考古
相比人类，我们更像尼安德特人
几千年前，尼安德特人与人类交配，他们的遗传物质至今仍在我们的体内发挥作用。以下是具体情况。
很久以前，一个人类群体穿越了数千英里，从非洲和中东一路来到一个新的大陆的昏暗森林。这些人类已经消失很久了，他们是最早进入欧洲的现代智人之一。
在这里，这些人类很可能遇到了他们的远房亲戚：尼安德特人。这些小群体的现代人类亲戚拥有突出的眉骨、大脑袋和矮壮的身体，他们已经在欧洲的寒冷气候中生活了很长时间。在数千年的时间里，这两类人类多次相遇、交流并交配。
数万年后，这些古老的相遇在今天数十亿人的基因代码中留下了痕迹。这些残留的基因从外貌到疾病风险，都在以各种方式影响着我们。
普林斯顿大学综合基因组学教授Joshua Akey告诉《生活科学》，“在我们基因组的某些地方，我们比人类更像尼安德特人。”
这些是我们最亲近的人类亲戚，这是他们留下的遗产。
第一次相遇
大约在7.5万年前，可能早至25万年前，大多数现代欧亚人的祖先首次离开非洲进入欧亚大陆。在这里，现代人类首次面对尼安德特人。尼安德特人和现代人类数十万年前有共同祖先，并一直生活在这些大陆上。在千年的时间里，两个群体多次混血。
起初，现代人类从尼安德特人那里继承了整条染色体。加州大学洛杉矶分校的计算机科学、人类遗传学和计算医学教授Sriram Sankararaman告诉《生活科学》，然而，随着代代相传，通过一种称为基因重组的过程，这些DNA片段被打散和重新组合。
尼安德特人的DNA通常对现代人类有害，这意味着它通过进化迅速从现代人类的DNA中被淘汰了。这导致了“尼安德特人DNA的沙漠”，即现代人类基因组中缺乏尼安德特人DNA的大区域。例如，科学家认为男性的Y染色体不含任何尼安德特人的基因。这可能是因为尼安德特人Y染色体上的基因与其他人类基因不兼容，或者它们可能通过一种称为遗传漂移的过程被随机丢失。
在那些继承了尼安德特人DNA的人中，X染色体上也含有比其他非性染色体更少的尼安德特人祖先。这可能是因为X染色体上的任何有害或无功能的突变在男性中会被表达出来，因为他们缺乏一个匹配的功能基因来补偿。这很可能造成了强大的进化压力，以去除现代人类X染色体上的有害尼安德特基因。布朗大学生态学、进化与生物学副教授Emilia Huerta-Sanchez告诉《生活科学》。
但是，一些尼安德特人的DNA帮助了现代人类生存和繁殖，因此它一直存在于我们的基因组中。如今，尼安德特人的DNA平均占非洲以外人群基因组的2%。然而，在一些基因组区域，编码有益特征的尼安德特人DNA频率可能高达80%。
我们的外貌
对许多人来说，尼安德特人的遗产在一个高度可见的特征中显而易见：皮肤颜色。
在第9号染色体上，一个影响皮肤颜色的尼安德特人基因变体在今天70%的欧洲人中携带。另一个尼安德特人基因变体，存在于大多数东亚人中，调节角质形成细胞，这些细胞通过一种称为黑色素的深色色素保护皮肤免受紫外线辐射。
尼安德特人基因变体还与现代人类中更高的晒伤风险有关。同样，大约66%的欧洲人携带与儿童晒伤和晒黑能力差有关的尼安德特人等位基因。
尼安德特人在高纬度地区生活了数千年，这里阳光直射较少，而阳光是维生素D合成所必需的。因此，头发和皮肤生物学的变化可能使现代人类能够迅速适应较低水平的阳光，同时仍能产生足够的维生素D以保持健康，范德比尔特大学的进化遗传学家John Capra告诉《生活科学》。
布朗大学的Huerta-Sanchez说：“杂交的一个有趣之处在于，你可以一次性引入大量的基因变异，而不是等待新的有益突变出现，这是一种非常缓慢的过程，这基本上加速了进化。”
此外，我们的祖先还需要适应寒冷的欧亚天气。为此，他们可能获得了影响面部形状的尼安德特人基因。在2023年的一项研究中，科学家发现现代人类从尼安德特人那里继承了高鼻子的基因。高鼻子可能使更多的冷空气在到达肺部之前在鼻子中被加热，伦敦大学学院的统计遗传学家Kaustubh Adhikari说。
调节我们细胞的时钟
尼安德特人DNA也可能帮助智人适应北方纬度上昼夜长度的较大差异。
残留的尼安德特人基因影响我们的昼夜节律，它调节体温和新陈代谢等内部过程。例如，一些早起的人可以感谢尼安德特人的昼夜节律基因，Capra及其同事发现。
这可能帮助我们的祖先适应了离赤道更远的地方更短的冬季白天，Capra说。
“似乎并不是做一个早起的人很重要，”Capra说。“重要的是，这表明你的生物钟有多灵活，以及它能多好地适应随季节变化的光暗周期。”
我们的内部防御
许多保留较多的尼安德特人基因都与免疫功能有关。
当智人到达欧洲时，尼安德特人已经在与欧亚大陆特有的感染作斗争了数十万年。通过与尼安德特人交配，现代人类立即获得了这些对抗感染的基因。
亚利桑那大学生态与进化生物学助理教授David Enard告诉《生活科学》，“这些尼安德特人的DNA片段，特别是免疫相关的那些，已经适应了尼安德特人长期生活中遇到的病原体，在现代人类群体中开始通过自然选择上升。”
虽然许多使古代人类患病的祖先病原体已经消失在时间中，但一些帮助对抗这些病原体的尼安德特人基因仍然对现代病原体起作用。例如，2018年Enard和一位同事的研究表明，现代人类继承了帮助他们对抗RNA病毒的尼安德特人DNA，包括流感(流行性感冒)、HIV和丙型肝炎。
尼安德特人DNA的黑暗面
一些曾经帮助我们祖先的尼安德特人基因在现代世界中可能有害。
大多数情况下，尼安德特人基因在大脑中表达不强，这表明它们在进化过程中被强烈选择掉了。尼安德特人基因与情绪障碍如抑郁症和使人更容易上瘾于尼古丁的大脑信号通路有关。
即使是尼安德特人的免疫增强作用也可能有负面影响。2016年，科学家发现，激活免疫系统对抗病原体的尼安德特人基因也可能使人更容易患过敏性疾病。此外，尼安德特人基因还与更高的自身免疫疾病风险有关，例如由甲状腺功能亢进引起的Graves病和炎症性关节炎，甚至包括“维京病”，这种病会导致一个或多个手指弯曲或冻结。
一种尼安德特人基因变体可能使我们更容易患上严重的COVID-19。这种变体在一半的南亚人和六分之一的欧洲人中发现。但即便如此，情况也很复杂，因为其他尼安德特人基因在欧亚大陆和美洲最多一半的人中携带，与较低的严重COVID-19风险相关。
“遗憾的是，没有任何疾病或特征可以完全归咎于尼安德特人DNA，”Capra说。
这尤其适用于一些最大的健康问题，如心脏病和癌症，这些疾病由几十或几百个基因以及无数的环境因素共同影响。
未来的展望
那么这些消失已久的人类遗迹会在我们的基因组中存在多久呢？在数十万年的时间里，这些尼安德特人的片段会逐渐从我们的基因组中被淘汰。其他的将牢固嵌入我们的基因中，Akey说。
与此同时，我们还有很多关于尼安德特人对我们的影响需要了解。
Akey说：“利用像CRISPR和基因编辑这样的新基因组技术，将在理解尼安德特人序列如何影响人类特征和疾病的实际生物学方面发挥重要作用。”
他表示，解密这些基因的实际功能可能有助于开发某些疾病的治疗方法。
而且基因流动并不是单向的；科学家们也在努力确定现代人类DNA如何影响尼安德特人，并应用人工智能(AI)方法对古代基因组进行研究，以创建我们远古亲戚的更详细图片。
Sankararaman说，弄清尼安德特人DNA在我们基因组中的作用，不仅有助于我们了解健康问题。这些DNA片段还可以提供线索，告诉我们是什么让我们独特。
“尼安德特人DNA在我们历史的重要时刻进入了我们的基因组，”Sankararaman说，那时我们的祖先正进入新的环境。
他说，“通过观察这些DNA片段的命运，我们可以希望了解在这段时间内我们基因组中哪些区域是功能上重要的。”
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。