【古人类基因|现代人体内发现渗入古人类基因：是毒药还是宝藏？】
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克利夫兰自然历史博物馆中 ， 现代人（左）与尼安德特人（右）颅骨对比 。
图源：hairymuseummatt/Wikimedia Commons
- 引 言 -
世界上现存的人类都属于智人（Homo sapiens） ， 但在我们智人的体内里 ， 还有着直系祖先之外的其他古人类基因 。
撰文丨何纾宇
责编丨戴 威
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1980年 ， 考古学家默克·莫尔兹（Mirko Malez）和同事们在克罗地亚的温迪加洞穴（Vindija Cave）中发现了一批骨骼化石 。 这些化石大部分属于古人类的一支——尼安德特人 。
尼安德特人的化石痕迹最早于1856年发现于德国尼安德河谷 ， 该类群也因此得名 。 在外形特征上 ， 尼安德特人可能相对现代人更加矮壮 ， 有更宽的桶型肋骨和骨盆 ， 以及较短的前肢比例 。 这些结论是根据考古发掘中相对完整的化石证据重构和推测得出的 。
而在1980年发掘出的化石样品中 ， 有些较小或残缺 ， 从形态学上看并没有明显的研究价值 ， 在编号之后便被保存起来 。 莫尔兹也许并未想到 ， 这些不起眼的骨骼残片会在未来引出一个重大发现 。

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图1. 用于提取尼安德特人基因组的化石样品及其来源地 。 图源：Green et al. 2010
整整三十年后 ， 进化遗传学家斯万特·帕博（Svante Pbo）利用飞速发展的分子生物学技术 ， 成功从其中三件化石里提取出了属于尼安德特人的DNA信息 ， 并利用这些信息拼出了尼安德特人基因组草图 。 由化石得到古人类的全基因组序列 ， 在世界上尚属首次 。 一幅人类演化的宏伟图景 ， 也由此在我们面前缓缓展开 。
通过对比尼安德特人和现代人的基因组 ， 研究者有一个惊人的发现：有约1.3-2.7%来自尼安德特人的祖源基因片段（ancestry） ， 像远古幽灵一般 ， 沉睡在非洲以外的现代人（non-African）的基因组中 。 研究者认为 ， 现代人基因组中的这些片段 ， 来自古人类的基因渗入（introgression） 。
1、基因渗入：对传统物种概念的挑战
自小 ， 我们便从生物课本上学到了对于物种的传统定义：同一物种的个体能交配并产生可育后代 ， 不同物种间则不然 。 那么在这种定义下 ， 演化像是一颗树 ， 而物种形成像是一个主干生长出两个分支 ， 分支之间从此再无交流 。
但在真实的自然中 ， 物种之间的生殖隔离并非一蹴而就 。 事实上 ， 有很多例子证明 ， 即使因为自然隔离而产生了明显的形态分化 ， 不同 “物种” 之间仍可能发生交配 ， 并产生持续可育的后代个体 。 袖蝶属（Heliconius）或狒狒属（Papio）的下属物种 ， 都是这种现象的典型例子 。

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图2. 狒狒属的六个种分布在非洲的不同区域 ， 形态迥异 ， 但在接触区均可发生杂交 。 图源：Rogers J, et al. 2019
因此 ， 物种的形成与其说是一刀两断 ， 不如说是一个流动变化的过程 。 与其将其比喻成一棵树 ， 物种的演化更像一个复杂的水系网 ， 干流分为支流 ， 而支流彼此分离之后 ， 仍可能借由个体的交配而发生微小的基因流动 ， 使得一个物种的部分基因进入另一个物种的基因库 。 在遗传学上 ， 这个过程被形象的称为 “基因混合”（admixture）或 “基因渗入” 。
2、祖先继承还是后期渗入？
读到这里 ， 读者或许会有一个问题—— 我们无法得知人类演化过程中发生的具体事件 ， 只能看到演化的结果 ， 即基因组中存在相似片段；而古人类与现代人类起源于共同祖先 。 如何判断这些片段是来自分化后期的基因渗入 ， 还是在共同祖先中已经存在 ， 被后代分别继承呢？分页标题#e#
一个简单的方法是分析这些相似片段的长度 。 在生物繁殖过程中 ， 染色体会在减数分裂中发生同源重组 。 每一次重组 ， 都可能使外源片段被打散为更小的碎片 。 重组速率是相对恒定的 ， 因此片段在基因组中存在时间越久 ， 其碎片的平均长度就会趋向于越短 。

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图3. 在基因渗入（左）与基因继承自祖先(右)两种情况中 ， 相似基因片段的长度存在差异图源：Racimo F et al. 2015
基因渗入也可以从基因组的层面检测 。 我们已经知道现代人与尼安德特人的分化在前 ， 现代人中非洲人与非非洲人的分化在后 。 我们可以把现代人中的这两个类群看作一对内群（ingroup） ， 而将尼安德特人看作与二者亲缘关系更远的外群（outgroup） 。 假设没有基因渗入发生 ， 这一对内群与外群的遗传距离应该是相等的—— 即这两群现代人与尼安德特人间的遗传差异是差不多的 。 但如果外群发生基因渗入 ， 就会打破这种平衡 ， 使得外群离某个内群的遗传距离更近 。
通过检测 ， 帕博等研究组最终排除了祖源片段来自共同祖先的可能 。 研究者们推断 ， 在漫长的演化过程中 ， 我们的祖先曾经与尼安德特人在某一个时空交汇 。
3、渗入的基因：毒药还是宝藏？
如前所述 ， 渗入的基因来自一个与现代人祖先有一定分化的群体 。 这些陌生的外来基因对于人类祖先的生存 ， 到底是有利、有害 ， 还是没有影响呢？
通过分析作用在这些基因上的自然选择 ， 研究者发现答案并非唯一 。 有些基因经历了负纯化选择 ， 暗示它们对个体的生存不利 ， 倾向于被自然选择筛除 。 这可能是因为尼安德特人的有效种群数较小 ， 积累了更多的遗传负荷 。
但也有些来源于古人类的基因成为了智人的宝藏 。 在现代人祖先到达欧洲之前 ， 尼安德特人便已在欧洲大陆生活了数十万年 ， 他们的免疫系统逐渐适应当地环境 。 而从基因组分析看 ， 部分现代人的STAT2基因（一个与天然免疫相关的基因） ， 正是来自尼安德特人 。 他们通过基因渗入 ， 在初来乍到之时 ‘借’ 来了原住民对当地病原体的抵抗能力 ， 从而更好的生活了下去 。
无独有偶 ， 西藏地区人群中存在一个高频出现的EPAS1基因 ， 与应对高原缺氧有关 ， 而这个基因被认为来自另一个与现代人同时生活过的古人类类群——丹尼索瓦人 。
结 语
没有物种是一座孤岛 。 当我们的祖先在大陆上四处游荡时 ， 不同的古人类类群曾经与他们相遇 ， 并让基因悄然渗入我们的基因库中 ， 被时间淘洗 ， 最终沉淀为基因组中幽灵般的片段 ， 静静记述着那段历史 ， 等待被后人发现 。
参考文献
[1] Green, Richard E. et al.,.” A draft sequence of the neandertal genome. ”Science ， (2010):710-722.
[2] Racimo F, Sankararaman S, Nielsen R et al., “Evidence for archaic adaptive introgression in humans.” Nature Reviews Genetics, 16(6), (2015): 359–371.
[3] Rogers J, Raveendran M, Harris R A et al., ”The comparative genomics and complex population history of Papio baboons.” Science Advances, 5(1), (2019):eaau6947 .
[4] Tung J, Barreiro L B, “The contribution of admixture to primate evolution.” Current Opinion in Genetics and Development, 47,(2017) :61–68.

来源：(知识分子)

【傻大方】网址：/a/2020/0917/kd521534.html

标题：古人类基因|现代人体内发现渗入古人类基因：是毒药还是宝藏？