人类历史的分子遗传学视角——从民族到人种

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完成于2023.6.14，分子生态学作业。

人类创造的神话赋予了人类在意义世界上的位置，而人类在物质世界中的位置则要靠科学去探索。我们是现代人、是中国人、是汉族人，这是一整个分类系统中的不同子类，为了避免自我中心，了解同类是有必要的，而了解同类就需要了解其分类标准。分类标准首先是血缘，而隐藏在血缘之下的是基因。

一、中华民族溯源

但基因并不是显而易见的。日常生活中，除了口音，相貌是分辨不同地区人的一大标准。“广东、广西、海南一带的人，眼窝较深、鼻翼较宽、嘴唇较厚􀀐而东北人则眼裂较小、眼距也较小、面部较平、鼻子较窄而长、嘴唇较薄 …如果将人群的特征归类，有的特征是外表上的（如身高、肤色、脸型等），有的特征则是内在的（如血型、酶与蛋白质的结构等），但所有特征，都是每一个人的基因组在一定外界条件下表达的结果。有许多性状在人的一生中是不会受外界条件的影响而变化的􀀐如血型，有的性状则易受外界条件的影响（如肤色、身高等）“

以现代科学手段对中国人进行体质群体遗传学研究应该从 1917 年第一篇关于中国人群的人体测量学论文发表算起。1918 年发表的关于中国人群 ABO 血型基因频率的调查结果，则是第一份中国人群基因频率的数据。

从新中国成立前夕到“文革＂结束，中国生物学界开展过一系列批判遗传学的活动。众所周知，孟德尔和摩尔根的遗传学说是遗传学的重要理论基础。然而，由于种种因素的影响…在50年代前期这两种理论几乎被从生物学领域中取缔。中国所开展的遗传学批判活动并不是自由的学术性争论而是一种哲学批判或政治性批判是意识形态领域的斗争在生物学界的反映．这种活动对于中国遗传学的发展产生了相当大的负面影响。

对中国人群的遗传学研究自 1980 年以后蓬勃开展起来。我国学者自1981 年后，用各种基因频率，计算了我国人群与民族间的遗传距离，并根据遗传距离进行聚类分析，绘出了我国不同民族和汉族不同地区人群的系统树。同时，还用基因频率对中国人群进行主成分分析及遗传拓朴学分析，以了解中华各民族的源与流及彼此间血缘远近。下图是用38 个基因座的基因频率绘制的我国 24 个人群(1 4 个少数民族及 10 个省、市、区的汉族人群）的系统树（引自肖春杰的博士论文《中国人群的聚类分析与基因地理学》）。

对我国人群遗传结构分析得出的一些结论中有一个贴近常识的点，汉族这一世界上最大的民族，是历史上融合了许多古代的非汉族人群而形成的。各地汉族与当地的少数民族在遗传结构上十分相近，而南、北方汉族的遗传结构却相差甚远，接近于南、北方少数民族间的平均差异。

我国是世界上人口最多的国家，充分、准确、深人地了解我国各民族、各人群的遗传结构是我国人类遗传学义不容辞的责任，这对于疾病的防治、人民体质的提高、深入了解中华民族的源与流、以及现代人的起源等各个方面，都有十分重要的意义。

此外，在探究中国古代人类系谱方面，分子遗传学也发挥着作用。分子生物学和历史考古学的结合，不仅回答了群体遗传学的问题，也部分解答了历史上的悬疑。”过去，研究人类群体遗传学往往是从研究现代人的DNA 开始、然后去反推人群历史，更多依赖算法，而从古DNA 入手来研究群体历史，证据直观而确凿。

除了人的DNA研究，古环境DNA 研究也在发展。研究的重心从骨头中提取DNA 转向从各类沉积物中提取DNA。一个最典型的例子就是某年长江口二号沉船上出土的一个瓶子里发现了大量蚊子DNA。这个不起眼的发现暗示，长江口二号沉船的时间可能是台风高发的夏季。同时，根据船底泥垢基因组比对，可以发现船曾经停靠过什么地方。

除了物化环境，人类的生物环境同样得到重视。实验室通过对北周武帝宇文邕和阿史那皇后、西魏吐谷浑晖华公主、茹茹大将军乞伏孝达、周隋勋贵李裕、元威及其夫人于宜容、北周汉人豪族高宾（独孤宾）、关中盆地9 例平民人骨和3 例家养动物骨骼样本进行了碳、氮稳定同位素古食谱分析，并将所得数据与已发表的中国北方及其周边地区公元前550 年至公元1200 年的人骨胶原同位素数据进行了对比分析，从而发现当时大多数贵族的饮食习惯与蒙古高原游牧人群的饮食习惯趋于一致，而平民饮食则倾向于与华北平原等农耕区的人口趋于一致。该研究也为进一步了解中古时期中国核心地区农牧文化之间的互动与交融历史提供了重要依据。

二、世界人种溯源

斯万特·帕博（Svante Pääbo）是古遗传学的先驱，他获得了2022年的诺贝尔生理学或医学奖，因为他仔细研究了古代样本中的遗传物质，包括早已灭绝的物种。Pääbo和他的团队从1856年在德国发现的尼安德特人标本中提取了DNA，该序列的GenBank登录号为AF011222。

通过对来自短重叠PCR产物的克隆进行测序，确定了迄今未知的线粒体（MT）DNA序列。多个对照表明该序列是化石的内源性序列。与人类mtDNA序列的序列比较以及系统发育分析表明，尼安德特人的序列不属于现代人的变异。此外，尼安德特人和现代人mtDNA的共同祖先的年龄估计比人类mtDNA的共同祖先的年龄大四倍。这表明尼安德特人在没有为现代人提供线粒体DNA的情况下就灭绝了。

尼安德特人是一群已灭绝的原始人，大约在30万至3万年前居住在欧洲和西亚。在这段时间里，他们与现代人类共存。基于形态学的比较，有不同的说法，尼安德特人：（1）是现代欧洲人的直系祖先；（2）为现代人贡献了一些基因；或（3）完全被现代人取代，没有贡献任何基因（综述于Stringer和Gamble，1993；Trinkaus和Shipman 1993；Brauer和Stringer，1997）。对当代人类群体的线粒体和核基因组的分子遗传变异的分析普遍支持第三种观点。尼安德特人是一个独立的物种，在没有对现代人贡献基因的情况下灭绝（Cann等人，1987；Vigilant等人，1991；Hammer，1995；Armour等人，1996；Tishkoff等人1996）。然而,这些分析依赖于假设，例如在所研究的DNA序列中不存在选择和类似时钟的分子进化速率，其有效性受到质疑（Wolpoff，1989；Templeton，1992）。解决现代人和尼安德特人之间关系问题的另一种更直接的方法是分析尼安德特人遗骸的DNA序列。

同年晚些时候，Pääbo的团队对在南部丹尼索瓦洞穴发现的一块指骨的基因组草图进行了测序。该标本来自一种古人类，结果显示，在与解剖学意义上的现代人分化后，它与尼安德特人拥有共同的祖先。然而，这个个体并没有携带在比较尼安德特人基因组时发现的严重瓶颈的迹象，这表明它有一个独特的种群历史。这个新的古人类群体被命名为“丹尼索瓦人”，以第一批遗骸被发现的洞穴命名。

与尼安德特人相比，他们对现代欧亚人祖先的基因库做出了贡献，这表明没有基因从丹尼索瓦人流入所有欧亚人。另一方面，丹尼索瓦人的基因流入美拉尼西亚人，大约4.8%的美拉尼西亚人基因组起源于丹尼索瓦人。由于丹尼索瓦人并没有为目前生活在阿尔泰地区的人口提供基因，但却为美拉尼西亚人的基因组提供了基因，因此有人认为，丹尼索瓦人的存在可能比最初预期的更广泛。

尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组草图都是低覆盖率的，这增加了所获得的序列由于测序错误或DNA损伤而含有错误掺入的核苷酸的风险。由于外源DNA的高度污染，第一稿未能达到理想的覆盖率；第二种方法的特点是污染较浅，但样品本身太小，因此内源DNA总量不足。为了修正第二稿的问题，Pääbo的团队开发了一种制备单链DNA文库的方法。多亏了这个解决方案，2012年，他们报道了第一个高质量的丹尼索瓦人基因组。他们也是第一个使用单链DNA文库的人。获得的30倍覆盖率允许直接估计丹尼索瓦人的杂合度，这表明丹尼索瓦人的遗传多样性低得惊人。

2014年，单链DNA文库的应用还使一名来自西伯利亚的尼安德特人女性的高覆盖率基因组测序成为可能。涉及其他可用的古代基因组和25个现代基因组的进一步研究发现了尼安德特人、丹尼索瓦人和解剖学意义上的现代人之间的几个基因流动事件，从而为更新世晚期古人类之间可能的共同祖先提供了证据。此外，研究小组还发现，与来自克罗地亚或阿尔泰山脉的尼安德特人相比，非非洲人的尼安德特人DNA与来自高加索的尼安德特人的等位基因更常见，这表明尼安德特基因与现代人类基因组的混合发生在尼安德塔人彼此分离之后。数据表明，现代人类和阿尔泰尼安德特人在77000至114000年前分化，这证明他们之间的共同等位基因是最近发生的合理混合的结果。

研究古人类的基因组可以让我们深入了解这些物种和我们物种的人口统计历史，以及驱动每一种生物基因组变化的适应性过程。它还使我们能够将基因组变化与导致它们的事件联系起来。因此，研究正选择的信号可以引导我们找到与文明疾病发作相关的变异。最后，分析解剖学意义上的现代人在与古人类分化后固定下来的衍生序列，有助于我们理解它们的功能，并确定使我们能够超越已灭绝的亲属的优势。

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