最古老人类DNA带出未解之谜,古线粒体DNA加深对尼安德特人演化认识

借助现代科技重新得到并给这些高度降解的远古DNA排序,科学家仅用2克骨粉,就能重建几乎完整的线粒体(mt)基因组。在西班牙北部名为“骨头坑(Pit
of
Bones)”的一个地下洞穴出土的这种人类,与尼安德特人的神秘亚洲姊妹组——可以上溯到大约70万年前的丹尼索瓦人拥有共同祖先。

古生物学家从一根来自西班牙的40万年前的股骨中提取出了DNA,发现当时居住在欧洲的人类和亚洲的丹尼索瓦人(Denisova hominin)有出乎意料的联系。

古线粒体DNA加深对尼安德特人演化认识

从这个古老的DNA序列里缺失的突变中,研究人员能够推测出“骨头坑”古人类生活在哪个时期。线粒体DNA只能通过母亲遗传给后代,形成细胞的“发电厂”。西班牙阿塔波卡地区胡瑟裂谷的这个洞穴,成为世界上最大的中更新世化石聚集地,人们在这里发现28具骨骼化石,科学家或许可以通过它们进行更进一步的DNA提取工作。

这段DNA是公开发表的最古老的人类DNA,将纪录提前了足足30万年。但是研究者对此困惑不已,因为他们原以为这是和尼安德特人相关的骨骼。伦敦自然史博物馆的古人类学家克里斯·斯特林格(Chris
Stringer)说:“这不在我预料之中,这不在任何人预料之中。”

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这些化石被归类为海德堡人,但是它们也具备尼安德特人的一些典型特征。现在人们才有可能研究这些独特古人类的DNA。古生物学教授把他的方法应用到一个在“骨头坑”出土的洞熊身上,它比上面提到的大腿骨化石晚10万年,生活在大约30万年前。这项科研工作取得成功后,研究人员收集了在该洞发现的古人类大腿骨样本。并提取它的DNA,给线粒体DNA基因组排序,然后把这些远古遗传材料与尼安德特人、丹尼索瓦人、现代人和猿的进行对比。

这些化石是上世纪90年代从西班牙北部一处叫做“骨坑”(Sima de los
Huesos)的地方发掘出来的。过去认为这些骨头要么是欧洲本土的尼安德特人的,要么是更古老的海德堡人的。但是德国马克斯·普朗克演化人类学研究所的分子遗传学家斯万提·皮耶博(Svante
Pääbo)等人提取并测序了其中的线粒体基因片段,发现这段DNA离丹尼索瓦人更近。

Stadel 洞穴 图片来源:《自然—通讯》

海德堡人于1907年首次在德国海德堡附近被发现,它们生活在非洲、欧洲和亚洲西部,这种人在大约25万年前消亡,它们的出现时间或许可以上溯到38万年前。男性身高可达大约5英尺9英寸,女性身高可达5英尺2英寸。

可是,丹尼索瓦人生活在数千公里之外的亚洲,时间上也晚好几十万年。

本报讯
一根在德国西南部发现的古人类股骨,被证明携带了大约27万年前尼安德特人的线粒体DNA。相关成果7月4日发表于《自然—通讯》,它进一步精确了非洲基因流动至尼安德特人的时间。

人们对丹尼索瓦人几乎一无所知,这是因为迄今为止考古学家仅发现这种人的一根指骨和一些牙齿,但是它们被认为曾遍布西伯利亚和亚洲,或许曾与5万年前的人类有过异种交配。研究人员正在这个地点寻找更多个体的DNA,以及细胞中心的细胞核DNA,以便实现这个目标。(来源:中国社会科学网)

图片 2尼安德特人和丹尼索瓦人在约70万年前有共同祖先,而约40万年前的欧洲“骨坑”人的mtDNA却与丹尼索瓦人关系更近。图片来源:Nature

对核DNA的分析预测,现代人类从距今约76.5万年前到55万年前在演化上与尼安德特人和丹尼索瓦人分离,而线粒体DNA显示,现代人类和尼安德特人之间存在更紧密的联系。虽然从非洲古人类到早期尼安德特人的基因渗透(一个物种的基因进入另一个物种)被用于解释这种差异,但由于化石稀少,不确定性仍旧存在。

股骨里提取核基因很难,而线粒体基因传女不传男,因此它不如核基因那么好使,这个结论不足以确凿无疑地说骨坑人就是更接近于丹尼索瓦人。但这也很让科学家头大了。学界给出了好几种解释。

德国蒂宾根大学的Cosimo Posth、 Johannes
Krause和同事重新建立了一根从德国西南部Hohlenstein—Stadel洞穴中发现的古人类股骨的完整线粒体DNA基因组。这一样本呈现了至今找到的尼安德特人线粒体DNA中年代最久远的分支。这项发现表明,晚更新世尼安德特人的线粒体DNA起源于27万年前来自非洲的基因流动,而这些尼安德特人的mtDNA可能替代了更早期的丹尼索瓦人的线粒体DNA分支。这些发现给人们带来了尼安德特人演化过程的新知识。作者也提出,虽然对核DNA的分析可能会带来更多关于尼安德特人、丹尼索瓦人与现代人类之间的基因组联系,但是从这根古人类股骨中提取的核DNA保存得并不完好,要恢复其完整的基因组十分困难。

一种是线粒体基因丢失说。之前的研究表明,尼安德特人和丹尼索瓦人在约70万年前有共同祖先。因为线粒体基因会因偶然因素丢掉(比如某位母亲生的全是儿子,虽然她的核基因能顺利传下来,但线粒体基因却全丢了),所以也许骨坑人和丹尼索瓦人都保留了很久,而尼安德特人却早早丢失了它。

《中国科学报》 (2017-07-06 第2版 国际)

另一种是杂交说。离骨坑不远处曾发掘出称为“前人”的古人类,他们是直立人的后裔。也许某个丹尼索瓦人和骨坑人的祖先种群曾经和前人杂交,从而获得了这种线粒体;而尼人则被排除在外。先前的研究表明丹尼索瓦人确实曾与某种神秘人类有混血,但还不知道是谁混的。

皮耶博的小组有望在一年后成功提取并分析核基因,那时可能提供更多的信息,解开这一谜团。

 

信息来源:Hominin DNA baffles experts. Nature.

文章题图:shutterstock友情提供

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