人群的起源问题一直有争议;一说认为发源于台湾岛,一说则认为中国南方内陆是发源地。研究发现新石器时代福建地区古南方人群与3000年前太平洋岛民是一群人,和南岛语族人群直接相关,为以上问题提供了新的洞见。在东亚南部与东南亚交汇地区的研究则修正了东亚南方人群演化的“层次”。距今10000年前,此地存在三支古老人群,其中一支为广西的隆林人。距今9000年前,广西地区的独山人混合了隆林人和以福建地区为代表的古南方人群基因。距今6000年前的宝剑山人除延续了独山人的基因特点外,还混合了与和平文化相关的古老亚洲遗传成分。距今1500年,广西发生了人群的更替;当地人群含有大量东亚北方人成分(尤其是北方沿海地区古人群),他们是东亚古南方人和古北方人群的遗传混合群体,与此地距今6000年前的以隆林人、独山人、宝剑山人为代表的古老人群完全不同。

      这场讲座使同学们大受启发,提出了许多问题,付老师一一详细解答。付老师还分享了自己的科研经历,表示科研工作并非一帆风顺,研究中也经历过痛苦的时期,鼓励同学们在科研及生活中不断发现问题并解决问题。讲座在同学们的热烈掌声中圆满结束。

    责编 :贺静蕾