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古DNA研究揭示五千年來新疆人群演化歷史

發表日期:2022-04-01來源:放大 縮小

  202241日,Science雜志在線發表中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(以下稱古脊椎所)付巧妹研究員團隊和新疆文物考古研究所、中國社會科學院考古研究所、北京大學考古文博學院、國家文物局考古研究中心、新疆維吾爾自治區博物館、中國科學院地質與地球物理研究所合作針對新疆地區古代人群開展的大規模、系統性古基因組研究。該研究被選為Science亮點論文,也是迄今為止中國境內最大規模的古基因組研究。通過合作,付巧妹團隊從新疆不同區域(主要是西部、中部、北部和南部)的遺址中,成功獲得201例新疆古代人類的基因組,通過遺傳學手段系統地還原了新疆五千年以來古人群的遺傳演化與交流互動歷史,同時也證明了新疆自古以來就是亞歐大陸多元文化交流融合的并存之地。 

  新疆位于中國西北部,是聯結亞歐大陸的重要樞紐。公元前2世紀末,絲綢之路途經新疆,新疆成為了亞歐大陸東西部文化傳播、經濟貿易以及人群交流的橋梁。然而,不同族群和文化在新疆的融合交流卻更為久遠。這些在新疆交融的文化吸引了廣大考古學家、語言學家、人類學家極大的興趣,他們提出了各種關于新疆地區早期人群來源和交流的假說。鑒于新疆考古學證據的復雜性,人群演化研究成為了解決這些迫切問題的有效手段。 

  目前,青銅時代人群是新疆早期的古代人類遺存。為了深入研究這些新疆早期人群的來源以及新疆不同時期人群的遺傳演化、交流互動的歷史動態等科學問題,付巧妹團隊從新疆阿勒泰、塔城、伊犁、昌吉、巴音郭楞、喀什、和田等地區的39個遺址中,成功捕獲、測序了201例新疆古代人類(矯正年代測定為距今5043-515年)的基因組。 

新疆塔什庫爾干縣高海拔吉爾贊喀勒墓地俯瞰圖(閆旭光供圖)

  新疆青銅時代西北部早期人群 

  此前研究提出新疆塔里木盆地的青銅時代早期人群主要攜帶距今25,000年的北亞人群成分(ANE)和古東亞成分。關于他們是否對新疆其他地區和后期人群有影響,以及影響的程度和范圍并不清楚。付巧妹團隊發現,新疆西北部青銅時代早期人群與亞歐草原西部文化有關的人群及中亞巴克特里亞-馬爾吉亞納文明區(BMAC)相關人群具有相似的遺傳成分。此外,他們還與新疆本地塔里木盆地的早期居民有著廣泛的交流融合。因此,新疆青銅時代早期人群既含有塔里木盆地本地人群成分,也和周邊的人群有著不同程度的交流和融合,如阿凡納謝沃(Afanasievo)人群、草原西部人群(Steppe)、含有BMAC人群成分的切木爾切克(Chemurchek)人群、以及具有古東亞和北亞混合成分的人群(Shamanka)(圖二)。 

  研究還顯示在新疆北部發現了幾乎只含有古東亞和北亞混合人群成分(92%)的個體,說明在這個時期,古東亞和北亞混合人群可能已經在新疆廣泛流動了。從以上結果來看,當時的情形很可能是這樣:亞歐草原人群、BMAC人群和古東亞和北亞混合人群進入新疆地區,與當地塔里木盆地本地居民交流融合,從而形成了新疆西北部青銅時代早期古代人群(圖二)。 

  在青銅時代后期,新疆西北部人群的遺傳成分發生了變化:青銅時代中晚期安德羅諾沃(Andronovo)有關人群的西方草原人群成分流入,而古東亞人群成分也出現增長。至于BMAC相關人群成分的擴散,可能是因為早期切木爾切克(Chemurchek)人群在天山以北地區的擴散,也和這個時期中亞人群與新疆人群在內亞山地走廊地帶(Inner Asian Mountain Corridor)更為頻繁的交流互動有關(圖二)。

  新疆鐵器時代以后人群遺傳演化歷史 

  早期鐵器時代,與巴澤雷克(Pazyryk)和塔加爾(Tagar)文化有關的人群、塞人(Saka)、大月氏、匈奴等游牧民族在新疆及周邊興起和活躍,新疆及其周邊的人群流動也將歐亞東西部更加緊密地聯系起來。塞人的遺傳成分出現在鐵器時代的新疆人群,這也明確了他們所使用的語言——印度-伊朗語系中的和闐塞語(Khotanese)出現在新疆塔里木盆地和田地區的原因。 

  東亞人群成分的增加是鐵器時代新疆人群的最大的特點。從新疆的不同地域上來看,這些東亞人群成分呈現出自西向東逐漸增高的趨勢。這說明東亞有關的遺傳成分在鐵器時代大量的流入新疆,導致越靠近新疆東部東亞人群成分比例越高。不僅如此,此時新疆人群中的東亞成分的多樣性也增加了。除了古東亞和北亞混合的沙曼卡人(Shamanka)的遺傳成分外,他們還含有來自東亞大陸的多個人群成分。  

  從鐵器時代延續到歷史時期,新疆人群的遺傳成分將東亞人群、中亞人群和草原人群緊緊地聯系到了一起。幾千年以來,盡管新疆地區的文化不斷演變,但鐵器時代形成的遺傳成分綿延至今,我們在現今新疆人群中仍能看到類似的遺傳成分。

  新疆古代人群的表型分析 

  付巧妹團隊還首次開展了古代新疆人群的表型研究。他們發現,從青銅時代、鐵器時代到歷史時期,大部分居民都是深棕色或者黑色的頭發和棕色的眼睛。在鐵器時代,伴隨著青銅時代亞歐草原安德羅諾沃(Andronovo)人群成分的出現和增加,此時新疆西北部少量個體的膚色和發色較淺。此外,該研究發現新疆塔里木盆地小河遺址兩例較早期個體仍擁有深棕色或者黑色的頭發以及深色的皮膚,而一例青銅中晚期干尸的膚色則介于深淺之間。

  傳統的考古學文化研究常常難以直接體現人群血緣演化和交流的歷史細節。該研究通過將考古學與遺傳學深度融合,對新疆早期居民的來源以及近5000年以來不同區域、不同時期人群的演化交流歷史進行了深度研究,揭示了早在絲綢之路形成之前,亞歐大陸東西部人群就已在新疆交流與融合。 

  最令人驚嘆的是,盡管經歷了超過5000年的人群往來、文化交融,新疆人群長久以來在一定程度上在遺傳上是連續融合。即在這個不同人群交匯的十字路口,新疆成為了一個吸納多元文化的熔爐,各個人群和文化在這里融為一體,延續了幾千年。

  本研究第一作者是古脊椎所古DNA實驗室的維卡斯·庫瑪(Vikas Kumar)副研究員,通訊作者是古脊椎所古DNA實驗室的付巧妹研究員、安迪·E·博納特(Andy E. Andrew Bennett)副研究員和特別研究助理劉逸宸。 

  相關研究得到中科院基礎研究領域青年團隊計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、騰訊科學探索獎、霍華德·休斯醫學研究所的經費支持。 

 

1. 新疆人群的主成分分析(AADMIXTURE (B) 分析。注:圖B中四種主要的人群:綠色,北亞人群;紅色,伊朗農業人群;紫色,安納托利亞農業人群;黃色,東亞采集狩獵者。

2. 不同時期新疆人群的 qpAdm admixture比例。

論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1534

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