90万年以上前、人類の祖先はほぼ絶滅したのでしょうか？

進化論の観点から見ると、人間は霊長目ヒト科ホモ属の唯一の種であるため、間違いなく非常に幸運です。現在、世界の人口は80億に近づいています。しかし、中国の科学者が主導した最近の研究によると、93万年前、急激な気候の変化により、人類の祖先は深刻な人口減少に直面し、短期間で人口の98.7％を失い、この減少期は12万年近く続いた可能性があるという。このボトルネック期間中、人類の平均人口はわずか 1,280 人であり、いつでも絶滅の危機に瀕していました。

図1: 前期更新世から中期更新世への移行期に人類の祖先が経験した深刻な人口ボトルネック（Hu et al., 2023）

この研究成果は、2023年8月31日に国際的に著名な学術誌「サイエンス」にオンライン掲載された。研究を主導したのは、中国科学院上海栄養衛生研究所の李海鵬氏の研究グループと華東師範大学脳機能ゲノム研究所の潘一軒氏の研究グループである。フィレンツェ大学自然史博物館、ローマ大学環境生物学部、テキサス大学ヒューストン健康科学センターの科学者もこれらの研究に参加した。

化石考古学的記録によれば、人類の進化の歴史は、人間の祖先がチンパンジーの祖先と分かれた600万年前まで遡ることができる。その後、アウストラロピテクス、ホモ・ハビリス、ホモ・エレクトス、ホモ・サピエンスなど、さまざまな進化の段階を経てきました。現代のホモ・サピエンスは、ネアンデルタール人やデニソワ人などの他の人類との競争と統合を生き延びました。 100万年前は人類の進化において重要な時期であったと一般に考えられていますが、この時期の化石記録は極めて少なく、人類の歴史に関する研究は主に30万年から10万年の間に限られています。古代の DNA 配列解析技術の助けを借りれば、人類のさらに遠い過去まで遡ることが可能だったかもしれません。しかし、 30万年前のアフリカの気候は暑すぎたため、人類の祖先のDNAを効果的に保存することは困難でした。したがって、古代の DNA 配列解析技術は、30 万年前の人類の歴史を遡る上では基本的に役に立たない。

この研究の最大のハイライトは、実効人口規模の歴史を推定するのにこれまでで最も正確な理論的手法である高速最小時間祖先追跡(FitCoal) の発明です。この手法は、現代人のゲノムにおける遺伝的変異の周波数スペクトルをコンピューターで分析することで人口の歴史を推定し、数百万年前の古代人の人口の「国勢調査」を実施することができます。言い換えれば、古代人の化石記録や DNA を必要とせずに、科学者は FitCoal 法を使用して数百万年前の人口の変化を追跡し、現代人の形成プロセスをより深く理解することができます。これは間違いなく大きな進歩です。これまでの理論的枠組みでは、約 30 万年から 40 万年の歴史しか遡ることができませんでした。

研究者らは、FitCoal法に基づき、アフリカ系10集団と非アフリカ系40集団の現代人3,000人以上のゲノムデータを分析し、 93万年前、前期更新世と中期更新世の移行期における急激な気候変動により、人類の祖先が短期間のうちに約98.7%を失い、絶滅の危機に瀕していたことを初めて発見した。この時期の氷河現象はアフリカで気温の変化と深刻な干ばつを引き起こし、多数の種の絶滅や個体数の減少につながりました。人類の祖先の食糧源は限られていたため、古代人類の人口は急激に減少し、絶滅の危機に瀕しました。さらに分析を進めると、 117,000年間にわたって、成人した人類の祖先の平均数はわずか1,280人であり、絶滅の危険は常に存在していたことが判明しました。異なる情報源に基づく 2 つのヒトゲノムデータセットから、同様の結論が得られました。

研究者らは、FitCoal法の精度を評価し、この方法では10個未満のヒトゲノムデータを使用して、古代人類集団の前述の深刻なボトルネックを検出できること、同様の結果を得るにはわずか3個のアフリカゲノムデータでも十分であることを発見し、 FitCoal法は高い感度を持っていることを示しました。 FitCoal は彼らによってソフトウェア ツールとして開発され、世界中の研究者がダウンロードして使用できるように研究所の Web サイトに掲載されています。

研究者たちは、更新世初期から中期にかけての古代人類集団のボトルネックが現代人の形成に大きな影響を与えたのではないかと推測している。このボトルネックによってホモ・サピエンス種の形成が促進された可能性がある。重要な出来事の一つは、現代人の第2染色体が元々あった2本の小さな染色体の融合によって形成され、その結果、人間の染色体数は46本になったことです。一方、チンパンジーの染色体数は48本です。ネアンデルタール人とデニソワ人の染色体数は現代人と同じであるため、この3人の共通祖先は古代人の深刻な人口ボトルネックの時期に形成されたと推測されています。同時に、このボトルネックにより現代人の遺伝的多様性の約66%が失われ、現代人の健康に重大な影響を及ぼす可能性があります。

興味深いことに、古代人類が深刻な人口ボトルネックを経験した時期は、アフリカの人類祖先化石のミッシングリンクやアフリカのホモ・エレクトスの化石の消失といった大きな出来事とも一致していた。人類の祖先がこれほど長い人口減少の時代を生き延びることができたのは、大きな奇跡です。幸いなことに、約80万年前に人類の祖先の人口は急速に回復し、その人口は20倍に増加し、2万7000人に達したと推定されています。イスラエルで発見された約79万年前の考古学的証拠は、火の使用が人口増加の一因であった可能性を示唆している。気候変動など他の要因も急速な人口回復を促進している可能性がある。

参考文献:

Wangjie Hu 他, 前期更新世から中期更新世への移行期における深刻な人類のボトルネックのゲノム推定。Science381,979-984(2023).DOI:10.1126/science.abq7487.

この記事は、中国科学普及プロジェクト-星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: タン・ボー、分子生物学研究司書博士

査読者：北京航空航天大学教授 イェ・シェン

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司