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数值计算表明现代人与尼安德特人没有血缘关系

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發表 由 天王小子 周日 12月 20, 2009 1:40 pm

摘要/内容：
    1856年几个矿工在德国尼安德山洞(Neander Valley cave)中发现了一个头骨和骨头。最初这些骸骨被描述为一个“残忍”的部落或一个因疾病而变得丑陋的人。三年后，英国科学家达尔文发表了其著名的物种起源(On the Origin of Species)，随着达尔文进化论思想的影响越来越大，这些骸骨成为史前人种存在的证据，科学家把[您必需注冊并登錄才能查看本鏈接。]描述为人类进化历程中的一环。

    一个长期争论的问题是尼安德特人是否与早期现代人(我们的祖先)——克罗马农人(Cro-Magnons)是否通婚过，由于尼安德特人与克罗马农人在欧洲共存了几千年，他们有充裕的时间通婚。在最近的一项研究中，Mathias Currat 和 Laurent Excoffier 利用我们已知的克罗马农人与尼安德特人的人口密度空间分布针对这一问题进行了模拟研究。研究表明克罗马农人与尼安德特人从未“通婚”，他们的结果支持了最近关于这一问题的基因和形态研究结果(科学报道：[您必需注冊并登錄才能查看本鏈接。])。该研究发表在最近出版的PLOS Biology杂志上([您必需注冊并登錄才能查看本鏈接。])。

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    [上图]尼安德特人曾广泛分布于欧洲与中近东；[下图]尼安德特人(左)与克罗马农人头骨的比较；
    关于这一问题有两种模型：一种模型认为现代人13万年前由非洲起源并完全取代了同时期的其他人类，在这个过程中现代人从未与其他人类发生过“通婚”。而另一种模型则认为现代人是逐渐取代其他人类的并伴随着不同人类间的“通婚”。

    利用古人类化石提取的线粒体DNA的基因学证据表明尼安德特人和早期现代人没有发生过通婚，但这一结论并不是决定性的。如果现代人与尼安德特人“通婚”的比例很小，现代人中的尼安德特基因会随着遗传漂变(genetic drift)而逐渐丧失。而且可供分析的古人类化石的数目是如此之少，从前的研究只能排除尼安德特人的(基因)贡献超过25%的情形。

    利用已知的克罗马农人和尼安德特人的考古学和人口学数据，Currat 和 Excoffier 的模型细化了更多的参数，如：地理边界，局部人口的变化，人类分布区域的扩大，和不同人类对资源的竞争。例如由现代人是在大约1万2千5百年前取代了尼安德特人这一事实，我们可以估计现代人扩张的速度。

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    模拟由1600代前开始，此时欧洲由尼安德特人(浅灰色)居住，现代人已开始由非洲扩张(用黑色箭头A表示)；B-F表示现代人(深灰色)逐渐向欧洲扩张；浅灰色与深灰色区域之间的黑色条状区域表示尼安德特人与现代人共存的区域。
    作者由一套可能的参数数值出发得到了现代人取代尼安德特人的基本图象(scenario)，取局部“通婚”几率、克罗马农人的人口数量、居住地域等为不同数值进行模拟，这样可得到其他八种描述克罗马农人殖民欧洲的图象。然后使用联合模拟(coalescent simulations)方法估计出尼安德特人基因对现代人基因库的贡献。这样就得到了局部人口的谱系(genealogies)和基因多样性(diversity of genes)随时间变化的结果。模拟结果表明，如果尼安德特人和克罗马农人在没有约束的情况下“通婚”几千年，尼安德特人基因对现代人基因库的贡献将是极大的。令人惊讶的是，模拟结果表明：即便尼安德特人和克罗马农人只有很少的“通婚”，尼安德特人对现代人基因的贡献仍然是很高的。

    这个违反直觉的结果意味着什么呢？只要在历史上曾经有很少的人口密度发生过很小的局部通婚，尼安德特人基因都会使那部分人群的克罗马农人基因显著减少；这些尼安德特人基因成分会随着克罗马农人的扩张而扩张，因此新获得的尼安德特人基因将会被放大。

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    尼安德特血统在现代人中出现的几率(黑色)：A.每50类群(demes)出现1个杂交事件(admixture event)；B.每5类群(demes)出现1个杂交事件；C.每2类群(demes)出现1个杂交事件；D.每1类群(demes)出现1个杂交事件；
    由于在现代欧洲人的DNA中从未发现过尼安德特人的线粒体DNA(mtDNA)，作者估计了发生这种情况的最大“通婚”次数。这个数字大约是34到120次，考虑到克罗马农人和尼安德特人共存了超过1万2千年，这确实是一个非常低的数字！

    尽管在作者的模型中利用了克罗马农人的扩张和人口增长的历史数据，作者承认他们的模拟只是一种推测，而不一定是现实。在他们的模拟中，最大基因混合将小于0.1%，比从前的估计(25%)要低400多倍。因此尼安德特人与克罗马农人从未“通婚”过，他们应当仅仅是两个不同的物种。
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