绳文人基因组揭示东亚旧石器时代晚期狩猎采集者的寒冷适应

《SCIENCE ADVANCES》：Jomon genomics reveal cold adaptation in Upper Paleolithic hunter-gatherers of eastern Eurasia

　　

智人（Homo sapiens）在欧亚大陆扩散过程中如何在极端环境中繁衍生息？解析末次盛冰期（Last Glacial Maximum，LGM）期间促成人类生存适应的机制仍至关重要。研究人员分析了日本列岛全新世狩猎采集者（绳文人）的42个基因组，揭示其源自一个孤立的旧石器时代晚期（Upper Paleolithic，UP）东亚谱系之深层祖先。研究人员检测到北方旧石器时代西伯利亚人群向绳文人的基因流，调和了生物人类学与考古学关于东亚人群定居的长期争议。研究人员未发现绳文人特异的丹尼索瓦（Denisovan）祖先成分，表明其与大陆人群在LGM前分歧后共享渗入事件。此外，研究人员在绳文人UP祖先成分中发现与寒冷适应一致的证据，凸显多样化的生理通路。该研究为探究UP东亚人群古代适应提供了首批古基因组框架之一，揭示出当今人类身上源自更寒冷过去的演化遗产。

研究背景方面，约5万年前智人向东南亚扩散后进入高纬度地区，在LGM极端寒冷下生存依赖代谢、隔离与低温等生物适应及文化创新，但各驱动因素贡献不明。日本列岛作为欧亚东缘，其绳文人（约1.6万至3千年前）是东亚基底谱系，此前是否直接承袭经历冰期UP狩猎采集者存疑。为追溯UP东亚人寒冷适应性状起源并厘清绳文人在东部欧亚演化的角色，研究人员分析42个绳文人基因组（25个新测序、17个已发表，含3个约30×高覆盖个体），结合现代日本9290人参考面板进行基因型填补（imputation）以提升质量。结果显示绳文谱系于约2.7万至1.9万年前（UP中期至晚期）与大陆东亚分歧，UP期种群规模下降、绳文期恢复；北海道绳文与本州绳文于约1万至8800年前分歧，且北海道UP居民为未被后续遗传留存的“幽灵群体”，支持本州绳文在全新世替代北海道UP人群的替换模型。通过f₄统计，绳文人与南方路线代理（安达曼人）亲缘更高，但北海道绳文对北方UP代理（Yana）亲缘略强于其他东亚人，提示北方UP微弱基因流随石叶技术传播进入，但不构成美洲初始人群经“自日本走出”的证据，因北海道绳文非UP北海道原住民延续。 archaic片段分析（SPrime、IBDmix）表明绳文与大陆东亚共享北方丹尼索瓦D0成分（非巴布亚D1），无绳文特异丹尼索瓦脉冲，渗入发生于与巴布亚分歧后、与大陆分歧前。表型位点显示绳文低频携带EDAR、ADH1B、ALDH2、OCA2、MC1R、ABCC11等东亚特征衍生等位基因，而高频携带UCP1（促进非颤抖产热NST）、TRPM8（冷觉）等寒冷适应等位基因；全基因组选择扫描（rXP-nSL）发现FTO与ZPR1-APOA5区段受正选，FTO rs1421085 C等位基因（频次0.725）增强棕色脂肪产热，APOA5衍生等位基因（rs662799 G频次0.89）促甘油三酯（TG）供能BAT，FADS区段与因纽特趋同，反映高脂高蛋白水生饮食下的代谢适应。选择系数估算显示APOA5等在LGM期上升最快，支持寒冷适应逐步累积。讨论指出，绳文基因组封存UP东亚特征逾万年，为重建生理、饮食与环境响应提供框架；其寒冷适应等位基因在现代日本人肥胖易感性中留有印记，契合“节俭基因”假说，彰显古基因组学对公众健康策略的潜在价值。论文发表于《SCIENCE ADVANCES》。

关键技术方法上，研究人员构建含42个绳文人（新测序25例来自千叶/爱知贝冢等考古遗址、已发表17例）及现代9290日本人的队列，用GLIMPSE2以现代日本人为祖先匹配参考面板做基因型填补与定相；用Relate推演全基因组家系与有效种群规模；以ADMIXTOOLS 2计算f₄统计检测南北路线基因流；以SPrime与IBDmix无参/有参识别丹尼索瓦片段；以XP-nSL联合GWAS汇总统计构rXP-nSL指数做选择扫描；以CLUES2基于家系估等位频率轨迹与选择系数s。

研究结果部分，“Basal since the UP”小节通过Relate家系推断绳文谱系UP期孤立、LGM前后种群收缩—扩张及北海道—本州全新世分歧；“Gene flow from northern UP populations and perspectives on the First Americans”小节借f₄统计揭示微弱北方UP亲缘及北海道幽灵群体残留可能，重开UP北海道与美洲初始人群关系疑问；“Archaic segments shared in eastern-edge Eurasians”小节用SPrime/IBDmix分布证明D0丹尼索瓦共享而非绳文特异；“Cold adaptation in the UP hunter-gatherers”小节以等位基因频次、rXP-nSL与FTO/APOA5/TRPM8/FADS单倍型网络指明NST相关基因在LGM受选，且与因纽特FADS趋同。

讨论部分总结：绳文 descended from 与大陆UP分歧后定居列岛之人群，LGM后海侵隔离使其连续保存UP东亚基因组档案逾万年；多重证据（UCP1、FTO、APOA5、TRPM8、FADS2）一致指向UP东亚人寒冷适应呈基因特异、区域分步累积，非单一事件；该遗产在现代日本人肥胖等表型中可察，链接古适应与当代健康。结论翻译为：研究人员对绳文人基因组的分析支持其源自约2.7万至1.9万年前与大陆UP群体分歧并定居日本列岛的人群；LGM后海平面上升致地理隔离维系该谱系长期连续，使绳文基因组逾万年保留UP东亚特征，充当UP东亚基因组档案。同时结果凸显绳文内部时空多样性（北海道与本州全新世史差异）。研究人员提出此期寒冷适应多线证据：鉴于古今饮食环境差异，古代生理表型解读仍具推测性，但聚焦绳文留存之UP祖先，本研究提供开创性古基因组框架以重建UP东亚人生理性状、饮食适应与环境响应；发现阐明古代人群如何适应极端环境，及其适应如何持续塑造现代健康相关变异，凸显古基因组学对人类生物学与公共卫生之广泛意义。