神经网络解谜巴布亚新几内亚人群走出非洲事件：瓶颈效应颠覆早期起源假说

本研究针对巴布亚新几内亚（PNG）人群的遗传起源争议，通过整合千人基因组计划数据与新型计算模型（ABC-DLS和Relate），重构了其走出非洲（OOA）后的演化路径。研究揭示：PNG人群与东亚人群互为姐妹群，其相对交叉聚结率（RCCR）曲线的异常偏移源于严重的人口瓶颈（有效群体规模低至674人）和缓慢增长，而非早期走出非洲人群的基因贡献。这一发现澄清了长期存在的“双起源”假说争议，强调了人口统计学事件对RCCR解读的关键影响，为人类迁徙史研究提供了方法论范式。

　　

论文解读

巴布亚新几内亚（PNG）人群因其独特的演化历史成为人类遗传学研究的关键：5万年前最早定居新几内亚、长期地理隔离、高比例丹尼索瓦人（Denisovan） ancestry（祖先基因贡献），使其成为探索人类走出非洲（Out of Africa, OOA）事件的活化石。然而，其起源路径长期存在争议——早期研究通过相对交叉聚结率（RCCR）分析发现PNG与非洲人群的分化早于其他OOA群体，推测其可能混入了12万年前更早走出非洲的“幽灵群体”。但这一结论被质疑受样本量不足或基因分型误差干扰，且与“PNG-东亚姐妹群”的主流假说相悖。

为破解这一谜题，爱沙尼亚塔尔图大学（University of Tartu）联合法国国家科研中心（CNRS）等机构的研究团队，在《Nature Communications》发表最新成果。他们利用千人基因组计划（1000 Genomes Project）和新发表的249例PNG样本，结合前沿算法Relate和ABC-DLS（近似贝叶斯计算-深度学习），首次在排除技术误差的前提下验证RCCR偏移现象，并通过大规模模拟证明：这一偏移实为PNG人群经历的严重遗传瓶颈和低增长率所致，无需借助“早期OOA贡献”假说。研究确认PNG是东亚人群的姐妹群，为人类跨大陆迁徙史提供了关键拼图。

关键技术方法

1. 基因数据处理：整合千人基因组计划、PNG高地人（n=249）及古人类（Altai Neanderthal、Denisovan）基因组，经BWA-MEM和GATK流程比对/校准，构建物理定位变异数据集。
2. RCCR曲线分析：采用Relate v1.1.8对等量样本（40例/群体）进行10次随机抽样，计算群体间分化时间置信区间，并验证技术偏差影响。
3. 群体历史建模：基于msprime模拟5种演化模型（A/O/M/AX/OX），利用交叉群体位点频谱（cSFS）压缩技术降低维度，通过ABC-DLS神经网络训练2万次模拟数据，以贝叶斯因子评估模型优度。
4. 参数优化：序贯蒙特卡洛（SMC）循环逐步缩小先验范围，以3GB中性区域序列优化群体分化时间、瓶颈规模、基因渗入比例等24项参数。

研究结果

实证数据验证RCCR偏移
Relate分析显示，PNG-非洲（Yoruba）的分化点在10万年前RCCR值降至68%（95%CI:66-70%），显著早于欧亚群体（83%）。该偏移在物理定位数据（SGDP）和安达曼人群（无丹尼索瓦 ancestry）中同样存在（补充图2-4），排除分型误差主导假说。

PNG属东亚姐妹群，无显著早期OOA贡献
ABC-DLS模型比较中，模型A（PNG-东亚姐妹群）显著优于其他模型（p>0.05）：

• 模型AX（含早期OOA贡献）和模型M（含欧亚外群混合）在贡献<5%时易被误判为A（补充图5-6），但模型OX可明确排除（补充图7）。
• 低迁移率模型（m<5×10^-5）下模型A始终最优，高迁移率（m<5×10^-4）虽降低分辨力，仍无证据支持OOA或外群主导假说（补充表5）。

瓶颈与低增长驱动RCCR偏移的关键证据
基于模型A的最佳参数模拟（表1）：

1. 严重瓶颈：PNG群体瓶颈期有效规模仅674人（95%CI:663-689），远低于欧洲（3512人）和东亚（1771人）。
2. 分化时间：PNG约4.62万年前（kya）与东亚分离，晚于欧亚分化（5.12万年前）；丹尼索瓦基因渗入发生在3.13万年前（贡献度3.23%）。
3. 模拟复现偏移：仅PNG经历500人瓶颈+零增长时，RCCR曲线偏移最显著（图4 vs 图1；补充图11-12），因瓶颈事件通过改变聚结率估计，在真实分化前10万年即扭曲RCCR（补充图12）。

结论与意义

本研究通过高精度群体遗传学模型，确立三个核心结论：

1. 起源路径革新：PNG人群为东亚姐妹群，其祖先约6.24万年前参与主流OOA事件，驳斥“双起源”假说；早期OOA贡献若存在，亦低于检测阈值（<5%）。
2. 方法论警醒：RCCR曲线的偏移需谨慎解读——PNG案例证明严重瓶颈和低增长可模拟“假性早分化”信号，未来研究需结合群体特异性人口统计学校正。
3. 人类史新坐标：PNG约4.62万年前进入萨胡尔古陆（Sahul）的时间窗，与考古记录吻合，其极端瓶颈（损失89%遗传多样性）成为岛屿适应研究的天然模型。

该成果不仅终结了PNG起源的长期争论，更揭示了人口统计学事件对现代遗传学分析工具的深层影响。研究建立的ABC-DLS框架为多群体历史重建提供新范式，而其警示——即“群体演化特殊性可能隐藏于统计工具偏差中”——将重塑未来人类迁徙史的解读逻辑。