人类进化有哪些最大的未解之谜?

人类进化至今仍让科学家困惑:纳莱迪人的年代和位置、我们的大脑和基因如何变得独一无二,以及现代人类何时何地起源。

直接答案

最大的谜团不在于人类是否进化,而在于进化的细节如何发生。关键的未解问题包括:像纳莱迪人(Homo naledi)这样奇特的化石在人类家谱中处于什么位置、年代有多久远[1];哪些基因变化塑造了人类大脑[5];非编码DNA差异如何产生人类独有的特征[4];甚至现代人类何时何地起源也仍有争议,一些研究者认为主流模型尚未得到验证[2]。

5篇文献引用

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一个在家族树上找不到明确位置的人类近亲

最具体的谜团之一来自纳莱迪人,这是一种化石人类近亲,其年代和进化位置都尚未确定[1]。没有可靠的年代测定,就很难判断它的特征组合是原始的、进步的,还是介于两者之间,因此也难以确定它相对于南方古猿和早期人属的位置[1]。这是一个单一未知因素——化石年代——阻碍了对整具骨架解读的例子。

更广泛的启示是,人类进化并非一条干净的单线。关于人类如何进化的争论在学界已持续数十年,而现有故事表明,不同人类群体拥有共同起源,而非各自从不同地方独立起源[3]。像纳莱迪人这样的化石发现让这幅图景始终悬而未决,因为它们的位置取决于仍然缺失的证据[1]。

哪些基因变化塑造了人类大脑?

人类大脑是我们进化中最独特的产物,其标志是脑容量的大幅扩张和高度精细的结构[5]。哪些基因变化造就了它,是一个国际科学界长期试图回答的问题[5]。研究人员已经发现了许多人类特有的基因组变异和调控元件,例如人类加速区和人类特有增强子,它们在进化过程中积累下来[5]。

难点在于把DNA差异与大脑发育的变化联系起来。基因组长约两米,却折叠在直径仅约十微米的细胞核中,而这种三维折叠对发育过程中细胞如何增殖和分化至关重要[5]。在序列差异与大脑发育中的调控变化之间建立因果联系,并弄清其分子机制,仍然是一项重大挑战[5]。

难以解读的基因差异

许多使人类区别于最近灵长类近亲的基因差异长期成谜,而人类群体在全球扩散过程中适应环境的遗传基础也研究得很不充分[4]。很大一部分困难在于,相关变异大多位于非编码区,例如顺式调控元件,它们不编码蛋白质,但帮助控制基因在何时何地表达[4]。

新的高通量工具正开始应对这一问题。CRISPR筛选可以直接扰动调控元件,观察其对基因表达和表型的影响;大规模并行报告基因检测可以测试序列变异的调控作用;机器学习则能仅凭序列预测调控功能[4]。将这些工具应用于多样化的表型、模型系统和祖先背景,正开始改变局面,但这些变异的下游后果仍在研究中[4]。

现代人类究竟何时何地起源?

就连现代人类起源的基本叙述也存在争议。传统上占主导的“近期走出非洲”假说将现代人类起源定在非洲,并认为人类与黑猩猩亲缘关系密切,但这一假说面临矛盾,尚未得到充分验证[2]。一个较新的框架——最大遗传多样性理论——被提出来解决诸如遗传等距现象等长期谜题,而早先的理论对此曾作出误读[2]。

在这一框架下,新的基因组分析表明,人类大约在1800万年前与猩猩类分支分化,而1983年首次提出的“近期走出东亚”现代人类起源模型也被重新审视[2]。该论文报告称,独立检验验证了这些新假说,同时对主流假说提出了挑战[2]。这是一个仍在进行中的分歧,而非已有定论的结果,它表明就连人类起源的大致轮廓也仍在被重新审视。

本文引用的文献

1

人类进化:纳莱迪人的诸多谜团

纳莱迪人提出了关于其化石年代以及在人类进化中位置的不解问题。

2

重新审视人类进化:扩展的进化过程框架带来的启示

一个扩展的进化框架被提出来解决矛盾和遗传等距等长期谜团,并重新审视了现代人类何时何地起源。

3

人类进化:争论指南

人类进化一直受到持续争论的塑造,证据表明人类拥有共同起源,而非从不同地方分别演化而来。

4

大规模并行方法用于表征人类进化中的非编码功能变异

人类独有特征和群体间适应性的遗传差异仍研究得很不充分,尤其是在非编码调控区,新的高通量方法正开始应对这一问题。

5

三维基因组分析揭开人类大脑进化的谜团

确定哪些基因变化造就了人类大脑,并将序列差异与大脑发育中的调控变化联系起来,仍然是一项重大挑战。