作为一个生活在当今社会的人，你是否好奇这颗拥有80多亿人口的蓝色星球，在约百万年前居住着多少人类祖先呢？“距今93万年前，人类祖先短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝”，这是中国科学院上海营养与健康研究所李海鹏研究员及合作者给出的答案。

(相关资料图)

李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组领衔创建了快速极小时间溯祖（FitCoal）新理论方法，并发现人类在早、中更新世过渡期由于气候环境的急剧变化经历了一次人口锐减。相关成果9月1日发表于国际学术期刊《科学》。

估算百万年内人类群体历史可精确到“天”

追溯生命的过往，是人类自古至今的执念。李海鹏告诉记者，史前人口数量的变化，能综合反映该时期气候环境的变迁。“通过群体遗传学的研究方法进行回溯，可以更深入地了解现代人类的形成。”

然而，由于炎热条件不利于DNA的保存，科研人员无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。为准确估算百万年前人类群体历史，研究团队创建了群体遗传学和计算生物学新理论——FitCoal。

实际上，FitCoal既是一种理论框架，也是一个软件工具。在该软件上输入任何生物的一段DNA数据，科研人员称之为突变频谱，它都能给出溯祖结果。“分析结果表明FitCoal可以精准地估计百万年内的人类群体历史，计算过程中所需的中间变量，即枝长数学期望值的精确度高达每一天，所以估计的群体历史误差极小”，李海鹏向记者详细介绍了FitCoal的精准度。

史前虽然没有文字记载群体数量，但有效群体大小会影响每个世代的溯祖率，即两个谱系在上一世代来自同一祖先的概率。因此人类祖先曾在群体基因组中留下印记，反映当时的群体大小。群体历史越久远，留存至今的印记信号越微弱。

为准确解读人类祖先所留下来的印记信号，研究团队遵循FitCoal理论进行数学推导，获得了在任意群体模型下各突变类型（即突变频谱）对应溯祖树枝长期望值的解析解，并获得精确的似然值，即在群体历史条件下观察到样本突变频谱的概率。“因此，无需事先获得群体历史的先验知识，FitCoal即可自动快速搜寻出极大似然值，从而估算群体历史，对古人类群体进行‘人口普查’。”李海鹏说。

从十万人锐减至千余人，人类祖先几近灭绝

基于FitCoal，研究团队首次发现在距今93万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，成年个体数从近10万锐减至1280，并且这一数据维持了11.7万年。

研究人员采用HGDP-CEPH数据集的两个南部非洲群体作了进一步验证，虽然样本量仅为6个和8个个体，但FitCoal依然检测到了远古群体瓶颈。这一严重的远古群体瓶颈，恰好与非洲人类祖先化石的缺失环节、非洲直立人化石的消失、新的古人类物种的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应。“这一远古时期群体数量的衰减，降低了65.85%现代人群的遗传多样性，对人类生命和健康产生了深远的影响，可能决定了现代人类许多关键表型的形成。”李海鹏表示。

美国南佛罗里达大学学者刘晓明评价FitCoal是目前为止最为准确的估计有效群体规模历史的方法，“这个方法是基于突变频谱的数据，具有数据形式适应性强、计算速度快等一系列优点，有非常广泛的应用前景。”

对于成果的转化应用，李海鹏告诉记者，将来若要了解某一动物、植物或微生物等的历史生存状况，便可借助FitCoal来推溯。此外，它还有助于揭示肿瘤的演化、脑容量快速增长的分子机制，以及现代人群对糖尿病的整体易感性。据介绍，合作团队已锁定了一个可能与人类糖尿病易感性相关的基因，后续将进一步开展深入研究。