2026年10月14日，复旦大学徐书华团队在生物信息学专业期刊Genomics, Proteomics & Bioinformatics (GPB)合作发表题为“Genomic Insights into Cold Adaptation and Demographic History of Amur-Heilong River Basin Populations”的研究论文。该研究通过分析全基因组数据，首次系统阐释了黑龙江流域世居族群（达斡尔族、鄂温克族和鄂伦春族）应对极寒环境的独特演化路径，为人类适应极端气候的机制研究提供了新视角。
科学背景：聚焦东亚极寒之地的演化奥秘
人类走出非洲后，逐步迁徙并适应了全球多样化的气候环境，包括高纬度地区的极端寒冷环境。长期以来，人类演化遗传学界的寒冷适应研究多聚焦于以西伯利亚人群和因纽特人为代表的北极人群。这些人群以高脂肪饮食为主，并形成了与脂质代谢产热相关的遗传适应机制；这一适应模式被视为人类适应极寒环境的“经典范式”。然而，黑龙江流域的地理环境与北极地区存在显著差异。该地区人群在长达数万年的演化史中，是否发展出了不同于北极人群的生存智慧？该研究旨在填补这一空白，深入解析东亚高纬度地区人群特有的遗传适应图谱。
黑龙江流域（Amur-Heilong River Basin, AR）横跨中国东北与俄罗斯远东地区，地处欧亚大陆东部高纬度地带。受西伯利亚寒流影响，该地区冬季严寒漫长，气温可连续数月低于零下30℃，极端气温甚至可跌破零下50℃，是东亚最寒冷的地区之一，也是全球非极地地区中气候最寒冷的区域之一。考古学与古DNA研究表明，该地区的人类定居历史可追溯至约33,600年前，并且自旧石器时代晚期以来保持了遗传连续性，为研究长期寒冷适应提供了重要窗口。
达斡尔族（Daur, DAU）、鄂温克族（Evenki, EVK）和鄂伦春族（Oroqen, ORQ）是长期生活在黑龙江流域的三个世居族群，也是研究该地区人群应对极寒环境并成功世代定居的代表性群体。既往研究多基于线粒体DNA、短串联重复序列和插入/缺失标记，发现这些族群与中国北部其他人群具有较近的遗传关系，但这些工作难以全面解析其群体基因组特征和寒冷适应机制。
核心发现：从多维视角解码生存智慧
该研究基于达斡尔族、鄂温克族和鄂伦春族共78例样本的高覆盖度全基因组测序数据，并结合中国人群泛基因组联盟（CPC）及人类基因组多样性计划（HGDP）公共数据，其中包括25例西伯利亚的雅库特（Yakut, YAK）样本，在人口史重建、遗传适应性信号鉴定以及古人类基因交流等多个维度取得了关键进展。
1. 万年尺度的人口动态与遗传本底
研究发现，黑龙江流域人群虽在地理分布上彼此邻近，但在微观遗传结构上各具特色（图1）。鄂温克族与鄂伦春族保留了更多的西伯利亚祖源成分，揭示了其作为寒带狩猎采集者后裔的独特性；而达斡尔族则表现出与汉族及其他东亚北部人群更频繁的遗传交流历史。尤为重要的是，人口历史重建模型显示，黑龙江流域人群在约10,000至3,000年前经历了一个共有的、漫长的人口瓶颈期（图2），这一时期恰逢末次冰期结束后的环境剧变，显示出剧烈的气候波动对早期人类族群规模的深远影响。
图1 东亚北部与西伯利亚人群的地理分布和遗传结构
图2 黑龙江流域三族群的祖源构成与人口历史
2. 挑战传统范式：从“代谢产热”到“神经防御”
在适应极端气候的演化机制上，学界长期推崇以北极因纽特人为代表的“代谢模型”，即通过改变多不饱和脂肪酸代谢（如FADS基因簇变异）来摄取高能量以产生热量。研究团队整合多种选择扫描方法，利用中性模拟校正人口瓶颈可能造成的干扰，开展跨群体正向选择信号挖掘，并经过严格的多途径分析，在黑龙江流域人群中筛选出的33个寒冷适应候选基因却呈现出与北极圈人群截然不同的图谱。这些候选基因显著富集于神经系统发育、离子通道调节（如钙离子跨膜运输）以及细胞间粘附相关通路，而非北极人群研究中常见的代谢产热通路。
进一步结合功能注释、表型关联和气候–基因型相关性分析，研究团队锁定十个寒冷适应候选基因，包括已有研究报道的OCA2与PRKG1（图3），以及新鉴定的SORBS2、PRKAG2、KCNMA1、NTM、CHST11、RYR3、OTOA和PKIG（图4）。
该研究认为，黑龙江流域人群可能演化出了一套更为“精巧”的策略，并非单一依靠加速代谢产热，而是通过调节神经系统对寒冷刺激的敏感度，以及强化皮肤组织的结构屏障来预防细胞冻伤。这种“神经–结构”双重防御机制，是对人类寒冷适应策略库的重要扩充。
图3 在黑龙江流域人群中检验过往研究报道的寒冷适应候选基因的适应性信号
图4 在黑龙江流域人群中新鉴定的寒冷适应相关选择信号
3. 远古的“寒冬礼物”：古人类基因渗入的生理效益
研究深入探讨了已灭绝的古人类（如尼安德特人）对现代人遗传贡献的生理意义。分析显示，一段来自尼安德特人的CHST11基因渗入片段（以rs11112181位点为代表），在黑龙江流域人群中表现出强烈的正向选择信号。通过关联生理表型数据库分析发现，该位点的携带者表现出显著更高的静息代谢率（Resting Metabolic Rate, RMR）、能量消耗及耗氧量。这表明，数万年前与古人类的基因交流，为黑龙江流域人群在资源匮乏的严冬中维持恒定体温提供了关键的遗传“利器”。
4. 新模型：“双支演化模型”解释共享适应与群体分化
基于上述多维度的证据，研究团队提出了东亚高纬度人群冷适应的“双支演化模型”（Dual-Branch Evolutionary Model）（图5）：
（1）共享演化支（Shared Branch）：为追踪候选寒冷适应等位基因的起源和演化，研究团队重建了等位基因频率变化轨迹，并结合古DNA数据进行验证。结果显示，多个候选适应性等位基因的频率抬升可追溯至约2.5万年以前，早于黑龙江流域人群与西伯利亚地区雅库特人群的分化，提示对这些候选位点的自然选择可能发生在共同祖先阶段。因此，黑龙江流域人群与更广泛的北方西伯利亚人群在分化前已获得了部分基础的适应性变异，形成了寒冷适应的底色。
（2）特异演化支（Specific Branch）：在人群分化后，各族群根据具体微生境（如大兴安岭林区与黑龙江平原）的压力差异，以及与南方人群的混合比例，在各自基因组中沉淀了独特的适应信号。例如，PRKAG2基因内的rs56193996在西伯利亚雅库特人群、鄂温克族和鄂伦春族中的衍生等位基因频率均超过20%，但在达斡尔族中仅约7%（图4B），提示达斡尔族后期与东亚北部其他人群的基因交流可能稀释了部分来自共同祖先的适应性等位基因。
图5 黑龙江流域人群寒冷适应候选基因的双支演化模型
总结与展望
该研究基于达斡尔族、鄂温克族和鄂伦春族78例高覆盖度全基因组测序数据，并结合中国人群泛基因组联盟（CPC）与人类基因组多样性计划（HGDP）公共数据，系统解析了黑龙江流域三个世居族群的群体遗传结构、演化历史与寒冷适应的遗传基础。这一成果不仅从分子水平回答了“黑龙江流域人群如何度过漫长严冬”的演化命题，也为理解极端环境下的生理耐受机制及相关代谢性疾病的研究提供了珍贵的遗传学线索。未来研究仍需扩大样本规模，补充低温生理表型测量和相关功能实验，以进一步验证候选变异位点与寒冷适应表型之间的因果关系。
复旦大学生命科学学院/进化生物学中心徐书华教授为论文责任通讯作者，中国医学科学院医学生物学研究所的褚嘉祐教授为论文共同通讯作者。复旦大学博士研究生陈思勤、西奈山伊坎医学院陈豪博士和中国医学科学院医学生物学研究所杨昭庆研究员为论文共同第一作者。对该项工作做出贡献的还有复旦大学陆艳副研究员、高扬助理教授以及曾在徐书华团队实习的本科生陶奎廷。复旦大学金力教授对该项研究进行了指导；郑琰教授、罗竞春研究员对该项研究提供了帮助和支持。中国泛基因组联盟（CPC）对该项研究提供了数据支持。
该研究得到了教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金委等多项基金的资助。复旦大学CFFF计算平台为本研究的计算工作提供了支持。相关遗传数据使用和研究结果公开发表获得国家卫健委人类遗传管理部门许可 (No. 2025BAT01056)。
论文信息：Chen S, Chen H, Yang Z, Lu Y, Gao Y, Tao K, Zheng Y, Luo J, Jin L, Chu J, Xu S. Genomic Insights into Cold Adaptation and Demographic History of Amur-Heilong River Basin Populations. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2026 Oct 14:qzag106. doi: 10.1093/gpbjnl/qzag106.
原文链接：https://academic.oup.com/gpb/advance-article/doi/10.1093/gpbjnl/qzag106/8916277