引文信息：Timmermann, A., Raia, P., Mondanaro, A. et al. Past climate change effects on human evolution. Nat Rev Earth Environ (2024). https://doi.org/10.1038/s43017-024-00584-4
主要内容：
模拟人类对气候变化的响应：
物种分布模型 (SDM)
SDMs 是一种强大的生物地理统计建模工具，可以连接现有或过去物种的发生与环境变量，并建立时间不变性统计关系。
通过结合古气候和环境数据，以及人类化石和/或考古数据，SDMs 可以帮助测试关于古代人类对气候偏好的假设。
密度模型：
基于密度的模型使用偏微分方程来预测物种密度作为时间和空间的函数。
与物种分布模型不同，这种方法不依赖于大量的化石或考古文物数据，而是依赖于表征人类繁殖率、死亡率和移动性的参数。
基于密度的模型可以描述种群作为准连续体，并通过扩散或对流过程扩散，在存在足够食物资源的情况下增长，或在种群密度超过承载能力时下降。
Fisher-Kolmogorov-Petrovsky-Piskunov (F-KPP) 反应-扩散方程通常用于模拟种群的动力学生态学。
基于主体的模型 (ABMs):
ABMs 使用算法规则来指定与彼此和环境相互作用的离散、可移动的主体（个体或个体群体）的行为。规则通常基于以下方面：
行为规则：定义代理如何根据其当前状态和环境信息做出决策。
交互规则：定义代理之间如何相互作用，包括竞争、合作或信息交换。
环境规则：定义代理与环境之间的相互作用，如资源的获取、环境的改变等。
ABMs 允许人们研究小规模或短期过程以及个体行为、运动和环境相互作用的模式如何导致人类种群在空间和时间上的大规模或长期过程和模式。
ABMs 的主要优势在于它们代表了现实生活中个体过程和行动的离散性和异质性，例如个体之间信息的交换和/或传播。
ABMs 可以模拟基因-文化协同进化，并使用具有大量参数集的复杂模型代理来量化这些属性。
古气候与生态系统变化：
物理气候
轨道尺度：米兰科维奇循环
冰期循环： 即主要冰盖的消长，是古气候变化的一个关键组成部分，主要由称为米兰科维奇循环的天文驱动决定。这些驱动因素影响 20-400 ka 的时间尺度上的气候变率，反映地球轴倾斜（倾角）、地球围绕太阳的轨道形状（偏心率）和地球轴摇摆（岁差）的变化。
米兰科维奇循环通过改变季节性太阳辐射的分布，影响地球上的气候系统，导致温度梯度和大气环流的变化。这些变化可以引起冰川的增减，从而影响古气候。特别是，地球进动导致的热带雨带和季风系统的变化，可能对人类在非洲和亚洲的进化产生了重要影响。
千年尺度：Dansgaard–Oeschger 循环
DO循环是更新世期间的一种复杂气候变化事件，它们在冰盖变化和气候系统中起到了重要作用。这些事件的特点是快速变暖和冷却，它们没有固定的周期性，并且可能由多种机制共同驱动，包括海洋-气候不稳定性、冰盖不稳定性以及淡水输入。
轨道、千年尺度和短期气候变化共同影响了早期人类进化的植被和生态系统。
生物群落变化
模拟全球植被表明，更新世的全球变冷和降水模式的变化导致了主要大型生物群落类型的重大转变（图 3）。MPT 之后，欧洲持续存在的早期更新世温带森林被间冰期发生的温带和北方森林的间歇性事件所取代（图 3c）。欧洲的冰川时期以草原、干旱灌木丛和苔原的广泛覆盖以及森林面积的显着减少为特征。在亚洲和北纬 45° 以南的地区，模型模拟产生了相对稳定的环境，这些环境仅被大约 21 ka 的岁差尺度变率所打断（图 2c,3）。在高纬度地区，MPT 之前的 20-40 ka 时间尺度上，冰川苔原与北方森林交替出现，随后是 80-120 ka 的时间尺度。在非洲中部，MPT 之后，生物群落从雨林转变为更开放的环境（草原和灌木丛）。在北非，植被变率的特点是强烈的岁差周期，这可能在创造北非、黎凡特和阿拉伯半岛之间的绿色走廊方面发挥了重要作用。
气候对人类演化的影响：
生态位扩张：随着气候变化，人类祖先的生态位逐渐扩张，从最初的开放环境（草原、灌木丛）扩展到森林、温带和寒带森林，最终甚至适应了沙漠和苔原等极端环境。这种扩张是人类对气候变化的适应性演化的结果。
环境、选择和适应：
草原假说：认为非洲草原环境的扩展推动了早期人类的双足行走和其他特征的进化。
变率选择假说和脉冲气候变率假说：认为非洲地区湿-干循环的交替变化促进了人类的适应性进化、物种形成和脑容量的增加。
"accumulated plasticity hypothesis"（累积塑性假说）：晚更新世人类适应了植物和动物资源区域多样性更大的环境，这种多样性有助于他们应对气候变化带来的冲击。
迁移和扩散：人类祖先经历了多次从非洲向欧亚大陆的扩散事件，这些事件可能与气候变化有关。例如，直立人进入欧洲可能是因为开放植被的出现和间冰期条件，而智人离开非洲则可能是因为温暖湿润的气候条件。
灭绝：人类的灭绝可能与气候变化、人口特征、同化和疾病负担等因素有关。例如，尼安德特人的灭绝可能与智人进入欧洲后对资源的竞争有关。
文化适应：人类的文化创新，如掌握火、发明衣服和投射武器等，使他们能够抵御气候挑战并扩大资源基础，而不是简单地跟踪栖息地。
未来研究方向：
模拟竞争和文化：将多物种竞争和文化传播纳入模型，可以更好地理解人类进化的复杂过程。
气候变化对人类基因组的影响：将古气候模型与古基因组数据相结合，可以揭示气候变化对人类基因多样性的影响。
改进气候-人类相互作用量化：使用多模型集合技术、贝叶斯方法或参数模拟等方法，可以更好地估计模型的不确定性。
探索人类-环境相互作用的复杂性：将模型框架扩展到人类世，可以更好地理解人类对环境的反馈作用。
相关内容：
引文信息：Caley, T., Extier, T., Collins, J.A. et al. A two-million-year-long hydroclimatic context for hominin evolution in southeastern Africa. Nature 560, 76–79 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0309-6
引文信息：吕厚远.周期性气候变化与人类适应[J].人类学学报,2022,41(04):731-748.DOI:10.16359/j.1000-3193/AAS.2022.0029.
引文信息：Vasiliki Margari et al. ,Extreme glacial cooling likely led to hominin depopulation of Europe in the Early Pleistocene.Science381,693-699(2023).DOI:10.1126/science.adf4445
引文信息：Wangjie Hu et al. ,Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition.Science381,979-984(2023).DOI:10.1126/science.abq7487
