人類的祖先來自哪裏？現代人類的祖先在最近100萬年內是如何前進演化的？這些「解碼過去」的研究，中國科學院上海營養與健康研究所研究員李海鵬一做就是快30年。
就在一年前的9月，李海鵬研究組與華東師範大學腦功能基因組學研究所潘逸萱研究組合作的研究成果線上發表於【科學】（Science），論文的結論是在90萬年前左右，人類祖先的群體數目下降到1000多人，這個群體瓶頸維持了至少10萬年。
這一研究首次精確解析了百萬年內人類遠古群體數量變化歷史，為實作重大慢病防治的「關口前移」奠定了理論基礎。
近日接受第一財經專訪時，李海鵬表示，由於前進演化基因組學涉及生物前進演化的兩大核心概念——遺傳變異和自然選擇，因此，不僅可以透過與數學、電腦多學科交叉的方式「解碼過去」，同時還能透過「編碼」在一定程度上預測未來。
「接下來我們工作的一個重點，就是合作研究遠古群體瓶頸導致的現代人群整體2型糖尿病患病風險，並透過精準溯祖計算合作揭示腫瘤的演化，從而進一步搶占科技制高點。」他告訴記者。
研究成果用於糖尿病防治
走進李海鵬的辦公室，就像進入了一個微縮版的小森林。入口是繁茂的爬山虎，窗外佇立著毫不懼人每天定點來他這兒進食的小松鼠，辦公桌前各式各樣的動物擺件，和魚缸裏幾尾魚兒相映成趣。
「我從小就特別喜歡生物，所以念大學專業就選了生物。」進入大學後，他又發現相對於幼年曾經癡迷過的Apple II，電腦有了巨大的變化，從而又趕緊學起了電腦。這樣的經歷也讓他自然而然從事了如今的工作——從數學和計算的視角解析與基礎研究、社會生活相關的重要生物學問題。
去年9月1日，李海鵬研究組與潘逸萱研究組合作的研究成果上線 【科學】(Science) （點選可看文章），建立了快速極小時間溯祖（FitCoal）新理論和方法，並透過分析公開基因組數據，首次發現了人類祖先由於氣候變遷等原因曾經歷嚴重的群體瓶頸，近乎滅絕。
這項研究揭示的群體瓶頸代表了所有現代人類的祖先，在一個很短的時間內快速喪失了98.7%的成員個體，在此後長達11.7萬年的時間裏，人類祖先平均成年個體數僅為約1280。
這一發現，也解釋了非洲人類祖先化石的缺失環節，並與非洲直立人化石的消失、新的古人類物種的形成、兩條古人類2號染色體的融合階段相對應，表明了該群體瓶頸對人類前進演化具有極其關鍵的影響。
談及他十年前為什麽要啟動這個專案，李海鵬解釋道，人類群體數量的變化，其實反映了遠古生態環境或者說近期經濟活動的變化，是一個非常重要的科學問題。
「100多萬年前人類祖先的前進演化，對於我們現代人的形成是非常重要的，這個時間段決定了如何從直立人一步一步形成現代人類，即智人。」他說，從遺傳學方面入手的人類前進演化已經做了40多年了，包括帕博教授被授予諾貝爾獎的古DNA工作，這些工作都集中研究最近十萬年之內的人類前進演化，而現代人是20萬~30萬年前形成的，所以這些工作均不涉及任何的物種形成。盡管把研究的時間尺度放大到10萬~200萬年前是極其重要的，但這對數學模型和計算精度提出了相當高的要求，「科學意義很重要，同時這個方向又沒有人去研究，也沒有人能夠做到」。
更重要的是，「解碼過去」的同時還能「編碼未來」，以他們團隊正研究遠古群體瓶頸導致的現代人群整體2型糖尿病患病風險為例，就和遠古人類的基因突變息息相關。
他解釋道，93萬年前人類祖先經歷的嚴重群體瓶頸期，很可能是因為彼時的人類祖先經歷了嚴重的饑荒，很可能節儉基因的適應力前進演化曾幫助人類祖先度過了危機時刻。「現在的人類作為這一小群體的後代，都攜帶了這些基因突變，讓人類可以非常高效地吸收和儲存能量，同時也帶來了糖尿病的整體致病風險。」
所謂現代人群整體2型糖尿病患病風險，是指在同樣的生活條件下，因為所有的人都攜帶同樣的節儉基因突變型，所以都有一定的概率會患上糖尿病，「這個時候透過關口前移來預防糖尿病，就會對糖尿病的防治起到一個非常高效的促進作用」。他對第一財經透露，目前正在和華東師範大學合作，嘗試形成理論—機制—臨床再到理論的研究閉環，更好地幫助整個社會進行糖尿病的預防和治療。
由於研究需要分析大量的數據，李海鵬強調了電腦和數學的關鍵作用，以及人工智能技術在專案中的運用。
「從我2007年回國的時候，就開始運用AI了，主要用於解決群體遺傳學的重要問題。比如說我們一個研究專案是開發估計遺傳重組率的新方法，牛津大學曾經開發了一個被普遍使用的分析方法，但他們的分析方法比我們慢至少30萬倍。基於普通單核計算，常見大小樣本的分析很可能要等一年半的時間，但基於我們AI的分析新方法，倒杯咖啡的時間就計算出來了，而且計算結果同樣精準。」李海鵬說。
對科研人員的資助面要廣
雖然FitCoal新理論和方法如今已經套用到生命健康領域的問題解決中，但是這項從2013年起開展的研究也曾在中途遭遇了極大的低谷，甚至有夭折的風險。在李海鵬看來，興趣愛好是支撐他堅持下來的一個重要動力。
「從我自身來說，是把科研作為一個興趣愛好來做的，我喜歡解決別人從來沒有想到，或者解決不了的難題。平時我除了鍛煉、接送孩子和帶他出去玩，基本都在辦公室，因為這就是我最喜歡的事情。」李海鵬說。
在從讀書時一路獲得多項資助的李海鵬看來，如今的科研環境相比幾十年前已經進步了很多，但同時，年輕人的壓力也變得更大。
日前，國家自然基金委公布了關於2024年國家自然科學基金集中接收申請專案評審結果的通告。
結合前幾年的資助數據來看，2024年面上專案的資助率，由2023年的16.99%跌至今年的11.66%。青年科學基金專案的資助率也在去年的基礎上有所下滑，由去年的17.04%跌至今年的15.54%。申請量逐年升高的背景下，基金申請的難度仍在加大。
李海鵬說：「拿基金委的面上專案資助來說，假設15萬科研人員每人每年平均花一個月去準備專案申請，那麽面上資助率每下跌5個百分點，就意味著7500個月（每年）的科研時間就額外損失了。」
他告訴記者，這些年基金委整個資助總額在不斷增長，也代表了國家愈加重視在科技方面的投入。但在他看來，當經費總額度不變的情況下，還應該增加額度不太大的專案資助數，減少重量級金額的專案投入數。「大筆經費的重大專案當然也很重要，但是如果專案數太多，在不增加資助總額的時候，就會擠占其他專案的經費，會影響到科研活動和布局。」
他舉例道，一個1億元的大專案經費，就可以分成多個50萬的「面上專案」。「因為創新的科研活動具有不可預測性，如果能預測到科研產出，嚴格意義來說不叫創新。」
李海鵬認為，如果增加這些較小額度的專案，從概率上講，有可能讓某一個團隊在產生了新思想的時候，在這個小額的資助力度下把事情的雛形做出來。
「如果一個科研人員是因為自己的興趣愛好來投入到科研工作中，他不會看專案經費的多少來決定自己的投入。就好比一個愛釣魚的人，不會因為自己手裏的魚竿器材不好就放棄釣魚，即使他拿著竹竿，他釣魚的興致也不會減少。透過這種自發的喜歡去做的科研活動，結合國家需求，能夠做出來真正意義上的創新。」李海鵬說。
