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农业兴起加速人类基因演化:古基因组揭示演化奥秘

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农业兴起与人类演化加速

据科技日报北京5月12日电,美国哈佛大学医学院团队,在近期《自然》杂志刊发了一项超大规模古人类基因组研究,该研究揭开了一项演化奥秘,那就是过去一万年间,随着农业在全球范围内兴起,人类的生物演化进程也同步按下了“加速键”。此次研究创造了同类分析的样本量纪录,由科学家团队系统性梳理了西欧亚大陆距今将近万年的15836份古人类基因组,首次完整地勾勒出农业时代以来人类演进的“基因变迁图谱”,为理清文明变革跟人类生物特征之间的关联提供了全新视角。这对于古人类基因组农业演化加速来说非常重要。这对于乳糖耐受基因定向选择来说非常重要。这对于免疫系统基因病适应性演化来说非常重要。

农业兴起加速人类基因演化:古基因组揭示演化奥秘(图1)

基因变异与生存优势

自新石器时代农业形态正式成型往后,研究数据表明,人类群体当中最少有479个基因变异历经了强烈的定向选择,即那些能够给人类带来显著生存优势的基因特征,在仅仅几千年的时间里就在人群里实现逐渐扩散并普及开来,或者使得不利于生存的基因一步步衰减。约5000年前,于青铜时代,这种由文明变革驱动的演化浪潮抵达顶峰,此恰好与当时社会生产力飞速提升的历史节点完全吻合,同时也与当时跨区域人群大规模流动的历史节点十足契合,它直观反映出经济与文化的巨变对人类生物特征有着深刻塑造。其中,广为人知的乳糖耐受基因乃是最典型的标志性案例,它让帮助驯服家畜的成年人群具备了消化牛奶获取营养的能力。

基因适应与疾病抗性

这份历经万年的“基因适应图”,还原了人类应对生存挑战的演化详情:农业社会致使定居的密集人口出现,各种各样新的病原体随之扩散开来,免疫系统相关的基因于是成为自然选择的核心热点。一个曾被认定会致使现代人群多发性硬化症患病风险有所提升的基因变异,于约6000年前在古人类基因里出现频率猛然大幅上涨,研究人员由此推测该变异得以迅速普及的缘由,是它能够助力当时的人类去抵御某一种致命的古代病原体;相反地,一个与结核病易感性存在关联的危险基因变异,在过去接近3000年的人群中出现频率持续明显降低。更加具有意思的是,如今已经知道能够提供艾滋病病毒抗性的特定基因变异,也在距离现今6000年到2000年的这段时间之内,逐渐在人群当中普及起来,研究者经过推断得出,这一特性的演化动力实际上来自于历史上数次鼠疫大流行的筛选行为,而该变异原本起到了帮助人类抵御鼠疫杆菌侵袭的作用。

农业兴起加速人类基因演化:古基因组揭示演化奥秘(图2)

基因选择与现代人特征

基因选择,对于现代人外貌特征有着悄然改变,这其中,除了疾病防御能力的优化。此次研究,一共识别出 10 种和肤色变浅相关的基因变异,这些基因变异曾受到明显的选择压力,从而适应了中高纬度地区的日照环境。另外,还有一个与男性脱发高度相关的基因变异,在过去 7000 年里,其在群体中的出现频率持续下降,依据相关估算显示,这一演化结果把现代人的男性脱发风险降低了 1%至 2%。

复杂性状的演化推演

这项成果里,最受学界关注的部分出现了,并且这部分也是最具争议的,它围绕着复杂性状的推演来展开,一个研究团队结合现代全基因组关联研究数据进行回溯,发现一个情况,那就是和2型糖尿病、双相障碍以及精神分裂症相关的风险基因组合,在过去一万年间的古人群中,整体是呈现出下降趋势的,不过呢,这个团队明确强调一件事,就是这个结果绝对不是在代表远古人类就肯定更聪明,而且更少罹患这些病症。基因跟当下的生存环境有着极为复杂的互动关系,在现代语境里被判定的“风险基因”,于古人类所处的生活环境下很可能原本承担着全然不同的有益功能。不少业内专家对这类关联保持审慎态度,觉得单个基因的定向选择证据扎实可信,然而直接将这些基因组合跟高度复杂的疾病、行为性状联系起来,容易陷入简单化解读的误区。目前这项涵盖海量数据的研究仍属于建立在新线索之上的宏大假说,其背后确切的演化机制还需要更多后续研究去验证补全。

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