基因树如电影：超越祖先的静止肖像

密歇根大学的研究人员开发了一种统计方法，可用于追踪你的祖先、模拟疾病传播和研究动物如何在地理区域传播等广泛的应用。他们的研究结果发表在《科学》杂志上

密歇根大学生态学和进化生物学教授Gideon Bradburd说，该方法的应用之一是更全面地了解人类祖先。例如，当您发送DNA以获取个性化的血统报告时，您收到的报告只是固定在特定时间点和空间的家谱的一个非常小的视图

这些类型的遗传报告反映了一个人在过去特定时间从生活在特定地区的个人那里继承的基因组数量。Bradburd说：“如果你的血统报告说你有50%的爱尔兰血统，这意味着你有很多目前居住在爱尔兰的第二到第四堂兄弟。”。但实际上，你的家谱更像是一部电影，而不是这张快照

Bradburd和密歇根大学的研究员Michael Grundler和Jonathan Terhorst开发的统计方法可以为人们提供他们祖先的“电影”版本，显示他们的祖先起源于哪里以及他们是如何在全球范围内迁移的

该方法使用现代遗传序列样本，估计个体遗传祖先的所有位置，根据人们如何移动的假设确定这些个体的平均位置，并追溯到几个世纪前

研究人员的方法不仅可以用于追踪人类祖先。它还可以用于追踪病毒的出现、动物种群的分化和其他家谱追踪

Bradburd说：“消费者血统报告有很多有趣的地方，了解你的历史当然很有力量，尤其是对于那些被收养、成为孤儿或与家人脱节的人来说。”

“但这些血统报告在其他方面可能真的存在问题。它们确实具体化了种族的生物本质主义概念，因为它们将这些类别的爱尔兰人呈现为理想，它们是真实的，随着时间的推移不会改变。”

但研究人员知道事实并非如此。诺贝尔奖得主遗传学家Svante Pääbo开创了一个领域，开发了对古代DNA进行基因型改造的工具。Bradburd说，这使得研究人员能够追踪人类在世界各地传播的浪潮，特别是在欧亚大陆，在那里发生了大多数这种类型的基因测序。这使研究人员能够看到人类群体如何随着时间的推移进入和离开地理区域

Bradburd说：“因为一个地方的遗传特征会随着时间的推移而发生很大变化，我们知道说‘这就是爱尔兰人的意义’是没有意义的。”。Bradburd指出了人类生物学中的一个思想实验：想象两个亲生父母和四个亲生祖父母。每一代人的数量都会翻一番，而且只需要翻一番相对较少的几代人，这个直系血统的人就会比地球上活着的人类多

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这也意味着你不必追溯到很久以前就发现许多人有许多共同的祖先

Bradburd说：“因为我们的血统爆炸得如此之快，它们也必须崩溃，就像你和我在过去的许多时候必须有很多很多亲戚一样，这对地球上活着的每个人来说都是如此。”。Bradburd说：“我们彼此之间的关系非常密切。”

血统报告是准确的，但特别是当它们与一个时间段联系在一起时

Bradburd说：“血统报告没有错，但他们遗漏了一个非常重要的组成部分，那就是你什么时候有爱尔兰血统。”。“因为我们知道现代人类血统起源于非洲，所以可以准确地说，在更深的时间范围内，你有100%的非洲血统。”

这种被称为Gaia（地理血统推断算法）的统计方法首先对个体如何移动做出了一个非常简单的假设：他们通常会在当地移动。该方法将这一假设与现代个体的位置以及将它们联系起来的遗传结构（称为祖先重组图）相结合

Bradburd说，有了这两条信息和个体如何移动的简单模型，研究人员可以计算出“祖先最简约的位置”。然后，研究人员可以通过过去传播这些信息

Bradburd的工作是响应美国国家科学院的号召，敦促从事人类群体遗传学研究的研究人员摆脱基于种族的标签。他说，虽然种族的社会现实是不可否认的，但种族类别并不能很好地预测遗传变异

由于种族和遗传学之间的脱节，种族标签往往不精确：两个人可能有相同的标签，但彼此之间的关系更密切或更不密切。此外，Bradburd说，由于某个地理区域的遗传学会随着时间的推移而发生很大变化，地理和国家标签也可能产生误导

他说：“说你是‘基因爱尔兰人’，似乎‘爱尔兰人’总是意味着同样的事情，从基因上讲，我们知道这不是真的，而且任何爱尔兰人——也就是说他们从爱尔兰人那里继承了部分基因组——在特定的时间范围内都是爱尔兰人。”

“这些种族标签掩盖了这两条重要信息，这大大降低了特异性，也对科学武器化用于政治手段构成了非常现实的危险。”

Bradburd团队开发的方法可以应用于人类遗传学以外的系统。研究人员可以使用这种方法来观察他们研究的生物体的遗传分布。Bradburd说，研究人员还可以使用这种方法来了解生物的迁移——人类和其他生物

例如，研究人员已经能够研究两个地点之间种群的遗传相似性，并推断出它们或多或少是通过迁移而紧密相连的，或者或多或少是相互隔离的。但这个工具允许研究人员确定这些运动发生的时间线

在这种情况下，该工具不仅可以应用于追踪人类遗传学，还可以用于帮助确定疾病何时可能来自世界特定地区。密歇根大学的研究小组正在与澳大利亚的研究人员合作，了解蚊子是如何在南太平洋岛屿上定居的，并与密歇根州和俄亥俄州的研究人员一起了解马萨索加响尾蛇的历史和传播情况

Bradburd说：“这是我非常兴奋的事情之一——你可以使用这种方法来识别随时间和特定地点之间的扩散模式。”

“祖先的概念不一定是静态的。相反，你应该把它们看作是动态的，有趣的，更容易理解的，更像是一部电影而不是一张图片。”