AI和機器學習正在幫助進化生物學家找到古老的人類祖先， 盡管這一發(fā)現(xiàn)背后的現(xiàn)代科學原理尚不為人所知，這個可能的“人類祖先”的具體未能最終確定，可能是尼安德特人和丹尼索瓦人雜交的后代。

近日發(fā)表在《自然·通信》上的一項新研究的結(jié)果表明，在今俄羅斯發(fā)現(xiàn)的尼安德特人和丹尼索瓦人的雜交體不是個例，而是一個更普遍的、逐漸滲透過程的一部分。

去年8月，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了一種古老的人類雜交體，據(jù)推算，這位女性在距今約9萬年前去世。她的骨頭在俄羅斯阿爾泰山脈的丹尼索瓦的洞穴中被發(fā)現(xiàn)。遺傳學分析顯示，這位古人類的父母屬于不同的人類群體。她可能有一個尼安德特人（Neanderthals）母親和一個丹尼索瓦人（Denisovans）父親。

馬克斯·普朗克進化人類學研究所的Viviane Slon及其同事在《自然》雜志上發(fā)文稱：“這位古人類的父親的基因組符合尼安德特人血統(tǒng)的痕跡，可能屬于該洞穴中后來發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人。而母親來自與后來居住在歐洲的尼安德特人關系密切的人群。

尼安德特人和丹尼索瓦人分屬古人類的兩個不同亞種。尼安德特人定居在歐洲和西亞的一些地方。而丹尼索瓦人可能在中亞和西伯利亞定居，丹尼索瓦人的第一個頭骨在2008年在該地區(qū)被發(fā)現(xiàn)。

這兩個群體在遺傳特質(zhì)上有所不同，但都可能與現(xiàn)代人交叉繁殖。研究表明，這種雜交使現(xiàn)代人類免受病毒和疾病的侵害。一些遺傳基因甚至可能影響了人類頭骨和大腦的形狀。

科學家們普遍認為尼安德特人和丹尼索瓦人會彼此交配，不過研究人員只發(fā)現(xiàn)了一處可以證明這種雜交確實存在的實際證據(jù)。

用AI預測未知的人類祖先

西班牙進化生物學研究所（IBE）、國家基因組分析中心（CRG）、國家基因組織（CNAG-CRG）和塔爾圖大學的研究人員，正在使用深度學習算法，來識別迄今為止最新的人類未知祖先。研究顯示，這些祖先們在數(shù)千年前曾與現(xiàn)代人類進行雜交。

本研究論文的兩位作者Jaume Bertranpetit和Oscar Lao（右）

“深度學習使我們能夠觀察到，究竟是什么讓我們的祖先的DNA拼圖能夠最終拼在一起?！盠ao解釋道。

Lao和他的同事們的研究發(fā)現(xiàn)，在人類祖先的基因組中存在一種新的古人類的足跡，這是尼安德特人和丹尼索瓦人的雜交體。 DNA計算分析的結(jié)果還顯示，這種亞洲與非洲的現(xiàn)代人類交配的后代已經(jīng)滅絕。

研究人員在論文中表示：“除了此次發(fā)現(xiàn)的尼安德特人和丹尼索瓦人的互相雜交滲透之外，我們的研究結(jié)果還表明，所有來自亞洲和大洋洲的古代人類存在彼此第三次滲透。”

“大約8萬年前，古人類開始‘走出非洲’，當時一部分人離開了非洲大陸，開始遷移到其他大陸，從而孕育產(chǎn)生了現(xiàn)在地球上的全部人口，其中一些古人類已經(jīng)現(xiàn)代人類的祖先。”IBE的首席研究員、UPF的部門主管Jaume Bertranpetit表示。

“從那時起，現(xiàn)代人類與尼安德特人在除非洲之外的所有大陸上都進行了交配繁殖，還與丹尼索瓦人在大洋洲和今東南亞地區(qū)交配繁殖，不過目前還沒有確實證據(jù)證明現(xiàn)代人類與第三種已滅絕的物種進行交叉繁殖?！?/p>

利用深度學習解密人類進化史

到目前為止，人類存在“第三祖先”的說法只是現(xiàn)代人類的基因組的某些片段起源的一種理論解釋。不過，深度學習和AI算法，使得從DNA推斷出人類祖先種群的人口統(tǒng)計學信息成為可能。

研究人員面臨的一大問題是，需要分析的人口統(tǒng)計學模型比迄今為止任何其他模型都要復雜得多，而且還沒有專門面向這類任務的統(tǒng)計工具。深度學習“是一種模仿哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)運行方式的算法，算法中不同的人造神經(jīng)元專門學習并掌握一些特定模式，即對完成指定任務而言最重要的一些模式”，該研究的首席研究員Oscar Lao表示。

“我們利用這些屬性來生成算法，對數(shù)十萬次模擬獲得的基因組進行學習，來預測古人類的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在模擬時，我們會沿著人類歷史上的可能的進化路線前進。最終利用深度學習，找出讓我們的祖先拼圖融合在一起的因素?！?/p>

這是研究人員首次將深度學習成功用于解釋人類歷史，為這項技術應用于生物學、基因組學和進化學等其他問題鋪平了道路。

深度學習分析顯示，這種已滅絕的“第三種”原始人可能是尼安德特人和丹尼索瓦人的后裔。今年夏天發(fā)現(xiàn)的一批古人類化石具備的特征似乎印證了該研究的說法，進一步加強了與現(xiàn)代人類共存并與之交配的“第三物種”的假設。

“我們的理論與最近發(fā)現(xiàn)的混血古人類標本特征相吻合，不過目前還不能排除其他可能性”，塔爾圖大學的調(diào)查人員、IBE的前調(diào)查員Mayukh Mondal說。