破解40万年前直立人“分子密码” 中国科学家重塑人类演化史
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《情感图片》 破解40万年前直立人“分子密码” 中国科学家重塑人类演化史
中新网北京5月13日电 (记者 孙自法)作为第一个走出非洲并广泛扩散至亚欧大陆及东南亚的关键古人类，直立人与现代人是否具有关联性，这是人类演化领域长期悬而未决的重大谜题。
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队最近联手合作者，通过创造多项全球首次等一系列科研突破，基于古蛋白质组学成功破解40万年前直立人“分子密码”，揭示中国境内以北京周口店(北京人)、安徽和县和河南栾川孙家洞为代表的直立人属于同一演化人群，并发现其基因可能通过已知的丹尼索瓦人间接流入现代人群的关键证据。
本项研究相关示意图。中国科学院古脊椎所 供图
这项更新了中更新世东亚古人类群体互动网络认知、重塑了人类演化的突破性研究进展，由付巧妹团队与安徽省文物考古研究所、和县文化旅游体育局、洛阳市考古研究院、栾川县文广旅局、河北地质大学等研究人员合作完成，相关论文北京时间5月13日夜间在国际学术期刊《自然》上线发表。
全球首获直立人鉴定特征分子信息
研究团队介绍说，与尼安德特人、丹尼索瓦人等古人类具有相对丰富的分子数据不同，直立人的古遗传学研究长期处于近乎空白的状态。东亚地区距今210万年至30万年的古人类化石是重建直立人演化历史的核心材料，然而其久远的年代和传统破坏性取样方式，严重制约了对这些珍贵样本的分子研究。
在本项研究中，付巧妹团队通过创新的酸蚀刻微损取样技术，在不破坏化石完整形态的前提下，首次从周口店、和县、孙家洞三处遗址出土40万年前的6颗中更新世直立人牙齿化石中，成功获取具有系统发育信息的内源性牙釉质蛋白数据。
这是全球范围内首次获得具有直立人鉴定特征的分子信息，将古蛋白质组学从辅助工具跃升为破解人类演化史的核心手段，标志着古蛋白质组学正式迈入独立破解人类演化科学问题的新阶段。
这一关键突破使周口店、和县、孙家洞等东亚直立人化石得以首次开展分子层面的研究，但其40万年的岁月使得古蛋白组数据的获取极具挑战，内源性信号极其微弱。为此，研究团队构建严密的质控体系，以保证实验结果的可重复性、保障谱系分析结果的严谨性与可重复性，最终通过对比重要位点处的实测谱图和理论预测谱图来确定谱图解析的准确性。
在严密质控体系下，本项研究从周口店(1颗，距今约42万年)、和县(2颗，距今约41万年)和孙家洞(3颗，距今约40万年)的6颗牙齿，以及作为对比的哈尔滨个体(1颗，距今至少14.6万年)牙齿中，成功鉴定出6种至11种内源性釉质相关蛋白，包含650个至3457个肽段，所构建的一致序列覆盖了6个直立人个体及哈尔滨个体的269个至903个氨基酸位点。
这既是全球首次从直立人化石中获取具有特征性系统发育信息的内源性牙釉质蛋白数据，也是东亚迄今最古老的古人类蛋白组，将东亚古人类蛋白组的时限从约16万年前推至至少40万年前。
发现东亚直立人独特分子标记
东亚中更新世直立人化石在体质形态上表现出显著的区域差异：北京人通常被视为典型的直立人或亚洲直立人的形态学参考标准，孙家洞人的形态特征与其较为接近；和县人则在颅骨和牙齿形态上更趋近印度尼西亚爪哇直立人，并与被认为属于丹尼索瓦人的澎湖人下颌骨存在某些相似之处。
这种形态上的异质性引发长期争论：中国境内的直立人究竟属于同一个演化支系，还是代表了多个不同来源或相对隔离的群体？和县人究竟是直立人支系内部的地方变体，还是暗示着与丹尼索瓦人存在更近的亲缘关系？
本项研究的中国中更新世直立人遗址地理位置及相关样品信息。中国科学院古脊椎所 供图
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本项研究的牙釉质蛋白数据给出决定性的答案：通过系统鉴定9种内源性蛋白质数据中可能含有的现代人、尼安德特人、丹尼索瓦人及黑猩猩、大猩猩和猩猩等灵长类动物特有的单氨基酸多态性位点，并结合严格的谱图查验，发现一个具有决定性意义的全新突变——单氨基酸多态性位点成釉蛋白(AMBN) A253G。该突变在所有6个直立人样本中均被鉴定出来，且在已发表的任何其他古人类(包括德马尼西直立人、阿塔普埃尔卡先驱人、所有尼安德特人、所有已知丹尼索瓦人)、现代人类及其他现生或化石灵长类动物中均未发现。
在系统发育分析层面，研究构建了包括6个东亚直立人和1个哈尔滨个体在内的内源性蛋白质对比数据集，结果显示哈尔滨个体与丹尼索瓦3号个体以98%-100%的高支持率构成单系群，而6个东亚直立人则明确聚为一支(100%支持率)，与丹尼索瓦人、尼安德特人和现代人清晰分离，这意味着，尽管周口店、和县、孙家洞的直立人在形态上差异显著，但他们在遗传上高度相似，同属于一个区别于尼安德特人、已知丹尼索瓦人及现代人的东亚中更新世直立人演化人群。
这一发现首次以直接的分子证据证实，中国三处遗址的直立人同属一个独立的演化人群，解决了长期以来关于东亚直立人内部分类的相关争议，填补了直立人遗传特征的认知空白。
揭示直立人与现代人的遗传关联
在所有6个东亚中更新世直立人样本中，本项研究还鉴定出另一个共同关键突变基因AMBN M273V，其之前已在丹尼索瓦人群体和菲律宾人群等少数受丹尼索瓦人遗传渗透影响较大的现代人群体中被发现，此前普遍认为该突变位点可能是丹尼索瓦人特有的变异位点。
这次古蛋白组数据分析结果则显示，在丹尼索瓦人与非洲现代人之间的序列差异显著大于尼安德特人与非洲现代人之间的差异，而其他临近区域相关差异并不显著。因此，这个突变区域可能与更古老群体有关。
进一步研究还首次揭示，丹尼索瓦人基因组渗入现代人的部分基因，可以追溯至与周口店、和县、孙家洞中更新世相关人群。这意味着，在40万年前的东亚，直立人与已知的丹尼索瓦人可能在相同或邻近的区域共存，为两个人群间的基因交流创造了机会，使得源自直立人的古老基因得以流入已知的丹尼索瓦人基因组后，又通过丹尼索瓦人的基因渗入事件，传递到东亚、东南亚和大洋洲等现代人中，最终对现代人群产生深远的遗传影响。
最新研究的系列成果，共同勾勒出这样一幅人类演化图景：40万年前以北京人为代表的东亚直立人不仅是一个独特的演化群体，更是现代人类基因库中古老基因的源头之一。
本项研究的可能基因流模型。中国科学院古脊椎所 供图
研究团队总结说，本项研究首次将直立人从形态学认知实体转化为具有明确遗传贡献的演化实体；在分子层面发现周口店、和县和孙家洞相关东亚直立人与丹尼索瓦人及当今部分现代人人群的深层遗传联系，为理解古人类演化的复杂性及人属内部的基因交流网络提供了重要证据。
在方法论层面，酸蚀刻法微损取样技术突破了珍贵化石不可再生的技术壁垒，使尘封于形态学描述中的大量古老人类化石开展古蛋白组学研究成为可能。
这一系列从取样到数据解析的创新方法体系，为探索更古老的人类群体树立了可参照的研究范式。
此外，该研究还开发出一种基于牙釉质中釉原蛋白特异性肽段比例来推断古人类性别的方法，并同步在专业学术期刊《遗传学报》(Journal of Genetics and Genomics)发表，为缺乏性别相关形态特征或DNA保存不佳的牙齿化石提供了精准可靠的性别鉴定新方法和开源的新工具。
国际同行专家评价称，40万年前生活于中国的直立人的6颗牙齿的牙釉质蛋白，为古老遗传物质如何最终进入现代人群提供了新的见解。这项研究“解决问题的思路极具创新性且值得高度认可”“研究结果具有原创性和重大意义，极大地增进了我们对人类演化及东亚地区基因渗入事件的认知”。(完)
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