寒冬裡的基因組智慧：黑龍江流域三族群的冷適應演化

人類走出非洲之後，用數萬年的時間適應了地球上幾乎所有氣候帶，其中最難征服的，是高緯度的嚴寒。過去幾十年，人類演化遺傳學關於「寒冷適應」的討論幾乎被一種經典範式主導：以北極因紐特人為代表的「代謝產熱」模型——透過改變與脂肪代謝相關的基因（如FADS基因簇），把高脂肪飲食轉化為熱量，抵禦極寒。這套範式解釋力很強，但它只是故事的一半。東亞最寒冷、也是全球非極地地區氣候最嚴酷的黑龍江流域，長期沒有被系統研究：生活在這裡的世居人群，是否演化出了與北極人群不同的生存智慧？

2026年10月14日，復旦大學生命科學學院徐書華團隊在生物資訊學專業期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics（GPB）發表論文，首次系統闡釋了黑龍江流域三個世居族群——達斡爾族、鄂溫克族和鄂倫春族——應對極寒環境的獨特演化路徑。研究基於78例高覆蓋度全基因組測序數據，並結合中國人群泛基因組聯盟（CPC）與人類基因組多樣性計劃（HGDP）的公共數據（其中包括25例西伯利亞雅庫特樣本），從人口史重建、適應性信號鑑定和古人類基因交流三個維度，解碼了這一「東亞極寒之地」的演化奧秘。

黑龍江流域橫跨中國東北與俄羅斯遠東，受西伯利亞寒流影響，冬季氣溫可連續數月低於攝氏零下30度，極端時甚至跌破攝氏零下50度。考古學與古DNA研究顯示，這裡的人類定居歷史可追溯至約3.36萬年前，並且自舊石器時代晚期以來保持了遺傳上的連續性——這為研究長期寒冷適應提供了一個難得的天然窗口。

第一個重要發現，是三個族群「近在咫尺、卻又各自精彩」的微觀遺傳結構。鄂溫克族與鄂倫春族保留了更多的西伯利亞祖源成分，印證了其作為寒帶狩獵採集者後裔的獨特身份；而達斡爾族則表現出與漢族及其他東亞北部人群更頻繁的遺傳交流。更值得注意的是，人口歷史重建模型顯示，這三個族群在約1萬至3千年前共同經歷了一段漫長的人口瓶頸期——這一時期恰逢末次冰期結束後的劇烈環境變動，氣候波動對人類早期族群規模的深遠影響由此可見一斑。

第二個發現直接挑戰了「代謝產熱」的經典範式。研究團隊用多種選擇掃描方法，並藉助中性模擬校正人口瓶頸造成的干擾，在黑龍江流域人群中篩選出33個寒冷適應候選基因。這些基因並非像北極人群那樣富集於脂質代謝產熱通路，而是顯著富集於神經系統發育、離子通道調節（如鈣離子跨膜運輸）以及細胞間黏附相關通路。結合功能註釋、表型關聯和氣候—基因型相關性分析，團隊鎖定十個候選基因：除此前已有報導的OCA2與PRKG1外，新鑑定出SORBS2、PRKAG2、KCNMA1、NTM、CHST11、RYR3、OTOA和PKIG八個新位點。研究據此提出，黑龍江流域人群可能演化出一套更「精巧」的策略：並非單一依賴加速代謝產熱，而是透過調節神經系統對寒冷刺激的敏感度，並強化皮膚組織的結構屏障來預防細胞凍傷——一種「神經—結構」雙重防禦機制。

第三個發現尤其引人入勝：一段來自尼安德特人的遺傳片段，成了這些人群度過嚴冬的「寒冬禮物」。分析顯示，尼安德特人來源的CHST11基因滲入片段（以rs11112181位點為代表）在黑龍江流域人群中表現出強烈的正向選擇信號；關聯生理表型資料庫後發現，該位點攜帶者具有顯著更高的靜息代謝率、能量消耗及耗氧量。這意味著，數萬年前現代人與古人類的那場基因交流，為生活在資源匱乏嚴冬中的後代提供了維持恆定體溫的關鍵遺傳「利器」。

基於這些證據，研究團隊提出了東亞高緯度人群冷適應的「雙支演化模型」。共享演化支：多個候選適應性等位基因的頻率抬升可追溯至約2.5萬年以前，早於黑龍江流域人群與西伯利亞雅庫特人群的分化，提示部分基礎適應性變異是在共同祖先階段獲得的，構成了寒冷適應的「底色」；特異演化支：人群分化後，各族群依據具體微生境（如大興安嶺林區與黑龍江平原）的壓力差異以及南方人群混合比例的不同，在各自基因組中沉澱了獨特的適應信號——例如PRKAG2基因內的rs56193996，在西伯利亞雅庫特、鄂溫克和鄂倫春人群中的衍生等位基因頻率均超過20%，在達斡爾族中卻僅約7%，提示達斡爾族後期與東亞北部人群的基因交流稀釋了部分來自共同祖先的適應性變異。

這項研究從分子層面回答了「黑龍江流域人群如何度過漫長嚴冬」的演化命題，也為理解極端環境下的生理耐受機制及相關代謝性疾病研究提供了珍貴線索。論文由復旦大學生命科學學院／進化生物學中心徐書華教授任責任通訊作者，中國醫學科學院醫學生物學研究所褚嘉祐教授任共同通訊作者；復旦大學博士研究生陳思勤、西奈山伊坎醫學院陳豪博士和中國醫學科學院醫學生物學研究所楊昭慶研究員為共同第一作者。研究團隊同時指出，未來仍需擴大樣本規模、補充低溫生理表型測量與功能實驗，以進一步驗證候選變異位點與寒冷適應表型之間的因果關係。