從生物演化角度來看，人類無疑是非常幸運(yùn)和成功的，因?yàn)槲覀兪庆`長(zhǎng)目人科人屬之下的唯一現(xiàn)存物種。目前，全球人口已接近80億人，未來人口規(guī)模還將進(jìn)一步膨脹，有可能達(dá)到100億左右。

不過，中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的一項(xiàng)最新研究顯示，在93萬年前，人類的祖先曾經(jīng)面臨嚴(yán)重的群體瓶頸，在短時(shí)間內(nèi)喪失了近99%的人口，平均成年人口數(shù)量?jī)H為1280人，而且這一瓶頸期持續(xù)了近12萬年。大家知道，地震、海嘯、瘟疫、洪水等等，任何一種災(zāi)害，都可以輕輕松松給這么少的遠(yuǎn)古人類帶來滅頂之災(zāi)。也就是說，在這一漫長(zhǎng)的瓶頸期內(nèi)，人類祖先隨時(shí)都可能滅絕，你說驚不驚險(xiǎn)？

有人可能會(huì)問了，幾十萬前根本沒有人口登記和歷史記錄，連化石記錄都很少，科學(xué)家怎么計(jì)算出當(dāng)時(shí)的人口數(shù)量的呢？下面，我們就來看看科學(xué)家是如何算出人類祖先的群體規(guī)模的。

這項(xiàng)研究成果是2023年8月底在線發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志網(wǎng)站上，由中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所李海鵬研究員與華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所潘逸萱教授領(lǐng)導(dǎo)完成，意大利和美國(guó)的科學(xué)家也參與了這項(xiàng)研究。

要研究遠(yuǎn)古時(shí)期的人類演化歷史，之前主要依靠化石記錄和古DNA測(cè)序技術(shù)，但是由于10萬年前古人類化石非常稀少，而且古人類DNA在炎熱的非洲很難保存，因此這兩種方法具有很大的局限性，只能追溯到30-10萬年前的人類歷史。

中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究最大的亮點(diǎn)在于，發(fā)明了一種新的估計(jì)有效人類群體規(guī)模歷史的理論方法，叫做快速極小時(shí)間溯祖，英文縮寫是FitCoal，英譯名我們可以叫它“非得酷”。顧名思義，所謂“溯祖”是追溯遠(yuǎn)古祖先的信息，“快速”很好理解，是指這種方法可以很快地進(jìn)行溯祖分析，而“極小時(shí)間”是指這種方法可以精確追溯到幾十萬年前甚至上百萬年的每一天的人類祖先群體規(guī)模，所以科學(xué)家將其稱為“快速極小時(shí)間溯祖”。

配圖來自圖蟲網(wǎng)

它的基本原理是我們?nèi)祟惷總€(gè)個(gè)體的基因組都不盡相同，存在大量基因變異，而其中很多基因變異是從父母、祖父母甚至更遠(yuǎn)的祖先那里繼承而來的，通過計(jì)算機(jī)分析這些基因變異的頻譜，可了解到我們遠(yuǎn)古祖先的很多信息，比如一群人的共同祖先是誰？大約生活在什么時(shí)代？祖先生活的那個(gè)時(shí)代大概有多少人口，等等。之前類似的遺傳分析可最多追溯到30萬年前的人類群體規(guī)模，但是不太準(zhǔn)確，而且也不太穩(wěn)定。

非得酷理論一下子將科學(xué)家的視野從30萬年前的人類群體規(guī)模的歷史快進(jìn)到100萬年前，而且將之前的模糊影像變成了高清影像。它通過復(fù)雜的群體遺傳學(xué)理論和計(jì)算機(jī)生物學(xué)算法相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)代人類基因組中的基因變異頻譜進(jìn)行分析，估算出上百萬年前的人類群體規(guī)模，從而可對(duì)遠(yuǎn)古人類進(jìn)行“人口普查”。也就是說，基于非得酷理論，科學(xué)家既不需要遠(yuǎn)古人類的化石記錄，也不需要它們的DNA，只需要少數(shù)現(xiàn)代人類的基因組，就可追溯上百萬年前的人口數(shù)量變化，從而更深入地了解人類的演化過程。

研究顯示，非得酷理論可以精確到100萬年前每一天，而且最少只需要三個(gè)現(xiàn)代非洲人類基因組數(shù)據(jù)，即可對(duì)人類歷史的群體規(guī)模進(jìn)行較為精確的估算。非得酷理論還可以運(yùn)用到任何由基因驅(qū)動(dòng)的生命體的歷史群體分析，比如細(xì)菌、病毒，甚至癌癥患者體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。因此，非得酷理論被同行專家認(rèn)為是迄今為止最為準(zhǔn)確、最為強(qiáng)大的估計(jì)有效群體規(guī)模歷史的理論方法。

研究人員利用非得酷理論分析了來自10個(gè)非洲和40個(gè)非非洲人群的3000多個(gè)現(xiàn)代人類基因組數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)在距今93萬年前，人類祖先在短期內(nèi)喪失了約98.7%的成年個(gè)體。進(jìn)一步分析顯示，在長(zhǎng)達(dá)11.7萬年的時(shí)間里，人類祖先平均成年個(gè)體數(shù)僅為1280個(gè)，滅絕風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)存在。

為什么93萬年前人類祖先數(shù)量會(huì)銳減呢？研究人員推測(cè)，這一時(shí)期的冰川事件導(dǎo)致氣候劇烈變化，同時(shí)非洲出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)期的嚴(yán)重干旱，引起大量物種的滅絕或群體數(shù)量急劇減少，人類祖先的食物來源受限，導(dǎo)致遠(yuǎn)古人類的人口數(shù)量銳減，幾近滅絕。

研究人員還推測(cè)，在這一瓶頸期內(nèi)還發(fā)生一些重大事件，對(duì)現(xiàn)代人類產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。比如，現(xiàn)代人、尼安德特人和丹尼索瓦人的共同祖先正是在這一瓶頸期形成的；這一瓶頸導(dǎo)致當(dāng)時(shí)人類祖先約66%的遺傳多樣性丟失，可能對(duì)現(xiàn)代人類的健康造成重要影響。

在如此漫長(zhǎng)的群體瓶頸期，人類祖先竟然能挺過來，不能不說是一個(gè)巨大的奇跡。好在研究人員利用非得酷理論發(fā)現(xiàn)，大約在81.3萬年前，人類祖先的群體得以快速恢復(fù)，其群體規(guī)模增加了20倍，估計(jì)可能達(dá)到了2.7萬人。研究人員推測(cè)人類祖先在79萬年前學(xué)會(huì)了用火，可能是人類群體規(guī)模快速增長(zhǎng)的重要原因之一，而氣候變化有利于人類和其他物種的繁衍則是另一個(gè)重要原因。

之后，人類祖先并不是一路開掛，而是在演化歷史中面臨各種大大小小的人口群體瓶頸，好在都有驚無險(xiǎn)地挺過來了。所以我們?nèi)匀豢梢哉f，人類的確是最幸運(yùn)和最成功的人科物種。

本文為科普中國(guó)·星空計(jì)劃扶持作品

作者：湯波

審核：葉盛

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計(jì)劃

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