从进化角度来看，人类无疑是非常幸运的，因为我们是灵长目人科人属之下的唯一物种。目前，全球人口已接近80亿人。不过，中国科学家领衔的一项最新研究显示，在93万年前，由于气候急剧变化，人类的祖先可能曾经面临严重的群体瓶颈，短时间内丧失了98.7%的人口，而且这一瓶颈期持续了近12万年。在这一瓶颈期，人类平均人口数量仅为1280人，随时都有灭绝的危险。

图注：人类祖先在早、中更新世过渡期经历的严重群体瓶颈（Hu etal., 2023）

这项研究成果于2023年8月31日在线发表在国际著名学术杂志《科学》上，由中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组领导完成，意大利佛罗伦萨大学自然历史博物馆、罗马大学环境生物系和美国德克萨斯大学休斯顿健康科学中心的科学家也参与了这些研究。

化石考古记录显示，人类的进化历史可以追溯到600万年前，人类的祖先与黑猩猩的祖先分道扬镳，之后经历南方古猿、能人、匠人、直立人、智人等不同发展阶段，现代智人在与尼安德特人和丹尼索瓦人等人种的竞争和交融中得以幸存下来。一般认为，100万年前是人类演化的关键时期，不过这一时期化石记录极其稀少，人类研究历史主要局限于30~10万年之间。借助古DNA测序技术本可以追溯更远的人类过往，奈何30万年前的非洲气候炎热，人类祖先DNA难以有效保存，因此古DNA测序技术在追溯30万年前的人类历史上基本没有用武之地。

这次研究最大的亮点在于发明了一种迄今为止最为准确的估计有效群体规模历史的理论方法——快速极小时间溯祖（FitCoal），可以通过计算机分析现代人类基因组中的基因变异频谱，估算群体历史，对上百万年前的古人类群体进行“人口普查”。也就是说，既不需要远古人类的化石记录，也不需要远古人类的DNA，科学家利用FitCoal方法就可能追溯上百万年前的人口数量变化，从而更深入地了解现代人类的形成过程。这无疑是一项重大突破，在此之前的理论框架里，大概只能回溯三四十万年的历史。

基于FitCoal方法，研究人员分析了来自10个非洲和40个非非洲人群的3000多个现代人基因组数据，首次发现在距今93.0万年前，由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，人类祖先在短期内丧失了约98.7%的成员个体，濒临灭绝。这一时期的冰川事件导致气温变化，非洲出现严重干旱，引起大量物种的灭绝或群体数量减少，人类祖先的食物来源受限，导致远古人类的人口数量锐减，几近灭绝。进一步分析显示，在长达11.7万年的时间里，人类祖先平均成年个体数仅为1280，灭绝风险随时存在。基于不同来源的两组人类基因组数据，都得出了相近的结论。

研究人员对FitCoal方法的精准度进行了评估，发现该方法利用10个以下的人类基因组数据可以检测到上述严重的远古人类群体瓶颈，甚至只需3个非洲人基因组数据即可达到类似的效果，说明FitCoal方法具有较高的灵敏度。FitCoal已被他们开发出软件工具，放在实验室的网页上供全世界的研究者下载、使用。

研究人员推测，由于更新世早期到中期的远古人类群体瓶颈，对现代人类的形成产生深远影响。这一瓶颈可能导致了智人物种的形成，其中一个关键事件是现代人类的2号染色体由原来两条小的染色体融合而成，使得人类的染色体数量变成了46条，而黑猩猩的染色体数量为48条，由于尼安德特人和丹尼索瓦人的染色体数量与现代人一样，因此推测三者的共同祖先正是在远古人类的严重群体瓶颈期形成的。与此同时，这一瓶颈导致现代人类约66%的遗传多样性丢失，可能对现代人类的健康造成重要影响。

有意思的是，在远古人类经历严重群体瓶颈的时期，还与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人化石的消失等重大事件相吻合。人类祖先竟然能挺过如此漫长的群体瓶颈期，不能不说是一个巨大的奇迹。好在大约80万年前，人类祖先的群体得以快速恢复，其群体规模增加了20倍，估计可能达到了2.7万人。在以色列发现的约79万年前的考古证据表明，对火的使用可能是人口增加的部分原因。其他因素，如气候变化也可能是人口迅速恢复的推动力。

参考文献：

Wangjie Hu et al. ,Genomic inference of asevere human bottleneck during the Early to Middle Pleistocenetransition.Science381,979-984(2023).DOI:10.1126/science.abq7487.

本文为科普中国-星空计划扶持作品

作者：汤波 分子生物学博士 研究馆员

审核：叶盛 北京航空航天大学教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 星空计划

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