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文物考古基因组揭示美洲印第安人起源,古DNA揭

2020-02-26 22:43

  来自巴西亚马孙河流域的苏瑞人携带着澳大拉西亚血统的痕迹,现在证实其祖先是在10400年前到达南美洲的。

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  来源:中国科学报

大约1.3万年前,古人类在美洲迅速扩张。而且,这个故事延续了数千年,人类在北美和南美之间进行了数次大规模迁徙。然而,并没有文献记录下这些历史。

11500年前,猎人们在阿拉斯加中部的太阳河上露营。一个婴儿的基因组揭示了第一批美洲人的迁徙。

  大约1.3万年前,古人类在美洲迅速扩张。而且,这个故事延续了数千年,人类在北美和南美之间进行了数次大规模迁徙。然而,并没有文献记录下这些历史。

几十年来,科学家只能笼统地描述美洲人的历史演变情况,但这些古老人类何时以及如何分布在这片大陆上一直成谜。

一种罕见的古老脱氧核糖核酸使人类历史上最伟大的一次迁徙的图景变得更加清晰。距今大约25000年到15000年前,人类穿过一片现在被淹没的叫做白令陆桥的土地,从亚洲来到了北美洲。但是这些古老的移民究竟是在什么时候以及有多少人走过了白令陆桥,却一直存在激烈的争论。现在,对新大陆最古老的完整基因组进行的测序表明,有些迁徙者就在白令陆桥驻足,而另一群人则继续南下,形成了今天所有的印第安人。

  几十年来,科学家只能笼统地描述美洲人的历史演变情况,但这些古老人类何时以及如何分布在这片大陆上一直成谜。

近日,发表在《细胞》和《科学》的两项独立研究称,研究人员利用最先进的古代DNA研究方法,分析了来自美洲各地的大量新样本,万余年的美洲历史画卷正徐徐展开。

美国波士顿哈佛医学院的遗传学家DavidReich说:“这是一项重要的研究,它极大缩小了美洲人出现的可能性。”他说:“这是非常令人兴奋的。”该基因组来自于2013年在阿拉斯加中部塔纳那河盆地的太阳河上游发现的一个具有11500年历史的婴儿,这里是依然位于海平面以上的白令陆桥的一部分。这名婴儿是在该遗址发现的两名婴儿中的一个,他可能属于一个人数不到几千人的部落,这些人以在白令陆桥捕猎和采集果实为生。

  近日,发表在《细胞》和《科学》的两项独立研究称,研究人员利用最先进的古代DNA研究方法,分析了来自美洲各地的大量新样本,万余年的美洲历史画卷正徐徐展开。

实际上,人类在美洲的定居过程是非常复杂的,《科学》论文第一作者、丹麦哥本哈根大学地质遗传学研究中心的Jos Vctor Moreno Mayar告诉《中国科学报》记者。

由丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学遗传学家EskeWillerslev领导的一个研究小组,从来自婴儿头骨的粉末中提取了DNA。研究人员对DNA进行了多次测序,以获得一份几乎完整的基因组拷贝。他们将其与现代美洲印第安人,以及欧亚大陆和美洲的其他古人和现代人的基因组进行了比较。通过分析遗传相似性,并估计关键突变要花多长时间才会出现,研究人员组装了一份年代粗略的“家谱”。

  实际上,“人类在美洲的定居过程是非常复杂的”,《科学》论文第一作者、丹麦哥本哈根大学地质遗传学研究中心的José Víctor Moreno Mayar告诉《中国科学报》记者。

该研究描摹出美洲祖先变迁的大致轮廓。美洲原住民分裂为古代的贝林加人和其他美洲原住民,后者又分裂为南北美洲原住民分支。后来,南印第安人向南扩张,北印第安人向北迁移。但这只是粗略轮廓,美国原住民的人口历史要复杂得多。Moreno Mayar说。

研究表明,婴儿的族群与现代美洲印第安人的关系最为密切,但它并不是后者的直系祖先。研究人员在1月3日出版的《自然》杂志上报告称,与此相反,该族群和现代美洲印第安人拥有共同的祖先,后者在距今25000年前已经进入了白令陆桥。Willerslev说,这或许就是当初人类首次踏足阿拉斯加的时间点。“首次有直接的基因组证据显示,所有的美洲原住民都能被溯源至一个单一初始种群。”

  该研究描摹出美洲祖先变迁的大致轮廓。美洲原住民分裂为古代的贝林加人和其他美洲原住民,后者又分裂为南北美洲原住民分支。后来,南印第安人向南扩张,北印第安人向北迁移。“但这只是粗略轮廓,美国原住民的人口历史要复杂得多。”Moreno Mayar说。

此外,新研究在为从北美洲到中南美洲的人口流动提供新见解的同时,还确定了中南美洲两个先前未知的基因流事件。《细胞》论文通讯作者、德国马普学会人类历史学研究所考古遗传学部研究员Cosimo Posth在接受《中国科学报》记者采访时表示。

研究人员表示,该初始种群在大约36000年前与东亚人分离,但与后者在基因上的交流一直持续到约25000年前。交流中断很可能是气候急剧变化导致,使美洲原住民祖先被隔离开。

  此外,“新研究在为从北美洲到中南美洲的人口流动提供新见解的同时,还确定了中南美洲两个先前未知的基因流事件。”《细胞》论文通讯作者、德国马普学会人类历史学研究所考古遗传学部研究员Cosimo Posth在接受《中国科学报》记者采访时表示。

样本更丰富

研究表明,大约在距今21000年前,这些古老的定居者至少分成了两个部分——一部分是包含婴儿在内的族群,另一部分则最终形成了美洲印第安人。

  样本更丰富

新研究涉及的数据包括64个新测序的古代DNA样本,它们跨越了从美国阿拉斯加州到巴塔哥尼亚的广阔区域,记录了1万多年的遗传历史。阿拉斯加大学考古学家Ben Potter说:这些样本的数量非常惊人。

盖恩斯维尔市佛罗里达大学人类学家ConnieMulligan认为,这一成果支持了这样一种观点,即亚洲移民在白令陆桥逗留,并在基因上孤立出来,这就是所谓的“白令陆桥滞留模式”。她说:“因为他们拥有完整的核基因组,所以你可以很好地了解这一迁徙发生的时间和地点。”但是Reich警告说,来自单一基因组的年代估计注定是很粗糙的。

  新研究涉及的数据包括64个新测序的古代DNA样本,它们跨越了从美国阿拉斯加州到巴塔哥尼亚的广阔区域,记录了1万多年的遗传历史。阿拉斯加大学考古学家Ben Potter说:“这些样本的数量非常惊人。”

在此之前,只有6个来自美洲的超过6000年的基因组被测序。堪萨斯大学人类遗传学家Jennifer Raff直指,研究者用来解释美洲人演化的遗传模型被过度简化了。

研究人员还发现,古代白令陆桥婴儿与美洲印第安人的北部和南部基因子群都有同样的关系,这意味着两者都是由单一的迁徙繁衍而来的。该研究小组提出,大约20000年前,一些人向南进入北美洲,之后才被划分成不同的亚群,时间可能在距今17000年至14500年前,这与之前的研究相吻合。

  在此之前,只有6个来自美洲的超过6000年的基因组被测序。堪萨斯大学人类遗传学家Jennifer Raff直指,研究者用来解释美洲人演化的遗传模型被过度简化了。

为填补美洲人演化的空白,《科学》杂志论文通讯作者、哥本哈根大学进化遗传学家Eske Willerslev领导团队与美国内华达州法伦帕尤特休休尼部落开展了合作。

为什么一些迁徙者会在白令陆桥逗留和繁衍,而另一些人则选择探索美洲呢?Willerslev说,对新资源的渴望可能会刺激这些迁徙者,但也可能出于纯粹的好奇心。

  为填补美洲人演化的空白,《科学》杂志论文通讯作者、哥本哈根大学进化遗传学家Eske Willerslev领导团队与美国内华达州法伦·帕尤特—休休尼部落开展了合作。

该部落一直在努力保护在内华达州Spirit洞穴中发现的具有10700年历史的遗骨,并抵制破坏性的基因测试。

Willerslev说:“有些人对他们所拥有的东西感到满意,还有一些人在看到大冰盖的时候可能想知道在另一边到底有什么。”

  该部落一直在努力保护在内华达州Spirit洞穴中发现的具有10700年历史的遗骨,并抵制破坏性的基因测试。

我们与土著社区和地方政府协商,对骨骼材料进行DNA提取和遗传分析。重点是试图减少抽样过程的破坏性,同时获得宝贵的遗传信息。我们采用了最新的技术,以便从如此古老的标本中提取出真正的古代DNA。Posth说。

Mulligan说,这是一个令人信服的推测。她说:“一旦进入北美洲,他们便会在这块大陆上四处游荡,并且在短短的几千年内南下到达南美洲的土地。”对探索的文化或基因偏好“有助于解释为什么他们会如此匆忙”。

  “我们与土著社区和地方政府协商,对骨骼材料进行DNA提取和遗传分析。重点是试图减少抽样过程的破坏性,同时获得宝贵的遗传信息。我们采用了最新的技术,以便从如此古老的标本中提取出真正的古代DNA。”Posth说。

Willerslev将Spirit洞穴的数据加入到另外14个新的完整基因组中,这些基因组样本来自从阿拉斯加到智利的10700年前到500年前的时空范围内。

Willerslev说,一些观点声称早在三四万年前,甚至更早的时间里人类就已踏足美洲大陆,我们的研究还不能证明这些说法就是错的,但我们认为,即便这些观点是对的,那些早期人类也不可能是当今美洲原住民的直系祖先。

  Willerslev将Spirit洞穴的数据加入到另外14个新的完整基因组中,这些基因组样本来自从阿拉斯加到智利的10700年前到500年前的时空范围内。

另一方面,Posth及哈佛医学院人口遗传学家David Reich团队同期在《细胞》发表了更大数据集。

  另一方面,Posth及哈佛医学院人口遗传学家David Reich团队同期在《细胞》发表了更大数据集。

我们的工作使这些地区可获得的古代基因组数量涨了大约20倍,让我们对美洲土著历史有了更全面了解。Reich说,这个更广泛的数据集揭示了北美、中美和南美的共同起源,以及北美和南美之间两种此前未知的基因交换。

  “我们的工作使这些地区可获得的古代基因组数量涨了大约20倍,让我们对美洲土著历史有了更全面了解。”Reich说,“这个更广泛的数据集揭示了北美、中美和南美的共同起源,以及北美和南美之间两种此前未知的基因交换。”

印第安人确实起源于美洲,作为一个具有遗传和文化独特性的群体,他们绝对是这个大陆的原住民。Raff说。从某种意义上说,那些在冰原南部旅行的人分成了两组南部美洲原住民和北部美洲原住民。

  “印第安人确实起源于美洲,作为一个具有遗传和文化独特性的群体,他们绝对是这个大陆的原住民。”Raff说。从某种意义上说,那些在冰原南部旅行的人分成了两组——“南部美洲原住民”和“北部美洲原住民”。

复杂的迁移

  复杂的迁移

这些基因证据揭示了人类在美洲的复杂定居过程,南北美洲首批定居者的人群动态无法用简单的人口模型或播散模式进行解释。

  这些基因证据揭示了人类在美洲的复杂定居过程,南北美洲首批定居者的人群动态无法用简单的人口模型或播散模式进行解释。

之前的基因组研究提出,首批美洲人是在近2.5万年前与其西伯利亚及东亚祖先分道扬镳的,并在大约1万年后分成不同的北美和南美人群。然而,首批美洲人的扩展仍是一个有争议的话题,仅通过分析当今人口难以理解。

  之前的基因组研究提出,首批美洲人是在近2.5万年前与其西伯利亚及东亚祖先分道扬镳的,并在大约1万年后分成不同的北美和南美人群。然而,首批美洲人的扩展仍是一个有争议的话题,仅通过分析当今人口难以理解。

Moreno-Mayar提到,尽管遗传学上已经证明美洲人祖先在更新世末期通过白令陆桥来到这里,但关于美洲最初是否还有其他族群仍有争议。这个论点是建立在对早期人类遗骸(古美洲人)形态学分析的基础上,我们对这些遗骸基因组进行了测序,并发现它们与现代本土美洲人的关系最为密切。他说。

  Moreno-Mayar提到,尽管遗传学上已经证明美洲人祖先在更新世末期通过白令陆桥来到这里,但关于美洲最初是否还有其他族群仍有争议。“这个论点是建立在对早期人类遗骸(古美洲人)形态学分析的基础上,我们对这些遗骸基因组进行了测序,并发现它们与现代本土美洲人的关系最为密切。”他说。

对此,Moreno-Mayar和同事对跨越南北美洲的15个远古美洲人(他们中的6个距今超过1万年)的基因组进行了测序。这些结果揭示了美洲人口扩张和多元化的复杂画面。

  对此,Moreno-Mayar和同事对跨越南北美洲的15个远古美洲人(他们中的6个距今超过1万年)的基因组进行了测序。这些结果揭示了美洲人口扩张和多元化的复杂画面。

美洲人迁移的经典模式是南北运动,在这种运动中,一些人定居在一个地区后就会留下来,而其余的人则会继续迁移。Moreno-Mayar 说,我们的新研究显示,从北到南的第一次迁移是非常快的,它不像树枝分叉,更像一种辐射,其中种群迅速分化。

  “美洲人迁移的经典模式是南北运动,在这种运动中,一些人定居在一个地区后就会留下来,而其余的人则会继续迁移。”Moreno-Mayar 说,“我们的新研究显示,从北到南的第一次迁移是非常快的,它不像树枝分叉,更像一种辐射,其中种群迅速分化。”

此外,研究显示,这些早期居民经多样化后成为不同的人群,其中有些人群是先前未知的,仅见于遗传记录。在北美北部的冰川向南移动之前,这里生活着许多美洲土著族群,但我们以前没有从基因上记录下来。Willerslev说。

  此外,研究显示,这些早期居民经多样化后成为不同的人群,其中有些人群是先前未知的,仅见于遗传记录。“在北美北部的冰川向南移动之前,这里生活着许多美洲土著族群,但我们以前没有从基因上记录下来。”Willerslev说。

而且,不同人群似乎有进一步的接触,这些接触既在局部范围内发生,也在长距离范围内发生。研究人员表示,有趣的是,在晚更新世(距今约11700年)存在一个只在南美洲显现的具有澳大拉西亚人血统的人群。

  而且,不同人群似乎有进一步的接触,这些接触既在局部范围内发生,也在长距离范围内发生。研究人员表示,有趣的是,在晚更新世(距今约11700年)存在一个只在南美洲显现的具有澳大拉西亚人血统的人群。

而这些遥远样本之间的基因相似,也描绘了令人惊讶的历史画面。一名来自蒙大拿州的12700年前的安吉克儿童,与狩猎猛犸象的克洛维斯文化有关。而这一联系可能与两个先前未知的基因流事件有关联。

  而这些遥远样本之间的基因相似,也描绘了令人惊讶的历史画面。一名来自蒙大拿州的12700年前的安吉克儿童,与狩猎猛犸象的克洛维斯文化有关。而这一联系可能与两个先前未知的基因流事件有关联。

未知流动成纽带

  未知流动成纽带

Posth等人分析了49个古老样本的DNA,这些个体的时间跨度约为1万年,生活范围在伯利兹、巴西、中央安第斯山脉和南美洲南部,结果显示中南美洲人的祖先大多数来自至少三种不同的人流,但都起源于一个祖先血统他们在1.5万年前越过白令海峡来到这里。

  Posth等人分析了49个古老样本的DNA,这些个体的时间跨度约为1万年,生活范围在伯利兹、巴西、中央安第斯山脉和南美洲南部,结果显示中南美洲人的祖先大多数来自至少三种不同的人流,但都起源于一个祖先血统——他们在1.5万年前越过白令海峡来到这里。

Posth告诉《中国科学报》记者,研究结果显示,几乎所有中南美洲人的祖先都来自同一个族群,尽管这个族群在传入南美洲之前就已经多样化了。由于之前研究使用的DNA证据主要基于现代人,这些多基因流动事件无法被察觉,我们的研究突显了古代DNA数据的力量。他说。

  Posth告诉《中国科学报》记者,研究结果显示,几乎所有中南美洲人的祖先都来自同一个族群,尽管这个族群在传入南美洲之前就已经多样化了。“由于之前研究使用的DNA证据主要基于现代人,这些多基因流动事件无法被察觉,我们的研究突显了古代DNA数据的力量。”他说。

第一个基因流事件将智利、巴西和伯利兹11000年前到9000年前的最古老人群,与美国最古老个体联系在一起。这表明,克洛维斯人的遗传祖先进一步向南扩展。但他们至少在9000年前被另一种世系所取代,这使南美洲多个地区的人口保持了长久的连续性。

  第一个基因流事件将智利、巴西和伯利兹11000年前到9000年前的最古老人群,与美国最古老个体联系在一起。这表明,克洛维斯人的遗传祖先进一步向南扩展。但他们至少在9000年前被另一种世系所取代,这使南美洲多个地区的人口保持了长久的连续性。

第二次不为人知的人口迁徙,让秘鲁南部和智利北部居民的遗传祖先与来自加利福尼亚河间岛的远古个体有了关联。这可能与考古记录中该地区当时的人口膨胀有关。Posth说。

  第二次不为人知的人口迁徙,让秘鲁南部和智利北部居民的遗传祖先与来自加利福尼亚河间岛的远古个体有了关联。“这可能与考古记录中该地区当时的人口膨胀有关。”Posth说。

另一方面,Moreno Mayar提到,该团队研究受到了基因序列的限制。人类至少在14600年前就存在于美洲,但研究中测序的最古老基因组只有10700年历史。因此,只有获得更古老基因组,我们才能得到更多的直接证据。他说。此外,研究人员表示,在北美中部和东部的抽样记录中发现了一个巨大的缺口。这些论文不是最后的结论。Posth说。

  另一方面,Moreno Mayar提到,该团队研究受到了基因序列的限制。人类至少在14600年前就存在于美洲,但研究中测序的最古老基因组只有10700年历史。“因此,只有获得更古老基因组,我们才能得到更多的直接证据。”他说。此外,研究人员表示,在北美中部和东部的抽样记录中发现了一个巨大的缺口。“这些论文不是最后的结论。”Posth说。

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