通过远古南非基因组揭示人类独特进化历程

遗传、人类学和考古学研究支持智人起源于非洲，但演化过程存在争议。非洲拥有最丰富的人类遗传多样性，南部和中部非洲的狩猎采集群体展现出一些最深分化的智人谱系。南部非洲与非洲其他地区的人群分层可能至少存在30万年，甚至长达100万年。现代南部非洲 indigenous 群体与西部和东部非洲人存在大量混合，掩盖了更古老的事件，而古基因组研究可克服这一局限。

本研究对南非林波波河以南的28名古代个体进行了基因组测序，均属于全新世，具有晚石器时代和铁器时代的考古属性。采样地理和时间范围广泛，覆盖南非南部和中部的遗址。测序个体的覆盖率从25.1倍到0.002倍不等，其中6个个体覆盖率超过7.2倍。时间上涵盖五个考古阶段，跨度从10200年前到几百年前。

大多数古代南部非洲人（28人中的25人）携带属于线粒体L0d单倍群的单倍型，这在现代科伊-桑人中常见。最古老的个体和其他四个个体携带Y染色体A1b1b2a单倍群，同样在现代科伊-桑人中常见。500年前的两个个体则显示出东部非洲常见的Y染色体E1b1b1单倍群，与东部非洲 pastoralists 向南部非洲的近期基因流一致。七个完整的古代南部非洲基因组中，高皮肤色素沉着、棕色眼睛和非乳糖酶持久性的变异是固定的，且未发现抗疟疾的Duffy - null变异和抗昏睡病的APOL1基因G变异。

无模型和基于模型的方法表明，许多古代南部非洲人（包括10200至1400年前的所有个体）落在现代个体（包括科伊-桑群体）的遗传变异范围之外，形成人类遗传变异的一个极端端。假设两个祖先成分时，古代南部非洲人基因组显示100%的独特祖先成分；假设3-5个祖先成分时，10200至1400年前的古代南部非洲人基因组完全由“古代南部非洲祖先成分”组成，没有混合迹象。尽管跨越约9000年和广阔地域，这些个体没有时间遗传分层，空间分层程度低，显示出长期的种群连续性。

古代南部非洲群体与其他群体的平均种群分化时间估计约为31-24万年前，这反映了约30万年前最深的种群分裂时间。基因流分析表明，自约15-20万年前以来，古代南部非洲人与东部或西部非洲人之间不太可能存在可检测的基因流。南部非洲遗传成分在中全新世已存在于更北部地区，但在15°S以南，直到约1300年前才检测到来自东部和西部非洲的混合。

现代科伊-桑群体显示出与西部非洲、东部非洲和非非洲群体的大量近期混合。在25个“混合最少”的科伊-桑基因组中，平均古代南部非洲祖先约为79%。古代南部非洲人与现代朱/霍安西人和Karretjie人遗传相似性最高，但存在显著遗传分化，反映了部分连续性和近期混合。

古代南部非洲人的杂合度表明其全新世种群规模较大，有效种群规模长期较大，约20万年前达到约3万，之后有所下降。 Runs of homozygosity 模式表明其近期祖先种群规模较小，可能存在近亲繁殖，显示全新世期间古代南部非洲人的隔离和碎片化。

基因组数据支持南部非洲作为人类长期避难所，仅在近千年受到基因流入影响，而基因流出可能在有利气候条件下以脉冲形式发生。古代南部非洲人的基因组显示出许多智人特异性氨基酸改变变异，其中固定在所有人类中的变异富集与肾脏功能相关基因，可能与水分保留改善有关；固定在古代南部非洲人中的变异富集与紫外线防护相关基因，可能是对当地环境的适应。

总之，古代南部非洲人的基因组是智人进化的关键，其独特的遗传变异模式对推进人类基因组变异理解具有重要意义。