距今93万年前，人类祖先在气候剧变中丧失了98.7%的成员个体，几近灭绝。在降低了65.85%的遗传多样性后，人类开始了新一轮进化，踏上了走出非洲的征程。

给出这一连串精准数字的，是一个名为FitCoal（快速极小时间溯祖）的软件。它将精准追溯人类祖先历史的年限从距今10万年向前延伸到了100万年，甚至在数据充足的条件下，还能精确追溯到每一天，置信区间高达95%。而且，输入任何生物的一段DNA数据，FitCoal都能给出溯祖结果。

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（图片来源：Science）

为创制出这一神奇的人类学研究新工具，中国科学院上海营养与健康研究所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联手合作，苦苦钻研了整整十年。9月1日凌晨，国际顶尖学术期刊《科学》在线发表了这一重磅成果。

十年磨刀不发论文，只为“造一把新枪”

“我们从哪里来”是科学研究的永恒主题之一。除了从化石中寻找证据，人类学家一直在苦苦追寻精准溯源远古人类祖先的技术手段。2022年诺贝尔生理或医学奖就授予了创立古DNA提取技术的瑞典科学家斯万特·佩博。

然而，古DNA提取技术并不是万能的。由于DNA是生物大分子，很难长期保存，尤其在30万年前的人类发源地非洲。因此，目前人类群体历史的研究多局限于距今30万至10万年间。可是，化石考古发现，距今约100万至50万年间，非洲的人类化石存在缺失。那么，在这百万年前究竟发生了什么？

“如果说古DNA提取和分析是一把枪，精准击中了人类近十万年的溯祖研究，那么我们就想造一把新枪，用以解决百万年精准溯祖的问题。”2007年，李海鹏从美国、德国学成来到上海，成立研究组，希望破解这个人类群体进化史上的重大谜团。

经过前期铺垫，课题于2013年正式启动。“过去十年，我和潘老师的研究组每周都会开两三次讨论会，但却没有发过任何文章。”李海鹏说，得益于所里宽松包容的科研环境，他们的研究终于在十年后“一飞冲天”。

李海鹏回忆，当研究组对花了近一年时间完成的最初版FitCoal进行测试时，发现结果竟然一团糟。“我们不得不删掉全部代码，推倒重来。”他坦言，自己那时“看不到一点希望”。

终于，又经过数年努力，FitCoal第一个正式版于2021年在bioRxiv公布并提供下载。当全世界同行纷纷从不同角度对软件进行验证，两个研究组都感受到了前所未有的兴奋。

从10万人锐减至千余人，人类祖先险遭灭绝

利用FitCoal软件，研究人员深入分析了来自千人基因组计划和HGDP-CEPH（人类基因组多样性计划）所产生的50个现代人类群体的基因组数据，首次发现了百万年前的一次人类祖先几近灭绝的大事件。

大约百万年前，地球正处于早、中更新世的过渡期，全球气候剧烈变化，冰期与间冰期的周期震荡从百万年缩短至十万年。就在93万年前，受气候剧变影响，身处非洲的人类祖先在短期内丧失了约98.7%的成员个体，从近10万人急剧下降到1280人。

“这段空缺一直持续了11.7万年，此后人类种群数量上升至27160人。”李海鹏说，面对这一几近灭绝的群体瓶颈，人类祖先一定发生了某些改变，最终适应了气候变化，“此后再没有发现类似的情况”。既往考古学研究显示，人类约在79万年前学会了用火，或许正是这一划时代的技能习得，使人类祖先绝地逢生。

（图片来源：Science）

同时，这一严重的群体瓶颈事件也在现代人类的基因中留下了深深印记。潘逸萱的另一个研究方向是糖尿病，“能够生存下来的人类祖先个体，必定在高效储存能量、获取能量上有先天上的独到优势，并通过基因传递给后代”。当现代人类带着这些适应食物极端匮乏生活的基因，走入物质极其丰富的当代社会，这些远古基因反而成为人类整体水平上易感糖尿病的“元凶”。

“我们已经锁定了一个可能与人类糖尿病易感性相关的基因，后续将进一步深入研究。”潘逸萱认为，如果在这方面有所突破，可能会寻找到一些新途径，从人群总体上降低罹患糖尿病的风险。

输入一段DNA，就能为任何生物种群溯源

“这是近年来CNS（《细胞》《自然》《科学》三大顶刊）期刊上凤毛麟角的理论论文，也是一段买椟藏珠的故事。”中山大学生命科学学院教授吴仲义毫不掩饰对FitCoal的赞许，“论文只讲述了93万年前的这个故事，理论框架和新的方法突破都在附件中”。

美国南佛罗里达大学教授刘晓明则称FitCoal是“目前为止最为准确的估计有效群体规模历史的方法”。作为一种全新工具，FitCoal基于的是突变频谱数据，具有数据形式适应性强、计算速度快等优点，具有极为广泛的应用前景。

“FitCoal是一种创新理论，软件即是遵循这一理论进行数学推导的工具。”李海鹏介绍，史前虽然没有文字记载群体数量，但人类祖先却将这种印记留在了群体基因中。但群体历史越久远，留存至今的基因印记信号就越微弱。

“我们准确解读出了这些信号，实现了对古人类群体的‘人口普查’。”李海鹏说，FitCoal无需事先获得群体历史的先验知识，即可自动快速搜寻出最接近于真实历史的相似值，也可以说估算出“精确到每一天”的群体历史。

刘晓明表示，FitCoal的推断与一系列人类学、古气候学证据在时间上相吻合。过去，由于方法局限，科学家无法进行更精确的研究，“正是由于FitCoal在方法学上的突破，才使得这一发现得以合理地解释和验证”。

潘逸萱补充道，尽管他们无法确切知道这1280名人类祖先的具体地理位置，但对群体数量估算的准确度超越了之前所有方法，“根据我们的实验验证，仅需3个非洲现代人个体的基因组，就能检测到这一瓶颈”。

据悉，这一方法同样适用于包括动物、植物、微生物在内的多个物种，只要输入一段DNA，就可获得溯源结果，数据量越大，结果越精准。除了进一步深入了解人类历史，这一全新方法还将有助于揭示肿瘤的演化、人类脑容量快速增长的分子机制，解释现代人群对糖尿病的整体易感性等。

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