首次大规模的安第斯古文明遗传分析

太阳之门

一个国际研究小组首次对安第斯山脉中部和海岸古代文明的基因组史进行了深入、大规模的研究。分析包括了安第斯山脉标志性文明的代表,这些文明的基因组数据之前从未被报道过,包括莫切人、纳斯卡人、瓦里人、蒂瓦纳库人和印加人。这里展示的是太阳的蒂瓦纳库门的细节。图片来源:米格尔·安吉尔López

国际研究小组首次绘制了前哥伦比亚安第斯文明的大规模基因组画像。

乍一看:

  • 通过分析,首次获得了安第斯山脉中部古代种群的全面基因组图谱
  • 发现摆脱DNA包括一些具有传奇色彩的古代文明,如印加和纳斯卡文明
  • 研究揭示了令人惊讶的基因结构,混合和连续性,尽管文化动荡

一个国际研究小组首次对安第斯山脉中部和海岸古代文明的基因组史进行了深入、大规模的研究。

这些发现于今天(2020年5月7日)在线发表细胞,揭示了附近地区族群之间的早期遗传差异,安第斯山脉内外的人口混合,文化动荡中惊人的遗传连续性,以及该地区一些最著名的古代文明的祖先世界主义。

由哈佛医学院和加州大学圣克鲁斯分校的研究人员领导的研究小组分析了89个生活在500年至9000年前的人的全基因组数据。在这些基因组中,有64个,年龄在500到4500岁之间,是新测序的——这是拥有南美全基因组数据的远古个体数量的两倍多。

分析包括了安第斯山脉标志性文明的代表,这些文明的基因组数据之前从未被报道过,包括莫切人、纳斯卡人、瓦里人、蒂瓦纳库人和印加人。

“这是一个令人着迷和独特的项目,”该论文的第一作者、HMS布拉瓦尼克研究所大卫·赖克实验室的医学博士/博士生内森·中冢(Nathan Nakatsuka)说。

加州大学圣克鲁兹分校副教授Lars Fehren-Schmitz说:“这是对安第斯人口历史的第一次详细研究,它是由前殖民时期的基因组提供的,涵盖了广泛的时间和地理范围。”Lars Fehren-Schmitz与Reich共同撰写了这篇论文。

“这项研究也在纠正古代DNA数据的全球失衡方面迈出了重要的一步,”HMS遗传学教授、布罗德研究所(Broad Institute of science)副研究员赖克说麻省理工学院和哈佛大学。

“迄今为止,绝大多数已发表的古代DNA研究都集中在欧亚大陆西部,”他说。“在南美洲的这项研究使我们能够以高分辨率开始了解这个世界上极其重要的地区的人类活动的详细历史。”

注意安第斯山脉

安第斯山脉中部环绕着今天的秘鲁,是世界上少数几个农业是被发明而不是从其他地方引进的地方之一,也是迄今为止南美洲最早出现复杂文明的地方。作者说,虽然该地区一直是考古研究的主要焦点,但迄今为止还没有对全基因组古代DNA进行系统的表征。

遗传学家,包括现在的几个小组成员,之前研究了整个南美洲深厚的遗传历史,包括对数千年前安第斯高地的几个个体的分析。也有对现在安第斯山脉居民的分析,以及对单个古安第斯遗址的有限数量的线粒体或y染色体DNA分析。

然而,新的研究在这些发现的基础上进行了扩展,提供了一个更全面的画像。现在,Nakatsuka说,研究人员“终于能够看到安第斯山脉的基因结构是如何随着时间进化的。”

Reich说,通过关注所谓的前哥伦比亚历史,这项研究证明了大规模的古代DNA研究可以比仅研究现代群体更多地揭示古代文化。

Reich解释说:“在安第斯山脉,基于对现代人的DNA分析来重建人口历史一直是一个挑战,因为自从与欧洲人接触以来,人口结构发生了很大的变化。”“有了古代DNA数据,我们可以对人们的活动进行详细的重建,以及这些活动与考古记录中已知的变化之间的关系。”

“非凡的”古代人口结构

分析显示,在9000年前,生活在安第斯高地的族群与最终生活在太平洋沿岸的族群在基因上截然不同。这种早期分化的影响至今仍可见。

将于今年5月获得系统、合成和定量生物学博士学位的中冢说,把生活在高地和附近地区的人区别开来的基因指纹“非常古老”。俄罗斯比利时赔率

赖克补充说:“鉴于地理距离很短,这是非同寻常的。”

研究小组发现,到5800年前,北方人口也发展出了与南方人口不同的基因特征。同样,这些差异今天也可以观察到。

研究小组发现,在那之后,基因流动在安第斯山脉的所有地区都发生了,尽管在2000年前之后急剧放缓。

Fehren-Schmitz说:“令人兴奋的是,我们实际上能够确定安第斯山脉相对精细的人口结构,这让我们能够区分沿海、北部、南部和高地群体以及生活在Titicaca盆地的个体。”

“这对安第斯山脉的考古学来说意义重大,现在让我们可以就当地人口和文化网络提出更具体的问题,”研究报告的合著者、宾夕法尼亚州立大学的何塞·卡普里莱斯(Jose Capriles)说。

基因混合物

研究小组发现安第斯山脉内部以及安第斯山脉与非安第斯山脉之间存在基因交换。

研究人员发现,古人在秘鲁南部和阿根廷平原之间、秘鲁北部海岸和亚马逊河之间迁徙,主要是绕过高地。

Fehren-Schmitz对发现印加时期远距离移动的迹象特别感兴趣。具体来说,他惊讶地发现,不仅在秘鲁库斯科附近,还在阿根廷南部安第斯山脉的一个儿童祭祀中发现了古代北海岸的祖先。

他说:“这可以被视为印加统治时期人们迁移的遗传证据,我们从民族历史、历史和考古资料中了解到这种做法。”

中冢说,尽管在安第斯山脉发现的基因混合与已知的考古学联系有关,但它们可能会促使更多的考古学研究,以了解迁移背后的文化背景。

他说:“现在我们有更多的证据证明了重要的迁移和它们发生的时间限制,但需要做进一步的工作来知道这些迁移究竟为什么会发生。”

长期的连续性

分析显示,尽管有明显的文化转变,但多个地区在过去2000年保持了遗传连续性。

Reich说,这一发现与世界上许多其他地区的发现形成了鲜明对比,那里的古代DNA研究经常记录下这一时期大量的基因转换。

作者说,早期出现的人口结构在重大的社会变化中持续了下来,并一直延续到现代社会。这些发现提供了新的证据,可以与考古和其他记录结合起来,为该地区不同群体的古代历史提供理论依据。

中冢说:“令我们惊讶的是,我们观察到,在许多大型安第斯文化的兴衰史中,比如莫切文化、瓦里文化和纳斯卡文化,存在着很强的遗传连续性。”“我们的研究结果表明,这些文化的衰落并不是由于该地区的大规模移民,比如来自入侵军队的移民,这种情况在世界其他地区已经有记录。”

这种延续趋势的两个例外是被蒂瓦纳库和印加文化称为家园的广大城市中心。研究小组发现,这些文明的首都地区并非基因上相当单一,而是国际化的,居住着来自不同基因背景的人。

“开始看到这些祖先异质性的迹象是很有趣的,”Nakatsuka说。“这些地区与我们现在在纽约和其他主要城市看到的一些地方有一些相似之处,在这些地方,有着非常不同祖先的人住在一起。”

合作作者

这项研究的作者来自许多学科和许多国家,包括阿根廷、澳大利亚、玻利维亚、智利、德国、秘鲁、英国和美国。

“这是一项令人印象深刻的跨学科研究,但同样重要的是,这是一项国际合作,”该研究的合著者、阿德莱德大学的巴斯蒂安·拉马斯(Bastien Llamas)说。“在费伦-施密茨和赖克的领导下,所有人都密切合作,起草了这份手稿。”

Fehren-Schmitz说,重要的是要与当地科学家合作,这些科学家属于研究中被分析的个体的后代,并获得土著和其他地方团体以及地方政府的许可,并不断与之接触。

对古代个体DNA的分析可以对现代社会产生重大影响。一个是关于骨骼材料的物理处理,这可能对涉及的群体很敏感。

这项工作提供了治愈过去创伤的机会。在一个案例中,库斯科的一份样本被送回了秘鲁。其他很久以前从墓地不当获取的遗骸可以进行碳年代测定并重新埋葬。

苏黎世大学的研究合著者Chiara Barbieri说,在没有前哥伦比亚的书面历史的情况下,考古学一直是重建这片大陆复杂历史的主要信息来源。

她说:“通过对古代DNA的研究,我们可以了解古代群体的人口历史,并理解古代群体和现代群体之间的关系。”“与现有人口基因研究的联系,开启了与过去的直接对话,并为当地社区参与提供了机会。”

研究人员试图在每个地区的考古学家的帮助下深入社区,Nakatsuka说。他们的努力包括就这项研究进行公开演讲,并将材料翻译成西班牙语。

“我们真的很高兴我们的论文的摘要和关键发现被翻译并作为《细胞》论文的一部分,以增加我们工作的可访问性,”中冢说。“我们希望未来的研究能做类似的翻译,包括适合学校、博物馆展览和文化组织的普通观众的版本,我们也在做这个过程中。”

参考:《安第斯山脉深层人口历史的古基因组重建》,作者:Nathan Nakatsuka, Iosif Lazaridis, Chiara Barbieri, Pontus Skoglund, Nadin Rohland, Swapan Mallick, Cosimo Posth, Kelly Harkins-Kinkaid, Matthew Ferry, Éadaoin Harney, Megan Michel, Kristin Stewardson, Jannine Novak-Forst, José M. Capriles, Marta Alfonso Durruty,Karina Aranda Álvarez, David Beresford-Jones, Richard Burger, Lauren Cadwallader, Ricardo Fujita, Johny Isla, George Lau, Carlos Lémuz Aguirre, Steven LeBlanc, Sergio Calla Maldonado, Frank Meddens, Pablo G. Messineo, Brendan J. Culleton, Thomas K. Harper, Jeffrey Quilter, Gustavo Politis, Kurt Rademaker, Markus reindea, Mario Rivera露西·萨拉查,José R. Sandoval, Calogero M. Santoro, Nahuel Scheifler, Vivien Standen, Maria Ines Barreto, Isabel Flores Espinoza, Elsa tomato - cagigao, Guido Valverde, Douglas J. Kennett, Alan Cooper, Johannes Krause, Wolfgang Haak, Bastien Llamas, David Reich和Lars Fehren-Schmitz, 2020年5月7日,细胞
DOI: 10.1016 / j.cell.2020.04.015

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