青藏高原：人類族群的「基因大熔爐」

知識 09-10

?圖片來自Telegraph

編者按：

長年生活在珠穆朗瑪峰附近的高原人群，能適應高海拔生存環境。2014年，英國頂級學術期刊《自然》（Nature）的一項針對一個藏族高原適應關鍵基因（EPAS1）的重測序研究披露，高原人群之所以能夠在高原上長期生存，是因為他們從已滅絕的人類——丹尼索瓦人那裡繼承了高原適應基因。長期以來，青藏高原人群的起源和演化歷史都存在較大的爭議。對高原人群到底是什麼人，他們從何而來，何時進入青藏高原這些問題，我們仍不是很清楚。上海生命科學研究院計算生物學研究所徐書華研究組最近發表在《美國人類遺傳學雜誌》上的研究成果，部分揭示了青藏高原人群的演化歷史。

撰文 | 徐書華（上海生命科學研究院計算生物學研究所）

責編 | 葉水送

●　●　●

是什麼原因驅使人類祖先向全球各地遷移，又是什麼力量召喚史前人類踏上青藏高原的征程。如今我們是否還能循著至今仍駐守高原的人群的熱血（基因）追溯那些開拓者的足跡，感受人類祖先挑戰生理極限、征服高原極端環境的勇氣？

8月26日，《美國人類遺傳學雜誌》（AJHG）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院計算生物學研究所徐書華研究組的研究成果「Ancestral Origins and Genetic History of Tibetan Highlanders」（青藏高原人群的祖先起源和遺傳學歷史）。該項工作基於藏族人全基因組測序數據，參考全球200多個現代人群以及幾個已滅絕的遠古人類的遺傳信息，運用和發展新的計算分析方法（Archaic Seeker），解析了青藏高原人群的遺傳背景，重構了高原人群的祖先起源、基因交流和演化歷史，揭開了遠古人類和現代人類征服青藏高原神秘面紗的一角。

青藏高原人群的起源以及演化歷史

長期以來，青藏高原人群的起源和演化歷史，在人類學、考古學、語言學和進化生物學等諸多領域都存在較大的爭議。一些關鍵問題曾引起了廣泛的思考、討論和研究，但都沒有定論。

其主要問題如下：

1. 高原人群到底是什麼人，與亞洲乃至全球其他人群有何親緣關係；

2. 人類何時進駐青藏高原；

3. 最初進入青藏高原的是什麼人；

4. 早期人類是否都已滅絕，還是有基因傳承，他們與現存藏族人群有何聯繫；

5. 人類進入青藏高原的征程究竟是怎樣一種曲折的歷程。

研究小組懷著對開拓者們的敬意和對他們留存後世演化至今的基因的敬畏，小心檢測和分析了33位藏族人和5位夏爾巴人的基因組，探討了關於青藏高原人群起源和演化的一系列關鍵問題。

?SUNDer人群的遺傳演化模型概覽圖，圖片來自Lu et al., 2016

研究發現，以藏族和夏爾巴為代表的青藏高原人群的遺傳構成極其複雜，是高度遺傳混合的族群。現存高原人群的基因組中可以鑒定出約90%左右的現代智人譜系（Homo sapiens sapiens）以及6%左右的古人類譜系（Archaic Hominoid）；其中現代智人譜系不同程度地源於多個已分化的人群，包括東亞、中亞和西伯利亞、南亞，以及西亞和大洋洲人群等；而古人類譜系的來源也很複雜，其中一些基因片段可能來源於阿爾泰尼安德特人（約1%）和丹尼索瓦人（約0.4%）或其近緣族群，而另一些基因片段可能源於一些不同於尼安德特人和丹尼索瓦人的其他早期智人或者遠古人類。

在所研究的200多個全球現存人群中，東亞人群普遍比其他人群與青藏高原人群在遺傳更近；與藏族和夏爾巴遺傳上最近緣的族群是同處高原的土族、彝族和納西族；而平原人群中，漢族是與藏族遺傳最近的族群，兩者共享的東亞遺傳組分超過其遺傳總體組成的80%；相應地，兩個族群的祖先群體分化的時間大約是在9000—15000年前。這個時間似乎早於通常認為的東亞農業文明時間，但是從遺傳學數據上看，漢族祖先群體從此期間開始發生顯著的群體擴張，而高原人群卻沒有類似的跡象。

另外，基於遺傳學數據的計算，我們發現，青藏高原人群的遺傳起源可追溯至4萬年至6萬年前。這個時間窗口屬於人類演化史上的舊石器時代中晚期，這也意味著，人類在青藏高原的活動可前推至末次盛冰期（19000—26000年前）之前。

?藏人以及夏爾巴人的起源，圖片來自Lu et al., 2016

早期進入青藏高原的人類不是一個單一的族群，甚至不是一個物種。他們最初也許不是青藏高原的永久性居民，很可能是一些採摘狩獵族群（Hunter-gatherer），只是到一定季節才到高原上採集或獵取食物。這些人類族群包括舊石器時代的現代智人——在遺傳上與已滅絕的古西伯利亞現代智人有近緣關係，也有早期智人——可能有多個支系，包括考古學已經發現的阿爾泰尼安德特人和丹尼索瓦人，以及其他未知古人類。這些早期進入青藏高原的人類族群間發生了廣泛的基因交流，形成了一個包含現代智人和早期智人多個譜系的遺傳構成極其複雜的混合人群（我們發表在PNAS的論文將之稱為SUNDer）。

青藏高原人類演化存在延續性。早期進入青藏高原的人類，或者文中稱之為SUNDer的人群，雖然作為一個族群已經消亡，但是通過與後期進入青藏高原的族群遺傳混合，部分基因片段得以保存下來，從而使得青藏高原人類演化具有了延續性。當然，這些古人類基因片段，尤其是那些至今被大多數高原人群攜帶的古人類高頻基因片段，得以傳承的原因，可能正是因為這些基因片段能幫助人類適應高原環境。作為支持這個觀點的證據，該項工作發現高原人群攜帶古人類片段的比例與人群所在的海拔高度呈現很強的正相關性。

青藏高原為何是人類族群的「基因大熔爐」

青藏高原的高寒低氧環境雖然令人生畏，但似乎未能阻止人類探索這塊神秘土地的腳步。在青藏高原人群基因庫中檢測到來自各個方向的族群血緣，幾乎跨越了整個歐亞大陸。如果以如今我們所處的時代視角，切開歷史的斷面，看到的是「條條道路通青藏」。青藏高原儼然已是跨時空的人類族群「基因大熔爐」——青藏高原人群起源和演化歷史的「混合之混合」模型。

通過此次研究，研究者可以初步勾畫出人類開拓青藏高原漫長征程的一個總體輪廓，並構建了一個兩波「混合之混合」模型來說明這個演化的歷程。由於從基因組學數據中估算的時間節點與末次盛冰期（LGM）存在很大程度的關係，按此大致分為三個階段。

第一階段，或稱為末次盛冰期前階段（Pre-LGM）。大約4—6萬年前，青藏高原上已經活躍著舊石器時代人類的不同類群，包括早期智人的不同支系和現代智人的支系。這些類群經過在高原的長期暴露，經受了高原環境的選擇，同時彼此之間發生了遺傳混合（第一波混合），那些攜帶適應性基因變異的個體得以生存下來，並世代繁衍，逐漸形成了一個高度混合的族群SUNDer。

第二階段，或稱為末次盛冰期後階段（Post-LGM）。SUNDer經歷了末次冰川盛冰期的考驗，人口極度下降，但是並未滅絕，有少數後代留存。同時，盛冰期過後，大約在15000年前，新的移民再次開始移民青藏高原。SUNDer的後代與末次盛冰期後陸續到來的新的移民人群發生了基因交流（第二波混合）。

第三階段，大致在農業文明產生前後，這一階段一直延續至今，與第二階段可能沒有明顯的間斷。但是隨後農耕時代的到來引起平原地區人口的擴張，也許對移民青藏高原的浪潮起到了推波助瀾的作用。

期間現代人類陸續（也許比先前更大規模地）登陸高原，大部分是已經分化的人群，包括南亞人、東亞人、中亞和西伯利亞人等。但這些四面而來的新移民也許本身就是遺傳上混雜的族群，他們的遷入，同時也為青藏高原人群引入了更為複雜的遺傳構成。這期間，青藏高原人群也發生了不同程度的分化，比如藏族和夏爾巴人的祖先也許正是這個期間分道揚鑣。當然，藏族人與夏爾巴人的祖先分開以後，兩個族群也並未完全隔離，彼此之間可能一直存在基因交流。這也是為何藏族人和夏爾巴人如今看起來非常相似的原因。

不同人類族群之間的分化、隔離、再接觸、再融合，這些過程交替發生、交織在一起，最終造就了現存的青藏高原人群。類似的過程，在全球其他區域也可能普遍存在，並貫穿整個人類演化歷史始終。青藏高原人群的起源和演化歷史，是整個歐亞大陸乃至全球人類的演化史研究中不可或缺的部分，對闡明人類遺傳多樣性產生和進化的機制研究也具有重要的參考價值和理論意義。

如此說來，青藏高原是人類基因的大熔爐一定不為過。當我們追溯這些四面匯聚而來的基因片段的演化時間時，就會發現，這個跨越了幾萬年的遺傳融匯歷程，才成就了青藏高原這個跨越時空的「基因大熔爐」。也只有基因中那些神秘的「字元」，讓我們有機會拼湊成些許歷史的「殘片」，窺見曾經的滄海桑田。也許，這也是人類基於生命本質追尋「我是誰？」、「我從哪裡來？」、「我要去往何處？」這三個終極問題的答案僅存的希望。