過去25万年間の現生人類の世代時間
過去25万年間の現生人類（Homo sapiens）の世代時間に関する研究（Wang et al., 2023）が公表されました。現代人の最近の祖先の世代時間は、先史時代のヒトの生物学的および社会的組織の両方について語ることができ、ヒトの進化を絶対的な時間規模に位置づけます。本論文は、変異連続体における変化に基づいて、男女の世代時間を予測する手法を提示します。全ゲノムデータの分析は、過去25万年にわたる平均世代時間26.9年を明らかにし、父親（30.7年）は母親（23.2年）より一貫して年長です。性別の平均的な世代時間の変化は、父性の年齢の変化によりおもにもたらされてきましたが、本論文は、最近の過去における女性の世代時間のかなりの増加を報告します。人口集団における世代時間の大きな違いも見つかり、全てのヒトがアフリカに居住していた時間にさかのぼります。
●研究史
最近の過去におけるヒトの世代時間（もしくは「世代間隔」）に関する知識は、多くの分野で重要です。遺伝的データはヒトの歴史への深い洞察を提供しますが、集団遺伝学的手法は通常、世代の観点で歴史を調整します（関連記事1および関連記事2）。これは、新たな大陸への移住（関連記事）もしくは絶滅人類との遺伝子流動（関連記事）を含む、歴史事情の絶対時間の決定について、世代時間をとくに重要とします。これら集団遺伝学的推定を絶対時間へと変換するためには、現在の世代時間が数十万年にわたって存続してきたか、現存狩猟採集民（採食民）社会がヒトの歴史の全範囲にわたって代表的な世代時間を提供する、と一般的に想定されています。しかし、どちらの想定も正しくない可能性が高そうです。男女が子供を儲ける平均時間は、急速に変化するかもしれない多くの環境と人口統計学と文化の要因に依存しますが、現在の狩猟採集民社会は相互におよび過去の社会とはかなり異なっています。世代時間が大型類人猿で進化してきたことは明らかなので（関連記事）、現生人類につながる枝に沿って進化したかもしれません。
歴史的な世代時間（個体が子供を儲ける平均年齢）を推定する以前の遺伝学的手法は、過去の標本からの現代人のDNA配列の分岐に対する組換えもしくは変異の複合効果を利用してきました。これらの推定値はかなりの洞察を提供してきましたが、性別と過去40000～45000年間の両方で平均化されています。経時的なより高い解像度は、過去における特定の時間に発生した変異を、それらの変異を産み出した個体の世代時間を正確に予測するモデルとともに調査することにより可能です。本論文は、親の年齢の予測因子として、新規変異（de novo変異、親の生殖細胞もしくは受精卵や早期の胚で起きた変異）の範囲を用いる手法を開発します。このモデルを年代がゲノム規模の系図情報から推定された多様体と組み合わせることにより、男女の世代時間を過去25万年間の多くの異なる時点で別々に推定できます。
●分析結果
ヒトは加齢につれて、子供に伝わる新規変異の数と種類が変化します。妊娠年齢が分かっている親での大規模な系図研究から得られた変異に関する情報（関連記事）を用いて、親の年齢と単一のヌクレオチド変異の異なる6種類の数との間の関係がモデル化されます。これらの変異数は、ディリクレ多項モデルにおいて、父方と母方両方の年齢で回帰します（図1A）。過去の多く異なる期間から変異連続体を得るため、多様体年代の系図推定（genealogical estimation of variant age、略してGEVA）手法から得られた現在の多型の起源の推定時間が用いられました（図1B）。この手法は、1000人ゲノム計画の4300万の多様体のそれぞれが、過去において変異によりいつ生じたのか、推定します。本論文のモデルを訓練するのに用いられた新規変異に適用された同じ基準で多様体を選別した後で、分析では2530万の多様体が保持されました。以下は本論文の図1です。
本論文の変異連続体モデルを多型データに適用することにより、過去25万年間の男女の世代時間を推定できます（図2A）。この時間枠内で、平均的なヒト世代間隔は26.9±3.4年と分かり、性別の平均世代間隔は、男性では30.7±4.8年、女性では23.2±3.0年です。この結果から、ヒトの世代時間は1000世代以上の減少後に、最近の過去おいて急速な増加を経てきた、と示されます。平均的なヒト世代間隔は、約250世代前（6400年前頃）で最近の最小値である24.9±3.5年で、初期文明【当ブログでは原則として文明という用語を使わないことにしていますが、この記事では「civilization」の訳語として使います】の歴史的な台頭とほぼ一致します。この前には、平均的なヒト世代間隔は1400世代前（38000年前頃）で29.8±4.1年という頂点から減少し、それは最終氷期極大期（Last Glacial Maximum、略してLGM）開始の前でした。これらの推定値は複数の人口集団にわたる複合であることに要注意で、以下ではさまざまな大陸の人口集団から別々の推定値が示されます。以下は本論文の図2です。
本論文のモデルは、全ての分析された期間で女性よりも男性の方で長い世代間隔を推定します（図2B）。これらの結果は、現代の文化研究と一致しており、その99%以上は男性の方の世代間隔がより長い、と示しています。全体的に、平均的な世代間隔と男女の違いとの間には高い相関があり、それは女性における比較的一貫した世代間隔と、経時的な男性の差異の大きさのためである可能性が高そうです。男女はほぼ同じ年齢で思春期に達しますが、男性の繁殖年齢は女性よりも20年以上長くなる可能性があります。社会文化的要因は、男性の世代間隔で観察されるより大きな分散を生み出す、男性の繁殖年齢のより高い限界と呼応している可能性が高そうです。このより小さな違いは、最近の女性の世代間隔における比較的大きな増加により促進されているようです。最新の期間は、過去25万年間におけるどの時点よりも有意に高くなっています。
人口集団間の世代時間の違いを調べるため、1000人ゲノム計画内で主要な4大陸の人口集団を用いて分析が繰り返されました。多様体は、大陸の人口集団からの標本で多型である限り、その大陸の人口集団の一部として数えられます。各人口集団の固有多様体から、最近の過去における変異過程は各人口集団間で一貫している、と示唆されます。各人口集団の大陸分類は分析の範囲全体で用いられますが、約2000世代を超えると、全ての非アフリカ系人口集団はアフリカに位置していた可能性が高く、非アフリカ系人口集団の間でほとんど違いを示さないことに要注意です。アフリカに暮らしていた全ての祖先人口集団間の合着（合祖）は、10000世代以上前まで起きません。
過去1000世代の人口集団間での平均的なヒト世代間隔で、微妙な変化が見つかります（図3）。ヨーロッパとアジア南部の人口集団における平均的な世代間隔が僅かに増加する一方で、アフリカとアジア東部の人口集団における世代時間はほとんど変わりません。最近の過去における類似の結果は、固有のアレル（対立遺伝子）のみを用いた場合に観察されました。以下は本論文の図3です。
過去4万年間では、アジア東部人（27.1年）よりヨーロッパ人（26.1年）の方で短い性別の平均的な世代間隔が推定され、古代型ホモ属（絶滅ホモ属、非現生人類ホモ属）のDNAとの分岐に由来する最近の推定値を裏づけます。この最新の時間枠を超えて、非アフリカ系人口集団の祖先それぞれにおける平均的な世代間隔は、過去に向かってしだいに短くなります。過去10000世代にわたる優勢なパターンは、アフリカの人口集団（26.9±3.5年）と比較しての、アジア東部（20.1±3.9年）とヨーロッパ（20.6±3.8年）とアジア南部（21.0±3.7年）の人口集団について、有意により短い性別の平均的な世代間隔です。推定された世代時間は、10000世代前以前の期間を含めるよう分析を拡張するまで、人口集団間で収束しません（図3）。
●考察
人口集団間の世代時間の大きな違いから、アフリカ（世代あたり27年）の事象に対してアフリカ外（世代あたり20～21年）の事象の推定にはさまざまな時間規模が必要になる、と示唆されます。これらの結果は、非アフリカ系人口集団におけるわずかに増加した1年あたりの変異率の観察に基づく、非アフリカ系人口集団におけるより短い世代時間の予測と一致します。本論文のモデル適合における誤差推定値は、本論文のモデルの訓練に用いられた系図変異データの出所であるアイスランドからの、遺伝的もしくは地理的距離との誤差増加を示しません。そうした傾向は、変異連続体の違いが人口集団間の遺伝的もしくは環境の違いにより促進されるならば、予測されるかもしれません。2000世代を超えての人口集団間の違いは、アフリカからの拡散前のヒトにおける人口構造を反映しており、その構造は1000人ゲノム計画のアフリカの標本では完全には把握されていないことに要注意です（関連記事）。これは、これらの人口集団の「アフリカ」と「非アフリカ」の単純な分類が、祖先の大陸に存在した世代時間の違いを隠している、と示唆します。
この研究は、新規変異の特徴の理解（関連記事）と、ゲノム規模の系図の推定における進歩に基づいて、古代の人口集団に適用できる世代時間のモデルを作成します。個々の変異の種類の頻度が急速に進化することもあるのは明確な一方で、世代間隔の小さな変化さえ全体的な変異連続体を再形成する可能性があります。本論文の結果は、過去40000～45000年間の平均的な世代時間の以前の推定値と一致しますが、25万年間のヒトの歴史にまたがる性別固有の世代時間の前例のない解像度を提供します。遠い過去（10000世代以上前）の変異連続体の情報は、合着過程（およびその後の古代の多型の欠如）により限定されますが、最新100世代からの世代時間の詳細な推定は、より大きな人口集団標本で可能でしょう。充分大きな標本は、歴史的な出生記録と重複するのに充分な時間で、人口集団の遺伝学的データからの推定をもたらすでしょう。現状では、本論文の結果は現代人の祖先の成体への独特な見方を提示し、人口史のより詳細な全体像を提供します。
参考文献：
Wang RJ. et al.(2023): Human generation times across the past 250,000 years. Science Advances, 9, 1, eabm7047.
https://doi.org/10.1126/sciadv.abm7047
●研究史
最近の過去におけるヒトの世代時間（もしくは「世代間隔」）に関する知識は、多くの分野で重要です。遺伝的データはヒトの歴史への深い洞察を提供しますが、集団遺伝学的手法は通常、世代の観点で歴史を調整します（関連記事1および関連記事2）。これは、新たな大陸への移住（関連記事）もしくは絶滅人類との遺伝子流動（関連記事）を含む、歴史事情の絶対時間の決定について、世代時間をとくに重要とします。これら集団遺伝学的推定を絶対時間へと変換するためには、現在の世代時間が数十万年にわたって存続してきたか、現存狩猟採集民（採食民）社会がヒトの歴史の全範囲にわたって代表的な世代時間を提供する、と一般的に想定されています。しかし、どちらの想定も正しくない可能性が高そうです。男女が子供を儲ける平均時間は、急速に変化するかもしれない多くの環境と人口統計学と文化の要因に依存しますが、現在の狩猟採集民社会は相互におよび過去の社会とはかなり異なっています。世代時間が大型類人猿で進化してきたことは明らかなので（関連記事）、現生人類につながる枝に沿って進化したかもしれません。
歴史的な世代時間（個体が子供を儲ける平均年齢）を推定する以前の遺伝学的手法は、過去の標本からの現代人のDNA配列の分岐に対する組換えもしくは変異の複合効果を利用してきました。これらの推定値はかなりの洞察を提供してきましたが、性別と過去40000～45000年間の両方で平均化されています。経時的なより高い解像度は、過去における特定の時間に発生した変異を、それらの変異を産み出した個体の世代時間を正確に予測するモデルとともに調査することにより可能です。本論文は、親の年齢の予測因子として、新規変異（de novo変異、親の生殖細胞もしくは受精卵や早期の胚で起きた変異）の範囲を用いる手法を開発します。このモデルを年代がゲノム規模の系図情報から推定された多様体と組み合わせることにより、男女の世代時間を過去25万年間の多くの異なる時点で別々に推定できます。
●分析結果
ヒトは加齢につれて、子供に伝わる新規変異の数と種類が変化します。妊娠年齢が分かっている親での大規模な系図研究から得られた変異に関する情報（関連記事）を用いて、親の年齢と単一のヌクレオチド変異の異なる6種類の数との間の関係がモデル化されます。これらの変異数は、ディリクレ多項モデルにおいて、父方と母方両方の年齢で回帰します（図1A）。過去の多く異なる期間から変異連続体を得るため、多様体年代の系図推定（genealogical estimation of variant age、略してGEVA）手法から得られた現在の多型の起源の推定時間が用いられました（図1B）。この手法は、1000人ゲノム計画の4300万の多様体のそれぞれが、過去において変異によりいつ生じたのか、推定します。本論文のモデルを訓練するのに用いられた新規変異に適用された同じ基準で多様体を選別した後で、分析では2530万の多様体が保持されました。以下は本論文の図1です。
本論文の変異連続体モデルを多型データに適用することにより、過去25万年間の男女の世代時間を推定できます（図2A）。この時間枠内で、平均的なヒト世代間隔は26.9±3.4年と分かり、性別の平均世代間隔は、男性では30.7±4.8年、女性では23.2±3.0年です。この結果から、ヒトの世代時間は1000世代以上の減少後に、最近の過去おいて急速な増加を経てきた、と示されます。平均的なヒト世代間隔は、約250世代前（6400年前頃）で最近の最小値である24.9±3.5年で、初期文明【当ブログでは原則として文明という用語を使わないことにしていますが、この記事では「civilization」の訳語として使います】の歴史的な台頭とほぼ一致します。この前には、平均的なヒト世代間隔は1400世代前（38000年前頃）で29.8±4.1年という頂点から減少し、それは最終氷期極大期（Last Glacial Maximum、略してLGM）開始の前でした。これらの推定値は複数の人口集団にわたる複合であることに要注意で、以下ではさまざまな大陸の人口集団から別々の推定値が示されます。以下は本論文の図2です。
本論文のモデルは、全ての分析された期間で女性よりも男性の方で長い世代間隔を推定します（図2B）。これらの結果は、現代の文化研究と一致しており、その99%以上は男性の方の世代間隔がより長い、と示しています。全体的に、平均的な世代間隔と男女の違いとの間には高い相関があり、それは女性における比較的一貫した世代間隔と、経時的な男性の差異の大きさのためである可能性が高そうです。男女はほぼ同じ年齢で思春期に達しますが、男性の繁殖年齢は女性よりも20年以上長くなる可能性があります。社会文化的要因は、男性の世代間隔で観察されるより大きな分散を生み出す、男性の繁殖年齢のより高い限界と呼応している可能性が高そうです。このより小さな違いは、最近の女性の世代間隔における比較的大きな増加により促進されているようです。最新の期間は、過去25万年間におけるどの時点よりも有意に高くなっています。
人口集団間の世代時間の違いを調べるため、1000人ゲノム計画内で主要な4大陸の人口集団を用いて分析が繰り返されました。多様体は、大陸の人口集団からの標本で多型である限り、その大陸の人口集団の一部として数えられます。各人口集団の固有多様体から、最近の過去における変異過程は各人口集団間で一貫している、と示唆されます。各人口集団の大陸分類は分析の範囲全体で用いられますが、約2000世代を超えると、全ての非アフリカ系人口集団はアフリカに位置していた可能性が高く、非アフリカ系人口集団の間でほとんど違いを示さないことに要注意です。アフリカに暮らしていた全ての祖先人口集団間の合着（合祖）は、10000世代以上前まで起きません。
過去1000世代の人口集団間での平均的なヒト世代間隔で、微妙な変化が見つかります（図3）。ヨーロッパとアジア南部の人口集団における平均的な世代間隔が僅かに増加する一方で、アフリカとアジア東部の人口集団における世代時間はほとんど変わりません。最近の過去における類似の結果は、固有のアレル（対立遺伝子）のみを用いた場合に観察されました。以下は本論文の図3です。
過去4万年間では、アジア東部人（27.1年）よりヨーロッパ人（26.1年）の方で短い性別の平均的な世代間隔が推定され、古代型ホモ属（絶滅ホモ属、非現生人類ホモ属）のDNAとの分岐に由来する最近の推定値を裏づけます。この最新の時間枠を超えて、非アフリカ系人口集団の祖先それぞれにおける平均的な世代間隔は、過去に向かってしだいに短くなります。過去10000世代にわたる優勢なパターンは、アフリカの人口集団（26.9±3.5年）と比較しての、アジア東部（20.1±3.9年）とヨーロッパ（20.6±3.8年）とアジア南部（21.0±3.7年）の人口集団について、有意により短い性別の平均的な世代間隔です。推定された世代時間は、10000世代前以前の期間を含めるよう分析を拡張するまで、人口集団間で収束しません（図3）。
●考察
人口集団間の世代時間の大きな違いから、アフリカ（世代あたり27年）の事象に対してアフリカ外（世代あたり20～21年）の事象の推定にはさまざまな時間規模が必要になる、と示唆されます。これらの結果は、非アフリカ系人口集団におけるわずかに増加した1年あたりの変異率の観察に基づく、非アフリカ系人口集団におけるより短い世代時間の予測と一致します。本論文のモデル適合における誤差推定値は、本論文のモデルの訓練に用いられた系図変異データの出所であるアイスランドからの、遺伝的もしくは地理的距離との誤差増加を示しません。そうした傾向は、変異連続体の違いが人口集団間の遺伝的もしくは環境の違いにより促進されるならば、予測されるかもしれません。2000世代を超えての人口集団間の違いは、アフリカからの拡散前のヒトにおける人口構造を反映しており、その構造は1000人ゲノム計画のアフリカの標本では完全には把握されていないことに要注意です（関連記事）。これは、これらの人口集団の「アフリカ」と「非アフリカ」の単純な分類が、祖先の大陸に存在した世代時間の違いを隠している、と示唆します。
この研究は、新規変異の特徴の理解（関連記事）と、ゲノム規模の系図の推定における進歩に基づいて、古代の人口集団に適用できる世代時間のモデルを作成します。個々の変異の種類の頻度が急速に進化することもあるのは明確な一方で、世代間隔の小さな変化さえ全体的な変異連続体を再形成する可能性があります。本論文の結果は、過去40000～45000年間の平均的な世代時間の以前の推定値と一致しますが、25万年間のヒトの歴史にまたがる性別固有の世代時間の前例のない解像度を提供します。遠い過去（10000世代以上前）の変異連続体の情報は、合着過程（およびその後の古代の多型の欠如）により限定されますが、最新100世代からの世代時間の詳細な推定は、より大きな人口集団標本で可能でしょう。充分大きな標本は、歴史的な出生記録と重複するのに充分な時間で、人口集団の遺伝学的データからの推定をもたらすでしょう。現状では、本論文の結果は現代人の祖先の成体への独特な見方を提示し、人口史のより詳細な全体像を提供します。
参考文献：
Wang RJ. et al.(2023): Human generation times across the past 250,000 years. Science Advances, 9, 1, eabm7047.
https://doi.org/10.1126/sciadv.abm7047
この記事へのコメント