古DNA揭示：農業出現后，自然選擇加速了

古DNA改寫選擇研究

自從科學家從古人類遺骸中獲取了全基因組數據以來，古DNA研究就不斷拓展著我們對不同時代、不同地區的人群之間關系的理解。

但遺傳學家始終難以真正實現這項技術中的一重潛力：闡明自然選擇在過去一萬年間是如何塑造人類的遺傳變異的——即便這一時期已經有足夠多保存良好的遺傳材料可用于大規模研究。

截止到2024年，對古人類DNA的研究只識別出大約21個定向選擇的例子。所謂定向選擇，指的是一種自然選擇，它發生在當某個基因版本能賦予某種性狀的極端形式，而這一版本對生存和繁殖足夠有利時，它就會比不那么有利的基因版本傳遞給更多后代，并在群體中迅速提高頻率。

證據的匱乏曾讓科學家們曾經認為，自從約30萬年前現代人類在非洲出現并開始分化為世界各地不同人群以來，定向選擇一直相當稀有。

現在，在一項新發表于《自然》雜志的研究中，一個研究團隊針對歐亞大陸西部、跨越一萬多年、近1.6萬人的古DNA進行了研究。這項新分析將空前規模的古基因組數據與新的計算方法結合起來，結果表明：自冰期結束以來，定向選擇推動了歐亞大陸西部（如今的歐洲和中東部分地區）的數百種基因變異體的擴散或減少；而且，自從人類從狩獵采集轉向農業之后，這種選擇實際上還加快了。

1萬個古基因組與新方法

在新的研究中，研究人員利用兩項創新實現了突破：

首先，研究人員用七年時間，建立起一個來自歐亞大陸西部的古人類DNA序列庫，其規模和時間跨度都足以支撐這項研究。

他們與250多位考古學家和人類學家合作，發布了來自歐亞大陸西部的10,016名古人類個體的新DNA數據，并將這與另外5,820份已發表的古人類基因序列和6,438份現代人的基因序列結合起來進行分析。

這樣的數據讓古人類DNA的規模在文獻中翻了一倍，有針對性地填補此前研究中的空白——而正是這些空白限制了以往研究檢測自然選擇的能力。

新研究所分析的古人類與近現代人類的DNA樣本來源區域。所涵蓋的國家北起冰島和俄羅斯，南至西班牙和伊朗。（圖/Akbari A et al. / Nature）

第二項創新是研究人員開發出了一套強大的計算方法，用來把定向選擇的信號，從其他導致基因頻率變化的因素（如人類遷徙、群體混合，以及小群體中出現的隨機遺傳波動）中分離出來，進而能讓研究人員聚焦到那些真正重要的模式上。

最終，他們檢測到的確實是一個非常微弱的信號。按照團隊的計算，定向選擇僅占所有基因頻率變化的大約2%。

自然選擇究竟選擇了什么

不過，這是不容忽視的2%——它仍然對應著大量DNA。研究人員在歐亞大陸西部人群的基因組中識別出479個受到強烈正向選擇或負向選擇的基因版本，也就是等位基因。

他們確定了其中一些等位基因是在何時、何地開始在歐亞大陸西部基因庫中擴散，或被逐漸清除出去的。并且還計算了一個總體的選擇頻率，并檢測到了這一頻率的變化。結果顯示，在農業出現之后，選擇加速了，這反映出隨著人類轉向農業環境和生活方式時，不同性狀開始變得更有優勢。

在這些被標記為受到強烈選擇的單個DNA變異體中，超過60%被標記為強選擇的個體DNA變異體（其中大多數是單核苷酸多態性，即SNP），都已經被證實與當代人類性狀有關，例如：

• 較淺的膚色，

• 紅發，

• 乳糜瀉和克羅恩病的患病風險，

• 對HIV感染的免疫力以及對麻風病的抵抗力，

• 更低的男性型脫發率，

• 更低的類風濕關節炎和酒精依賴風險，

• 紅細胞表面攜帶決定A、B、O血型并影響對細菌和病毒感染抵抗力的B 型蛋白版本。

在某些情況下，同一組的SNP會共同受到選擇，從而影響多基因性狀。有些變化提高了有利性狀的頻率，其中包括一些如今被解釋為：

• 與“健康壽命”相關性狀，如更快的步行速度，

• 行為和社會地位或認知功能的指標，如智力測試得分、家庭收入和受教育年限。

還有一些變化則降低了有害性狀的頻率，比如它們如今被解釋為：

• 更低的雙相障礙和精神分裂癥風險，

• 更低的體脂率、腰臀比和體重指數，

• 更低的吸煙易感性。

團隊還發現，還有一些SNP在幾千年間的頻率會先上升后下降，這表明環境壓力，以及什么樣的性狀會被證明是有利的，都是會發生變化的。

這些關聯有些看起來合乎邏輯，有些則顯得違反直覺。比如，在人類開始種植小麥之后，與麩質不耐受相關的主要遺傳風險因素反而顯著增加了。

需要謹慎解讀的結果

但研究人員指出，在解讀這類SNP關聯之前，有幾個關鍵問題必須先弄清楚。

• 第一：某個變異體今天與什么性狀相關，并不等于它當初為什么會在歐亞大陸西部的基因庫中擴散。

• 第二：某個等位基因、SNP或性狀在這一時期進入或退出歐亞大陸西部，并不意味著這種事只發生在歐亞大陸西部。研究人員可以利用這套新的計算方法，在全球其他擁有足夠古代DNA序列的人群中尋找定向選擇，從而更清楚地區分：哪些是不同群體各自獨有的，哪些則是跨群體普遍存在的規律。

他們預計，未來的研究將顯示：盡管不同人群在數萬年間不斷分化并遷徙到世界各地，但某些共同的選擇壓力，仍然作用在一些相同的核心性狀上。

接下來還能發現什么

這項工作展示了古DNA研究在揭示人類遺傳適應性以及進化生物學的其他基本原理方面的強大力量。現在，研究團隊已經將數據和方法免費公開，以推動新的研究。

一個后續方向是繼續挖掘數據中其他可能存在的信號。研究人員表示，他們已經識別出超過7600個遺傳位點，這些位點有超過一半的概率是真實的定向選擇實例，因此值得進一步跟進研究。

而最令人興奮的方向，是用這套新方法去研究其他人群，以及更早時期的數據。他們想要探究，究竟能在多大程度上，在東亞、東非，或者中美洲與安第斯中部的美洲原住民中看到類似的模式？

對科學家來說，開展分子層面的研究、以更好理解這些被選擇的等位基因會帶來哪些健康后果，也將至關重要。這些結果或許有助于發現與健康和疾病有關的新遺傳因素，從而提升評估疾病風險、預防疾病和開發新藥的能力。

此外，科學家也可以利用這套新方法研究其他物種中的自然選擇。這些都是十分令人期待的可能性，因為它們或將加深我們對人類多樣性、歷史與健康的理解。

#參考來源：

https://hms.harvard.edu/news/massive-ancient-dna-study-reveals-natural-selection-has-accelerated-recent-human-evolution

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10358-1

#圖片來源：

封面圖&首圖：Iffany / Pixabay