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    生態與環境學院張虎才團隊合作在Cell發表東北亞人類演化研究重大成果

    2021-05-28  點擊:[]

    527日,云南大學生態與環境學院張虎才團隊與國內外學者和研究機構合作在Cell雜志發表題為“The deep population history of northern East Asia from the Late Pleistocene to the Holocene”研究成果。該研究通過自2007年以來長期考察及大量室內分析、人類化石鑒定和對70余個樣品進行精確測年,在松花江流域捕捉到距今3.3萬年和1.9萬年前的人類化石。在此基礎上,以松嫩平原為重點,對東亞北部人群的古基因組開展了研究,首次系統繪制出了距今4萬年來東北亞人類的群體動態演化圖譜,為探究東亞北部人群的適應性遺傳變異歷史及相關基因的選擇機制提供了新的思路和證據,也為人類早期遷移和演化提供了新的實證,并將對早期人類遷移及演化傳統理論提出挑戰。

    該研究通過最前沿的古基因組實驗技術獲取了松花江流域距今3.3萬年-3.4千年前(33-3.4 ka BP)的25個早期人類樣本的古基因組數據(其中11例個體年代超過1萬年,圖1),這是迄今為止東亞地區時間跨度最長的古基因組研究。同時,該研究第一次獲得了末次盛冰期(或MIS2,距今24-12 ka BP,該時段是距今128 ka以來,即末次間冰期以來地球氣候環境最惡劣的時期)人類古DNA證據,填補東亞北部人群遺傳歷史的時間斷層。結合田園洞人(我國北京4萬年前的田園洞人化石中獲取中國以至東亞最古老現代人的基因組序列)已有成果,展開東北亞人類演化遺傳與群體遺傳學分析,首次構建了研究時間跨度從距今4萬年(40 ka BP)前至3.4千年(3.4 ka BP前)人類演化的證據鏈。


    1. 樣本地理位置和年代信息


    該研究指出,生活在末次盛冰期前、距今約3.3萬年(MIS3)的AR33K個體與距今4萬年田園洞人的遺傳基因可對比,揭示在末次盛冰期之前,田園洞人相關人群在東亞北部廣泛存在(圖2)。


    2. 末次盛冰期前后的東亞北部人群動態示意圖


    為進一步探究末次盛冰期氣候變化對東亞北部人群的可能影響,該研究針對生存在末次盛冰期末期、距今1.9萬年的AR19K個體的古基因組進行了分析。這是東亞首例末次盛冰期前后的人類基因組,其數據表明在末次冰盛期前后(1.9萬年)北部發生了人群特殊變化,即之前廣泛存在的田園洞人相關人群可能消失,東亞古北方人群此時已在松花江流域出現。這一結果將此前研究所發現的東亞南北方人群遺傳分化的時間(9,500年前)前推了近萬年(圖3)。




    3. qpGraphA)和qpAdmB)人群混合結構模型


    本研究通過對獲取的末次冰消期(Later Glacial)之后松花江流域16例個體(距今約14-9 ka)系統分析發現,松花江流域人群的遺傳鏈基因組數據連續性可能早在1.4萬年前就已經開始,人類廣泛分布,這比此前假說所提出的時間向前推進了6000年。該結果支持并進一步肯定張虎才教授等2013年發表的早在10660年前在我國東北最早出現人類對牛類進行管理(或早期馴化)的認識(Zhang et al., 2013, Nature Communication, DOI: 10.1038/ncomms3755。新的、更多的化石和測年證據指示早期人類對牛類的管理至少可能比這個發表化石年代要早1000-2000年,進一步指示我國東北松花江流域是人類最早對牛類進行管理/馴化地之一,可能是現代家牛馴化原發地之一,揭示了末次冰消期至全新世氣候變化-人類演化與發展-人類與動物相互關系和作用)。另外,本研究發現生活在末次冰消期、距今1.4萬年前的AR14K個體更接近古西伯利亞人群(美洲之外與美洲原住民最相關的人群)所混有東亞祖源成分的來源(圖3)。

    同時,本研究對東亞北部人群的適應性遺傳變異特征也開展了探索性研究。此前研究認為,東亞北部人群EDAR基因的V370A突變與東亞典型體征,如更粗的毛發、更多的汗腺和鏟形門齒有關。本研究通過對古東亞人群基因組的大數據分析,更直接、深入地揭示該基因的出現時間和可能的選擇機制。研究發現,除田園洞人及末次盛冰期之前的AR33K個體以外,EDAR基因的V370A突變出現在包括AR19K在內的所有已知的古東亞人群之中。這一結果表明,EDAR基因的V370A突變率在末次盛冰期階段或之后不久的時間里可能升高。該結論也使得所估算EDAR突變基因出現時間的上限更早并更為精確,為理解自然選擇機制及東亞人群的適應性變異提供了新的思路和證據。


    本成果是張虎才教授多年來致力于構建晚更新世以來氣候變化模式、探討其變化動力機制及其與人類和動物群演化關系研究(圖4)的又一重大成果,是一次聯合發揮優秀專業團隊優勢、發現科學問題、踐行交叉學科、持之以恒探討重大科學問題的成功合作范例。


    4. 野外考察及室內工作交流


    該成果早期研究工作得到張虎才教授承擔的國家自然科學基金重點項目和正在實施的國家自然科學基金國際合作(重點)項目資助;古DNA分析得到付巧妹研究員承擔的中科院重大專項等和多個研究項目資助。本文第一作者為中科院古脊椎所毛曉偉副研究員,通訊作者為云南大學張虎才教授和中科院古脊椎與古人類研究所所付巧妹研究員,由包括中科院古脊椎與古人類研究所、云南大學、中科院青藏高原地球科學卓越創新中心等8個國內外著名研究單位、19名研究人員共同參與完成。感謝黑龍江博物館魏正一先生、楊秀娟研究員、大慶市博物館張鳳禮館長、顏祥林、王斯人副館長、哈爾濱初鑫古生物化石修復有限公司彭耀慶總經理、云南省考古研究所吉學平研究員等在長期考察和研究工作中的大力支持與幫助。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.040


    供稿:生態與環境學院、高原湖泊生態與治理研究院

    編輯:李哲

    責任編輯:王崴


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