Science论文揭示人类基因组中的“幽灵血统”：TRACE技术锁定两个未知古人类祖先

加州大学伯克利分校的研究人员已经鉴定出人类从两个未知祖先那里继承的DNA区域——这些DNA源自远古时期现代人类与至少另外四个古人类亲属之间的杂交。

虽然此前的研究已经发现了现代人类曾与现已灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人之外的其他古人类杂交的线索，但这项新研究精确地定位了从这些未知祖先继承而来的基因组区域，并建立了时间线。这得益于研究人员开发的一项新技术——该技术利用现代人类的数百个基因组来寻找古老的谱系关系。

其中一位未知祖先，研究人员称之为“幽灵祖先”，在距今5万年前（即智人最后一次走出非洲前往欧洲和亚洲之前）与非洲的现代人类发生过杂交。这些基因约占现代人类基因组的1%，与人类基因组中尼安德特人DNA的含量相当。该未知古人类谱系与现代人类谱系的分化时间约为80万年前，与尼安德特人和丹尼索瓦人的分化时间大致相同，但它与现代人类的杂交发生得更早。

“此前的文献曾提出可能存在幽灵血统——即现代人类中存在来自未知古人类谱系的祖先成分——但他们并未确定这种未知祖先成分是否仅存在于非洲人中，也未确定这一基因渗入事件发生的时间，”该研究共同第一作者之一、伯克利研究生Yulin Zhang说。“我们实际上成功地在现代人类的基因组中定位了来自这一幽灵谱系的区域，并表明这种幽灵血统存在于所有现代人类中，而不仅仅是非洲人。”

另一位神秘祖先——研究人员称之为“超古代祖先”——是一个180万年前的古人类谱系，曾在欧亚大陆与丹尼索瓦人杂交。后来，丹尼索瓦人通过与智人的杂交，将部分超古代DNA与智人共享。

“超古代祖先的发现尤其令人兴奋，因为它揭示了一个生活在百万多年前的古人类谱系的遗传贡献，尽管我们并未从该群体中获得任何测序DNA，”该研究共同第一作者、约翰霍普金斯大学博士后研究员Arjun Biddanda说。

这些发现突显了一个事实：在过去百万年间，早期现代人类不仅与非洲和欧亚大陆的众多相关古人类群体比邻而居，而且他们之间的遗传亲缘关系足够接近，可以与其中许多群体进行杂交。

“凭借来自尼安德特人和丹尼索瓦人的古DNA以及这些新的谱系学方法，我们认识到人类群体间的混合在时间上一直非常普遍，而且这在古老的时间尺度上也同样成立，”伯克利分子与细胞生物学副教授Priya Moorjani说。“我们通常将人类演化想象成一棵分支树，但新的基因组数据和分析方法揭示了一个更加相互关联的历史——更像是由反复发生的迁移和混合事件连接起来的复杂群体网络。”

虽然尚不清楚这些幽灵祖先和超古代祖先究竟是谁，但推断的分化时间分别与约80万年前非洲的中更新世古人类群体和180万年前欧亚大陆的直立人存在时间相吻合。

Zhang、Biddanda、Moorjani及其同事于7月30日在《Science》期刊上发表了他们的研究结果。

追踪古DNA

当现代人类在约5万年前首次走出非洲时，他们与欧亚大陆两个更为古老的古人类谱系——尼安德特人和丹尼索瓦人——发生了杂交。虽然这些更古老的谱系后来灭绝了，但它们将部分DNA留在了现代人类基因组中——这一发现得益于从尼安德特人和丹尼索瓦人化石中提取和测序的古DNA。

但研究人员也在人类基因组中发现了更早杂交的线索。然而，由于我们没有其他已灭绝古人类的DNA，识别它们的遗传贡献一直颇具挑战。

Moorjani团队开发了一种名为TRACE（通过ARG估计追踪古人类贡献）的技术，该技术仅通过分析现代人类的完整基因组来定位这些区域。利用来自全球各地现代个体的基因组数据，团队重建了全基因组的谱系关系——即所谓的祖先重组图（ARG）——创建了一幅关于DNA片段如何通过共享祖先随时间关联的详细图谱。

“谱系图保存了我们演化历史的记录，”Moorjani说。“TRACE在全基因组范围内重建这些历史。通过识别那些祖先关系回溯得异常久远的区域，我们可以在缺乏古DNA的情况下发现已灭绝人类群体的遗传贡献。”

隐藏在基因组中的两个谱系

一些最古老祖先区域与已测序的尼安德特人基因组DNA相匹配，这部分约占人类基因组的1%。仅分析亚洲和大洋洲人群（唯一具有大量丹尼索瓦DNA的群体）的基因组时，他们也正确识别了已知的丹尼索瓦基因渗入区域。

但许多古老区域既不包含尼安德特人DNA，也不包含丹尼索瓦人DNA。研究人员确定，这些DNA片段来自两个不同的谱系，具有不同的基因渗入时间。幽灵谱系在所有人类——包括非洲人和非非洲人——中均被发现，表明基因流动发生在现代人类最后走出非洲并迅速扩散至全球之前。

“我们发现约2%的现代人类基因组来自古人类，”Zhang说。“就幽灵谱系而言，现代非洲人和非非洲人群都继承了相似数量的幽灵血统。每个个体约0.5%至1%的基因组遗传自这一幽灵谱系。”

研究人员通过仅分析大洋洲人群（生活在太平洋岛国上的居民）的基因组恢复了另一个谱系——这些人群已被证明具有更高比例的丹尼索瓦DNA，有时高达4%。超古代血统出现在丹尼索瓦DNA的区域中，表明该DNA是通过丹尼索瓦人向现代人类的基因流动而来。由于丹尼索瓦人携带3%至5%的超古代DNA，现代人类仅继承了其中一小部分，Moorjani说。

“TRACE使我们能够将这些来自此前未表征古人类的祖先片段如何分布在整个人类基因组中进行背景化分析，”Biddanda说。“我们发现这些贡献广泛分布于全基因组，并且幽灵血统甚至在先前被认为对尼安德特人和丹尼索瓦人血统‘不耐受’的区域中也被检测到。”

具有现代影响的古DNA

据Moorjani称，许多古老片段在免疫和代谢功能相关区域中富集。

“这种模式并不完全出乎意料，”她说。“适应新病原体和食物来源一直是人类演化中最强的选择压力之一。与其他人类群体的杂交引入了新的遗传变异，为自然选择提供了额外的原材料。有益的变异随后可以被保留并传播多代。”

Moorjani希望，随着世界基因组数据库变得更加多样化、采样更广泛的人类变异，能够在人类DNA中检测到更多谱系的微弱信号。更多丹尼索瓦人基因组的发现——目前仅有一个已发表，也将有所帮助。最近从直立人化石中测序的蛋白质序列甚至可能帮助识别超古代祖先的身份。

“我认为这些能够重建谱系关系的新计算方法确实是该领域的下一个前沿，因为它们使我们在不需要古DNA的情况下也能揭示过去隐藏的事件，”她补充道。

Moorjani指出，TRACE也应适用于其他物种，“使我们也能揭示生命之树中真正不同的模式。”（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Yulin Zhang et al, Recovering signatures of archaic hominin introgression using ancestral recombination graphs, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aef8874.