最古老的人类古DNA揭示尼安德特人起源

43万年前的DNA序列将人类和尼安德特人的分化时间提前

马蒂亚斯·迈耶刚刚发表了一项可能是世界上最浪费的基因组测序项目的成果。在解码从古人类身上发现的最古老DNA的0.1%的基因组时,德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所的这位分子生物学家扔掉了足以绘制现代人类基因组几十次的原始数据。

但这种浪费是必要的,因为43万年前骨骼中的DNA已经降解并被污染。迈耶的恢复壮举揭示了,这些来自西班牙北部洞穴的遗骸代表着早期的尼安德特人,并将人类的古老祖先与尼安德特人分化的时间推后了(M. Meyer等人,自然http://dx.doi.org/10.1038/nature17405; 2016)。

哥本哈根丹麦自然历史博物馆的古DNA研究员卢多维克·奥兰多说:“开始做这样的事情已经非常雄心勃勃了,而完成它则更加令人印象深刻。我们真的达到了可能性的极限。”


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该分析解决了关于这些遗骸属于哪个物种的困惑。一份2013年发表的报告对股骨的线粒体基因组进行了测序——线粒体基因组是由细胞能量产生结构中的DNA组成,它在细胞中的含量比核DNA更丰富。它表明,至少从遗骸中识别出的一名个体与一个被称为丹尼索瓦人的群体(已知于西伯利亚数千公里外发现的遗骸)的关系比与欧洲尼安德特人的关系更密切(M. Meyer 等人,自然 505, 403–406; 2014)。

这是来自西班牙北部一个独特的洞穴遗址 Sima de los Huesos 的海德堡人骨骼。
哈维尔·特鲁埃瓦,马德里科学电影

伦敦大学学院的古人类学家玛丽亚·马丁农-托雷斯说:“能从43万年前的东西中获得线粒体和核DNA,真是太好了。这就像科幻小说一样。这是一个绝佳的机会。”

这些遗骸被称为西玛人,因为它们是在西班牙阿塔普尔卡山脉一个13米深的竖井 Sima de los Huesos (西班牙语意为“骨坑”)中发现的。很少有古代遗址像西玛一样重要或引人入胜,西玛保存着至少 28 个个体以及数十只洞熊和其他动物的遗骸。这些人可能是坠落而死,但一些研究人员认为他们是被故意埋葬在那里的。

西玛人的头骨具有明显的眉脊的雏形,以及其他典型的尼安德特人特征。但其他特征以及他们年龄的不确定性——一些研究认为他们有 60 万年的历史,另一些研究则认为他们接近 40 万年——使许多研究人员相信他们可能属于一个被称为海德堡人的更古老的物种。

当迈耶、他的同事斯万特·帕博及其团队揭示了与丹尼索瓦人的线粒体联系时,困惑达到了顶峰。但他们希望获得骨骼的核DNA(它比仅从母系遗传的线粒体DNA代表更多的祖先谱系)能够澄清事实。

核DNA恢复

迈耶的团队设法从五个西玛样本中收集了核DNA和线粒体DNA,可能代表不同的个体。迈耶说,他们成功的关键因素是,自2006年以来,考古学家小心地冷藏了骨坑中的牙齿和肩胛骨组织,以保存古代DNA——等待先进的分子分析技术。

迈耶的团队在3月14日的《自然》杂志上报告说,核DNA表明西玛人实际上是早期的尼安德特人。它的年代表明,人类的早期祖先与尼安德特人的分化发生在 55 万至 76.5 万年前,这对于两者的共同祖先来说太久远了,不可能是像一些人假设的那样是海德堡人

马丁农-托雷斯说,研究人员现在应该寻找一个生活在 70 万至 90 万年前的人群。她认为,如果能在非洲或中东发现这样的标本,那么从西班牙 90 万年前的遗骸中发现的先驱人是共同祖先的最有力候选人。

与此同时,该团队最新的线粒体序列再次证实了西玛人和丹尼索瓦人之间令人费解的联系。迈耶认为,这两个群体的祖先携带的线粒体DNA反映在两者身上,但在后来的尼安德特人身上却没有。这种消除可能是偶然发生的,但迈耶现在倾向于这样的假设:一个来自非洲的未知物种迁移到欧亚大陆,并与尼安德特人杂交,取代了线粒体DNA谱系。(支持这一观点的是,石器技术在大约50万年前和25万年前从非洲传播到欧亚大陆)。

迈耶说,如果没有新的数据,很难排除这些或其他观点。西玛人的完整或接近完整的基因组,或其他早期尼安德特人的遗传数据将是必要的。

伦敦自然历史博物馆的古人类学家克里斯·斯特林格说:“这令人着迷,并且让我们所有人都在努力理解这一切。”斯特林格说,如此古老的核DNA的恢复让他充满希望,研究人员将能够分析追溯到更久远的古代DNA。“我们不仅停留在解决过去 10 万年的问题上,”他说,“我们真的可以开始从人类树更深处的 DNA 中获得一些年代数据。”

本文经许可转载,并于2016年3月14日首次发表

Ewen Callaway is a senior reporter at Nature.

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