你能想象吗？在距今93万年前，人类祖先差点灭绝。北京时间2023年9月1日，国际学术期刊Science在线发表了上海科学家的最新研究成果，该研究创建了快速极小时间溯祖（FitCoal）新理论，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严重的群体瓶颈，人类祖先近乎灭绝。
史前人口数量的变化，综合反映了该时期气候环境的变迁，所以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。已有化石记录表明，最近100万年是人类进化的关键时期，但人类群体历史的研究多局限于最近的30万至10万年内。虽然近年来古DNA测序技术迅猛发展，但由于炎热条件不利于DNA的保存，无法从30万年前非洲人类祖先化石中提取古DNA。该研究通过群体遗传学新理论分析现代人群基因组，研究百万年前的群体历史。
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，也就是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。
为准确解读这些信号，进而准确估算百万年前人类群体历史，研究人员创建了群体遗传学和计算生物学新理论，快速极小时间溯祖FitCoal。遵循这一理论进行数学推导，获得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”。
研究人员通过大量的计算机模拟，分析不同条件下的群体历史，包括群体交融和自然选择，所有结果均表明FitCoal可以精准地估计百万年内的人类群体历史。基于FitCoal，研究人员进一步分析了来自千人基因组计划和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，首次发现在距今93.0万年前，人类祖先由于早、中更新世过渡期的气候剧烈变化，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。
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（LCA）的形成、两条古人类2号染色体的融合阶段相对应。进一步说明早、中更新世过渡期严重的群体瓶颈对人类进化具有关键影响，可能决定了现代人类许多关键表型的形成。并且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。
该研究成果由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组领衔，联合意大利和美国科学家共同完成。
研究成果图解。中国科学院上海营养与健康研究所提供。
头图为FitCoal, PSMC, Stairway Plot和SMC++估计的群体历史。中国科学院上海营养与健康研究所提供。
