人类在90万年前只剩1000多人？《科学》揭秘人类差点灭绝

论文标题：Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition

作者：Wangjie Hu, Ziqian Hao, Pengyuan Du, Fabio Di Vincenzo, Giorgio Manzi , Jialong Cui , Yun-Xin Fu, Yi-Hsuan Pan, Haipeng Li

期刊：Science

发表时间：2023/08/31

摘要：Population size history is essential for studying human evolution. However, ancient population size history during the Pleistocene is notoriously difficult to unravel. In this study, we developed a fast infinitesimal time coalescent process (FitCoal) to circumvent this difficulty and calculated the composite likelihood for present-day human genomic sequences of 3154 individuals. Results showed that human ancestors went through a severe population bottleneck with about 1280 breeding individuals between around 930,000 and 813,000 years ago. The bottleneck lasted for about 117,000 years and brought human ancestors close to extinction. This bottleneck is congruent with a substantial chronological gap in the available African and Eurasian fossil record. Our results provide new insights into our ancestry and suggest a coincident speciation event.

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摘要翻译（由计算机程序完成，仅供参考，内容以英文原文为准）：

人口规模史对于研究人类进化至关重要。然而，更新世时期的古代人口规模历史是出了名的难以解开。在这项研究中，我们开发了一种快速的无穷小时间聚结过程（FitCoal）来规避这一困难，并计算了3154个个体的当前人类基因组序列的复合可能性。结果显示，大约93万至813000年前，人类祖先经历了一个严重的种群瓶颈，约有1280只繁殖个体。这一瓶颈持续了约11.7万年，使人类祖先濒临灭绝。这一瓶颈与现有的非洲和欧亚化石记录中的巨大时间差距相一致。我们的研究结果为我们的祖先提供了新的见解，并提出了一个重合的物种形成事件。

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所属学科：

古人类学

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▎药明康德内容团队编辑

2022年，世界人口正式达到了80亿。在今天，人类无疑是地球的主导者，我们重新塑造了地球的面貌，也影响了其他物种的生存。在此之前，人类祖先经历了怎样的演化历程，才有了今天的我们？

从超过600万年前最早的古人类从黑猩猩与倭黑猩猩谱系中分离，再到30万年前智人(Homo sapiens)登上地球舞台，我们的祖先在漫长的岁月里书写着惊心动魄的故事，甚至可能一度接近灭绝。

在最新一期《科学》杂志中，中国科学家领衔的研究团队利用他们开发的基因组模型揭示了人类祖先最接近灭绝的时刻——在超过10万年的漫长瓶颈期，地球上的可生育人属个体平均只有1280人。靠着这股看似微弱的力量，我们的祖先最终挺过了这段气候条件恶劣的艰苦岁月。

同期的视角文章则指出，瓶颈理论需要能经过考古与人类化石证据的检验。该瓶颈的信号仅在今天的非洲人群中最强，并且非洲以外的化石记录也提示，这种瓶颈可能为区域性而并非是全球性的。因此，仍应谨慎对待这一最新理论。

中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究员和华东师范大学潘逸萱研究员为最新研究论文的共同通讯作者。由于化石记录有限、古DNA也无法追溯至智人出现之前，为了重建数十万年前的古人类数量，研究团队首先需要找到合适的研究工具。

在这项研究中，研究团队开发了一种名为快速极小时间溯祖（fast infinitesimal time coalescent, FitCoal）的工具，可以基于现代人的基因组序列推演历史信息。简单来说，群体数量的大小会影响谱系在上一个世代来自同一祖先的概率，因此人类祖先在基因组中留下的印记，可以反映出祖先的群体大小。FitCoal正是根据数学模型，推断出突变频谱的概率，进而估算人类祖先的数量。

利用FitCoal，研究团队对3154个现代人个体的基因组序列进行了分析，其中包含了10个来自非洲的群体，以及40个非洲之外的群体。

▲图片展示了建模使用的核心公式（图片来源：中国科学院上海营养与健康研究所）

根据10个非洲群体的分析结果显示，在93万至81.3万年前的11.7万年间，人类遭遇了漫长而严峻的瓶颈期，98.7%的人类祖先在瓶颈期到来时消失。在这段时期，可生育的个体数量平均只有1280人，它们艰难地维持着种群的生存。可以说，古人类就是当时的“濒危动物”。论文指出，由于存在自然波动，实际上古人类灭绝的风险甚至要比字面上显示得更高。由于古人口数量的下降，这段瓶颈期降低了65.85%的现代人群遗传多样性。

而93万年前人类祖先数量的急剧下降，很可能是因为地球气候的转变。当时，地球进入了一段严酷的冰期，长期的冰川事件导致全球温度下降，出现严重的干旱，一些被古人类视作食物来源的物种数量下降甚至消失。

▲研究重建的古人类人群数量变化历史（图片来源：参考资料[1]）

最新研究的瓶颈理论还能解释95万~65万年前，非洲以及亚欧大陆人属化石证据的缺失。这一时间段恰好对应了非洲直立人化石消失，与最后共同祖先形成之间的环节。此外，这一瓶颈似乎也促成了在90万~74万年前，两个祖先染色体融合形成今天的2号染色体。研究指出，这段瓶颈期很可能标记了一起物种形成事件，导致了瓶颈期过后，现代人类、丹尼索瓦人和尼安德特人的最后共同祖先的出现。

最后，研究还分析了古人类从瓶颈期中恢复的过程。根据非洲群体进行测序的结果显示，在81.3万年前，古人类数量迅速提升了20倍之多。这一方面要归功于它们掌握了控制与使用火的能力；另一方面，气候条件也在那时变得更加温和。接下来，研究人员将继续探索这段特殊的时期，揭示如此稀少的人群是如何在这样危险、困难的条件下延续生存的。

参考资料：

[1] Wangjie Hu et al., Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition. Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq7487

[2] Nick Ashton and Chris Stringer. Did our ancestors nearly die out? Science (2023). DOI: 10.1126.science.adj9484

[3] GEarly ancestral bottleneck could’ve spelled the end for modern humans. Retrieved Sept 1st, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/999720