人 类

人类大脑进化的基因组调控机制

人类大脑起源于漫长的生命进化过程，其最显著的改变是大脑的认知功能，反映在脑容量的显著扩大和脑结构的高度精细化。人类进化过程中，哪些遗传改变造就了人类大脑是国际科学界长期力图解决的科学问题。所有器官包括大脑的形成都是通过发育过程来实现的。人类独特的脑发育模式源于在进化过程中基因组不断积累的功能性突变。然而，由于物种间存在数以百万计的序列差异，而其中只有少数的关键差异才具有重要的功能效应，如何将基因组中的关键序列差异与脑发育的调控改变之间建立因果联系并解析其中的分子调控机制是颇具挑战性的课题。灵长类动物作为生物学和医学研究模型已有近百年的历史。猕猴与人类具有较近的亲缘关系，在人类大脑的起源、发育机制和脑疾病的研究中，猕猴是最理想的动物模型。

哺乳动物（包括人类）的基因组通常长约2米，折叠在仅有10微米的细胞核中。基因组在细胞核的三维空间中是有序折叠的。这样的有序折叠对发育过程中细胞的增殖和有序分化是至关重要的。全基因组染色质空间构象捕获（简称Hi-C）等最新高通量组学技术的开发为精细解析大脑发育过程中基因组的三维组织方式和分子调控机制提供了强大的工具。近期，研究者通过学科交叉合作开展了跨物种脑发育3D基因组的研究。首先，利用Hi-C技术构建了中国猕猴胎脑神经发育高峰期的高分辨3D基因组图谱。这是目前包括人类在内的灵长类大脑分辨率最高的3D基因组图谱，可以高精度地解析脑发育中基因组的空间组织方式。同时，还解析了猕猴胎脑的转录组图谱、染色质开放区图谱以及染色质锚定蛋白CTCF的分布图谱。综合这些猕猴胎脑的多组学图谱数据，研究人员首次构建了猕猴胎脑发育的染色质精细空间构象，鉴定了包括染色质区室、染色质拓扑结构域（简称TAD）以及染色质环(简称Loop)等不同尺度的染色质构象，以及基因组在大脑发育中发挥重要作用的调控元件（如增强子、启动子等）。通过与已发表的公共数据整合，研究人员接着进行了跨物种3D基因组的比较（人类、猕猴和小鼠），该研究发现了数量众多的人类特异染色质结构，包括499个人类特异TADs和1266个人类特异Loops。这些人类特异Loops显著富集增强子-增强子互作的调控模式，提示大脑发育在人类祖先中进化出更为精细的转录调控网络。（Cell 2021，184:723-740.e21.）

早期人属与东亚典型直立人的中间状态

梅铺古人类地点位于湖北郧县梅铺镇杜家沟龙骨洞，地处秦岭山脉东段南麓。1974年中国科学院古脊椎动物与古人类研究所野外队在河南淅川县调查时获悉梅铺化石线索，次年发现4颗人类牙齿，同时发现一件石核和20余种哺乳动物化石。2016-2017年，研究者通过铀系年代数据和古地磁分析确定其年代为距今78-99万年，即早更新世。通过传统的形态观测、micro-CT和几何形态测量发现：1）梅铺古人类牙齿表现出与早期人属成员近似的特征，包括上中门齿中等程度的铲形、舌侧光滑；上第四前臼齿较宽的舌侧尖；上第一臼齿近似方形的齿冠外轮廓；2）梅铺古人类牙齿又表现出与东亚晚期直立人接近的特征，包括上中门齿中等程度的唇侧面近远中隆起；下中门齿较强的唇侧面近远中隆起。总体上来讲，梅铺古人类牙齿表现出来的特征使得其处于早期人属或早期直立人和东亚晚更新世直立人的中间状态。研究将梅铺古人类与欧亚大陆早期直立人甚至非洲早期人属成员、东亚发现的晚期直立人联系起来，在一定程度上弥补了因材料的稀缺和保存状况不佳而导致的我们对东亚早更新世古人类形态特点和演化地位的认识不足。（Journal of Human Evolution 2021, 151,https://doi.org/10.1016/j.jhevol.2020.102924）

20万年前古人类的石器技术与生态适应

中国黄土高原的“黄土-古土壤序列”不仅完整地保留了第四纪冰期-间冰期多旋回的古气候记录，同时蕴含着丰富的古人类文化遗存。甘肃张家川县杨上旧石器遗址于2013年开始发掘，发掘面积约12平方米，揭露近6米厚的多个含旧石器文化遗物的层位。遗址年代跨度在距今约22万年到10万年前，是目前黄土高原西部发现的年代最早的旧石器遗址之一。遗址多个文化层代表了古人类对遗址长时间较为持续性的利用，对揭示黄土高原西部古人类与环境的互动过程具有重要价值。通过对遗址三个主文化层（距今约20-15万年）石制品技术特征的统计分析与层位间历时性演变的研究，发现杨上遗址石制品以脉石英为主要原料，间冰期石制品组合体现出石制品“装备地点”技术组织策略的特征，对于原料的开发利用程度也相对较低，显示出低频流动的生活模式，遗址利用也较为长期和稳定；冰期体现了石制品“装备个人”的技术组织特征，对于原料的开发利用程度增加，优质原料占比也有显著增加，反映了黄土高原西部的古人类通过增加流动频率与觅食距离来应对气候干冷化加剧的资源斑块化，遗址每次的利用时间也可能随之下降。（Quaternary Research, 2021,https://doi.org/10.1017/qua.2020.114）