猛犸象遗骸的古基因组性别推断揭示骨骼堆积的人类活动性质

《Current Biology》：Paleogenomic sex inference of mammoth remains sheds light on the anthropogenic nature of bone accumulations

　　

关于长毛猛犸象（Mammuthus primigenius）骨骼的大量堆积是反映自然死亡率还是反映人类有意的资源开发，这一问题长期以来一直存在争议，对理解晚更新世人类与巨型动物群的相互作用具有重大意义。研究人员在此利用古DNA（ancient DNA, aDNA）来研究遗址形成假说，通过比较来自推测为人为的骨骼堆积和地理上分散的非人为背景下的猛犸象遗骸的遗传性别比例。研究人员研究了来自521头长毛猛犸象的全基因组数据——包括来自骨骼堆积遗址的100头猛犸象和来自欧亚大陆及北美自然沉积背景的421头猛犸象——其中448头是新产生的数据。遗传性别鉴定揭示了不同背景之间的显著对比：来自分散遗址的猛犸象表现出雄性偏斜（约66.5%），这与孤独雄性更容易遭受自然陷阱等危险（其骨骼更易保存）的观点一致；而来自人为骨骼堆积的猛犸象则主要为雌性（约70%）。这种雌性偏斜在多个遗址中普遍存在，表明这些堆积的人类活动起源，即旧石器时代晚期的狩猎者优先利用雌性猛犸象，可能来自象群背景。综合来看，这些结果提供了种群规模的遗传证据，突显了猛犸象在某些旧石器时代人群的生存和物质经济中的核心作用。

**论文解读：猛犸象遗骸古基因组性别推断揭示骨骼堆积的人类活动性质**

**研究背景与问题**

晚更新世欧亚大陆广泛分布着由数十乃至数百头猛犸象（Mammuthus primigenius）骨骼堆积形成的大型动物遗骸遗址。这些堆积的成因一直存在学术争议：部分观点认为其源于自然死亡事件（如陷阱、滑坡等），而另一些观点则主张其为人类狩猎或采集活动的结果。区分这两种成因对于理解旧石器时代人类与巨型动物群的互动模式至关重要，但传统考古学证据（如切割痕迹、石器镶嵌等）虽能提供局部线索，却难以从种群层面系统性判断遗址性质。此前研究对分散的自然背景猛犸象遗骸进行遗传性别鉴定，发现雄性比例显著偏高（约69%），这被归因于雄性个体更冒险的行为模式。然而，对于大量推测为人为堆积的遗址，其性别比例特征尚不清楚，这限制了研究人员对旧石器时代人类资源利用策略的理解。

**研究内容与结论**

为解答上述问题，研究人员对来自欧亚大陆和北美的521头长毛猛犸象进行了全基因组性别推断，其中包括100头来自11个推测为人为堆积遗址的个体和421头来自分散自然背景的个体。研究通过分析X染色体与Y染色体测序读长相对于常染色体的比例（Rx和Ry），在最低4000条读长的阈值下，成功确定了所有个体的遗传性别。结果显示，自然背景的猛犸象中雄性占66.5%（280/421），与先前研究一致；而人为堆积遗址的猛犸象中雌性占70%（70/100），与自然背景形成鲜明对比（Fisher精确检验p = 3.37 × 10^?11）。这一雌性偏斜模式在多个遗址中一致出现，如Kraków Spadzista（雌性占69.2%，n=26）、Mus-Khaya（雌性占61.1%，n=18）等。此外，研究还首次在灭绝物种中鉴定出一例X0/XX嵌合体非整倍体个体（MD067），来自Wrangel Island。这些结果从种群遗传学角度提供了证据，表明人为堆积遗址的形成与人类选择性利用雌性猛犸象密切相关，而非自然死亡过程。

**主要技术方法**

研究人员主要采用以下关键技术：1）古DNA提取与文库构建：在专用古DNA实验室进行，采用Dabney硅胶柱法提取DNA，并构建双链或单链文库，用USER酶或UDG酶去除损伤；2）测序与生物信息学处理：使用Illumina平台测序，经fastp修剪和合并后，用BWA aln（版本0.7.18）比对至亚洲象参考基因组（mEleMax1）及人类基因组（GRCh37/hg19）作为诱饵，去除人类污染和低质量读长（MQ<25），每个个体至少保留4000条读长；3）遗传性别推断：基于X染色体（NC_064846.1）和Y染色体（NC_064847.1）读长与常染色体读长的标准化比值（Rx和Ry），结合模拟验证，在4000条读长水平实现可靠性别鉴定；4）统计检验：采用二项检验（零假设为50:50性别比）和Fisher精确检验比较不同背景的性别比例。样本来源包括博物馆收藏、考古发掘及系统调查，涵盖欧亚大陆和北美（阿拉斯加、育空地区）等地区。

**研究结果**

**1. 自然背景的雄性偏斜**
通过对421头来自分散自然背景的猛犸象进行遗传性别鉴定，研究人员发现140头雌性（33.3%）、280头雄性（66.5%）及1例非整倍体。这一雄性偏斜在北美、欧洲和西伯利亚各地区均稳定存在，且不受组织类型（牙齿、骨骼、软组织）影响（Fisher精确检验p=0.5741），表明这是自然死亡过程的普遍特征，反映了雄性个体更易陷入危险环境（如天然陷阱）的生态行为。

**2. 人为堆积的雌性偏斜**
在100头来自11个推测为人为堆积遗址的猛犸象中，研究人员鉴定出70头雌性（70%）。所有个体数超过5的遗址均表现出雌性偏斜，其中Kraków Spadzista（n=26）的雌性比例显著偏高（p=0.009355）。对比分析显示，堆积遗址与自然背景的性别比例差异具有高度统计学显著性（Fisher精确检验p=3.37×10^?11），排除了随机波动或采样偏差的可能。

**3. 首次报道的灭绝物种非整倍体**
研究在Wrangel Island的一块长骨碎片（MD067）中检测到X0/XX嵌合体核型，其X染色体读长比例介于正常XX和X0个体之间，Z-score为-3.75。该个体是已知首个在灭绝物种中报告的性染色体非整倍体案例，表明随着古DNA样本量增大和性别推断流程的完善，此类异常将被更广泛地发现。

**总结讨论与结论**

讨论部分指出，在自然背景下，雄性猛犸象因更冒险的行为（如独自探索）而更易进入沉积环境，导致自然堆积中雄性偏多；而在人为堆积中，雌性占优的现象强烈暗示人类活动参与了遗址形成。材料证据（如Kraków Spadzista的投射尖头嵌入骨骼、切割痕迹、空间组织化骨堆，以及Mus-Khaya的肩胛骨中嵌入的投射尖头碎片）进一步支持了人类狩猎和加工的解释。研究人员认为，雌性偏斜可能源于人类更频繁地遭遇以雌性为首的马特里阿尔克家族群（matriarchal herds），因为这类群体的移动模式更可预测，或是因为母兽伴随幼崽时活动受限。此外，这一模式也可能反映人类对尸体的拾荒行为，而非主动狩猎。研究还强调，现代大象的死亡分布受生态变量（如水源距离、栖息地质量）影响，而历史象牙贸易记录与史前背景存在差异，因此未来需结合年龄分层数据和同位素分析来深化理解。

**研究结论**：研究结果提供了关于猛犸象资源利用和开发的新见解。通过对比分散背景与骨骼堆积遗址的大规模遗传性别比例，研究人员识别出这两类组合之间的显著差异。分散个体中雄性占优反映了影响孤独雄性的自然死亡过程，而堆积遗址中强烈的雌性偏斜则指向人类参与其形成。虽然这一模式不一定仅代表对马特里阿尔克家族群的刻意目标，也可能反映其他相遇动力学或拾荒机会，但它确实表明旧石器时代晚期人类对猛犸象的开发具有结构性和重复性。综合来看，这些结果提供了种群规模的遗传证据，阐明了众多猛犸象骨骼堆积的起源，并突显了猛犸象作为晚更新世狩猎采集者生存和物质实践中核心资源的重要性。