古基因组研究：人类演化在过去一万年间加速了

原文作者：Ewen Callaway

一项大规模古人类DNA研究表明，人类演化在过去一万年间加速了。

研究者发现，自农业兴起以来，生活在西欧亚大陆（欧洲和中东地区）的古代人类有数百个基因变异通过自然选择发生演化。这些基因的改变对今日人群的健康产生了广泛的影响。

“我们看到了巨大的变化。”美国哈佛医学院人口遗传学家、论文共同作者David Reich说，这篇论文4月15日发表在《自然》上[1]。但一些研究者对这些发现的规模及部分结果——如论文所称的自然选择影响了高度复杂特征（如精神疾病与认知）相关的基因变异——尚持保留态度。

智人（Homo sapiens）大约在20至30万年前兴起于非洲，随后扩散到地球的几乎每一个角落。随着人们生活在更大群体中，更亲近动物，农业的出现带来了新的食物、病原体和其他种种挑战。

人类显然适应了这些剧变。但对现代和古代人的基因组研究只发现了自然选择的零星遗传迹象，尤其是那些频率激增的有利基因，或证明有害且变得不太常见的基因。

“定向选择”已知的一个著名例子是在成年后维持乳糖酶生产的基因变异，这让许多欧洲祖源的人终身能够消化牛奶。

为扩大探索范围，Reich、哈佛医学院的计算遗传学家Ali Akbari和他们的同事收集了规模极大的古人类基因组数据——来自西欧亚地区、总计15836人，其中包括超过10000人的新测序基因组。

识别因定向选择变得更常见或更罕见的基因变异，这一努力可能受到随机波动（称为遗传漂变）和人口迁移的影响，后者会极大改变地区居民的遗传组成，例如欧洲的采集狩猎者群体被中东的农耕人群替代。

为解决这一问题，Akbari和Reich团队首先寻找生活在不同时期、不同群体中出现频率始终更高或更低的遗传变异。随后，他们排除了那些可被自然选择以外因素解释的改变，发现有479个变异展示出强烈的定向选择迹象。

这些变异谱写了一幅人群绘卷，随着欧洲各地采集狩猎生活方式让位于农耕，他们的生物特征开始不断变化。研究还发现青铜时期（开始于5000年前）演化进入加速，可能反映出始于一万年前新石器时代的生活方式改变进一步加剧，Reich说，“这是一段经济和文化上的变革时期。”

Akbari和Reich团队开发的方法设计用于识别人群中遗传变异频率的持续变化，无论是增是减。但他们发现的变异中，有三分之二的频率如同过山车般起伏。一个以往研究发现与多发性硬化症风险升高有关的基因变异[2]，约6000年前频率急剧上升。本次研究认为，这个变异过去2000年间在欧洲一些人群中频率有所下降。

和免疫有关的基因是定向选择的常见目标。一个与结核病易感相关的基因，在过去3000年间变得不那么常见了，这也证实了此前其他研究的结果[3]。但在此之前它的频率曾激增过，可能由其他病原体的出现所致。一个赋予现代人HIV抗性的变异在过去6000-2000年间变常见了，或许是因为它同时也能抵抗鼠疫的致病菌。

演化还塑造了欧洲人的外貌。Akbari和Reich团队发现了十种与肤色较浅有关的变异带有自然选择信号。某个与男性脱发有关的变异在过去7000年里变得少见多了，这让脱发估计减少了约1-2%。

研究团队还调查了自然选择可能如何影响与大量变异有关的特征。他们的方法是，追踪已经在现代人的全基因组关联研究（GWAS）中识别的变异在古代的频率变化。

分析发现，与现代人群2型糖尿病、双相障碍和精神分裂症风险升高有关的变异组合，过去一万年间在欧洲和中东古代个体中有所减少。但与受教育年限、家庭收入和智力测试分数有关的组合则在过去一万年中呈现上升趋势。

Reich和Akbari强调，这些结果不意味着过去精神疾病更常见，或古代欧亚西部的人群随着时间推移变得更聪明（或更富有）。21世纪的环境压力和古代是截然不同的。

“很难猜出这些统计信号背后是怎样的生物学。”哈佛医学院的人口遗传学家Shamil Sunyaev说。相反，许多显示出定向选择迹象的个别变异，在生物学上是说得通的，而且也与过去的研究结果一致。“让我赌的话，这些结果很可能经得住推敲。”Sunyaev说。

美国宾夕法尼亚大学演化遗传学家Iain Mathieson说，这项研究“无论在数据还是方法论上都是重大进步”。他认为，过去1万年来个体基因变异的广泛自然选择证据是可信的，但对关于复杂性状选择的结论则不太信服。这些结果有赖于全基因组关联分析（GWAS），它可能反映出特定人群的特有环境差异。

德克萨斯大学奥斯汀分校的演化遗传学家Arbel Harpak说，其中有些强有力的定向选择案例很可能是对的，且已得到其他研究的证实。但他质疑这篇《自然》论文是否充分考虑了随时间推移的祖先变迁，某些情况下这种情况也可能被误认为自然选择。

“最好将这篇论文看作是精妙的数据和引人入胜的假说，还需作进一步检验，而不是将之就此视为欧亚大陆近期适应性演化的定论。”Harpak补充说。