长达11.7万年里人类平均个体仅1280人
不绝如缕文/万物君8月31日，美国《科学》杂志在线发表了两位中国学者李海鹏和潘逸萱的论文《基因组信息推断早更新世向中更新世过渡期间人类遭遇严重瓶颈》。文章称，在距今 93 万年前之后的长达 11.7 万年的时间里，人类平均成年个体数仅为 1
不绝如缕文/万物君8月31日，美国《科学》杂志在线发表了两位中国学者李海鹏和潘逸萱的论文《基因组信息推断早更新世向中更新世过渡期间人类遭遇严重瓶颈》。文章称，在距今 93 万年前之后的长达 11.7 万年的时间里，人类平均成年个体数仅为 1280。1在没有人口普查的史前时期，上述结论是怎么得出的？其实，分析某个种群的历史有效群体大小的方法有很多，常用的有三种，分别为成对序列马可夫共祖分析（PSMC）、阶梯图（Stairway Plot）和状态机生成器（SMC++）。
目前应用最广泛的一种方法是PSMC分析。
它是二代测序算法界的大神李恒在2011年发表的一种的推测物种进化历史上有效群体大小的方法。
该方法利用个体重测序的数据来推测该个体所属的种群在历史上各个时期的有效群体大小。
简言之，上述方法能够对10万年以内的群体历史有着较为精确地估算，再长时间就不够精确了。
在李海鹏和潘逸萱的论文中，中国科学家开创了一种群体遗传学和计算生物学的新理论和方法，用几个现代人的基因组数据，就可以估算数十万年前人类祖先的人口规模。
这一创新理论的名字为“快速极小时间溯祖”（FitCoal）。
2生物种群的基因数和种群的个体数存在一定的数学关系。
只要找出这种内在关系，推导出数学模型，就有可能通过这种生物今天的基因数量，推导出这个种群过去某时间点的个体数量。
李海鹏和潘逸萱等人遵循上述原理，“十年磨一剑”终于推导出了数学模型，并把相关函数敲成代码。
FitCoal 部分公式这一过程非常漫长，潘逸萱曾说，他们在研究中多次“撞墙”，第一次“撞墙”最久，之后每次“撞墙”以1-2年为单位。
潘逸萱教授幸运的是，他们成功了。
李海鹏表示，“该方法在100万年时间范围内，可以对每天的情况进行追踪。
也就相当于，可以在百万年的时间范围内精确到每一天。
”李海鹏教授FitCoal 的步骤很简单，就三步，分别为：提取基因样品，测序和套用公式。
因为科学家已经建立了人类基因组数据，所以，前两步可直接省略。
3基于FitCoal，研究人员分析了来自千人基因组和HGDP-CEPH基因组计划产生的、共50个现代人类群体的基因组数据。
结果发现，在距今93.0万年前，人类祖先在短期内丧失了约98.7%的成员个体，几乎灭绝。
在长达11.7万年的时间里平均成年个体数仅为1280。
另外，研究人员独立分析了千人基因组和HGDP-CEPH基因组的数据，结果与上述结论几乎一致，分别为1270人和1300人。
随后，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。
其实，仅需3个非洲个体的基因组，FitCoal 即可检测到远古群体瓶颈。
这意味着计算生物学取得了重大突破。
4研究人员对比了 FitCoal 和 目前领域内常用的三种方法PSMC、Stairway Plot 和 SMC++，结果发现，FitCoal 估计的群体历史不但是无偏的，而且置信区间小于上述三种方法。
值得一提的是，stairway plot（阶梯图）方法在2015年研究千人基因组计划数据的时候就显示非洲群体在50万至100万年间有一个严重瓶颈，谷底在60万年左右。
在非洲之外的群体观察不到这个瓶颈。
相比之下，FitCoal 方法不但能确定瓶颈时间、人口数量以及二者之间的对应关系，还能用非洲之外的群体观察到这个瓶颈。
正因为如此，很多学者对 FitCoal 做出了积极评价。
中山大学生命科学学院吴仲义教授称，李海鹏团队和潘逸萱团队在这个题目做的重大贡献是提出了理论框架。
其论文是近年cns期刊上少数凤毛麟角的理论论文。
美国南佛罗里达大学刘晓明教授称，fitcoal方法是目前为止最为准确的估计有效群体规模历史的方法。
而且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。
西湖大学统计遗传学实验室负责人、生命科学学院杨剑教授称，这是一个“新理论带来新发现”的研究典范。
意大利罗马大学的人类学家Giorgio Manzi称，非洲和欧洲的人类化石记录，都在时间顺序上证明有一段人口瓶颈期的存在。
中国学者的新发现正好证明了更新世人类化石的某个断层期的合理性。
英国的人类进化学者Chris Stringer称，这个结果说明，现代人类的祖先遭遇过严峻的人口瓶颈。
也让我们意识到，人类发展的早期是多么地脆弱，我们的进化之路几乎被抹除。
5上述人口数量锐减的群体瓶颈事件，是怎么产生的？又带来了哪些影响？研究人员推测，这一群体瓶颈事件可能是由急剧的气候变化引起的。
据研究，距今100万年至10万年的更新世中期，是全球气候和环境变化的一个重要时期，当时气候周期转型，全球冰量增加，海平面下降，哺乳动物迁徙或灭绝。
距今93万前到81.3万年前的人口数量锐减时期，恰好处于更新世中期的早段，人类很有可能因为气候剧烈变冷而几乎灭绝。
冰河时期早在2020年，由中外科研人员合作完成的一项最新古人类研究结果表明，在距今120万-70万年的中更新世气候转型显著阶段，以中国为代表的东亚早期人类为应对气候变化，在地理分布和石器制作行为等方面做出重要转变。
科研人员通过对中更新世气候转型期及其前后阶段中国古人类-旧石器遗址时空分布以及石器打制技术进行系统梳理和对比研究揭示：经过中更新世转型期，伴随着气候向干冷转变以及第四纪哺乳动物群的变化，高、低纬度间史前遗址的分布发生明显的变化，如中更新世转型期开始中低纬度地区的遗址分布更为集中、增长明显。