疟原虫导致的疟疾给人类基因组演化带来了极大的选择压力。但是疟原虫是怎么起源和全球传播的？对此，学术界还有很多争议。本研究从全球16个国家搜集了古代（5500年前）疟原虫的线粒体基因组数据和核基因组数据。以此进行了群体遗传和演化学分析。。。
研究分离出来了三种疟原虫：恶性疟（P. falciparum）, 间日疟（P. vivax）和三日疟（P. malariae）；但主要关注了前两种。
背景
虽然疟疾在中国已经被消除，但是在世界范围看，疟疾仍然严重威胁了人们的健康。仅在2020年，全球就有2.4亿疟疾病例，导致了60余万人死亡。
这么严重的死亡，对人类的造成了极大的选择压力(类似于鼠疫)。比如人类中镰刀型细胞贫血症、G6PD缺乏、地中海贫血等疾病都受到了疟疾流行的影响。
关于疟疾的起源，之前有研究认为，恶性疟来源于撒哈拉以南非洲的大猩猩中，距今约有1-45万年。2009年的一篇PNAS上的研究认为，人类中的恶性疟是在2百万-3百万年前，从大猩猩中的P. reichenowi演化而来的。P. reichenowi首先发生了宿主转移，从大猩猩中到人类祖先中；随后人类中一个基因（CMAH）的突变导致了红细胞表面糖蛋白受体结构的改变，P. reichenowi不能有效结合该突变受体，不能入侵人类红细胞。但是，P. reichenowi的相应结合位点也随后发生突变，再次能够识别人类红细胞表面糖蛋白，在自然选择的压力下，进而演化成了P. falciparum（恶性疟）。
【恶性疟可能来源于非洲大猩猩中，并在人类中进行了演化】
间日疟是非洲以外分布最广泛的疟疾。间日疟起源可能早于恶性疟，对线粒体基因组和核基因组的分析显示，间日疟可能起源于东南亚地区的一些灵长类动物。不过2024年发表在Trends in Parasitology上的一篇综述对此提出了质疑，并认为间日疟可能同样起源于非洲，只不过当今非洲的间日疟可能是从东南亚等地区再次引入的。此外，Duffy阴性等位基因在非洲人群中几乎固定了下来。这些结果说明，间日疟也很可能是起源于非洲的。
也就是说，哺乳动物疟原虫（Plasmodium）的整个进化分支都是起源于非洲的。
Duffy基因：Duffy阴性纯和子能够抵抗间日疟对红细胞的入侵。群体中Duffy阴性比例越高，患间日疟的比例越低。(但存在争议)
印度也是疟疾流行的区，2014年一篇基于印度恶性疟线粒体基因组的研究显示，印度的恶性疟和非洲类似，也有很高的遗传多态性和较高的有效群体数量，并且和非洲恶性疟的演化关系更近（甚至高于东南亚等亚其他亚洲地区）。
恶性疟和间日疟在地理分布上有所差异。恶性疟毒力和致死率较高，人类约有85%的疟疾病例是由恶性疟引起的。因而一般认为，非洲原始狩猎部落时期，因人口密度比较低，恶性疟难以大规模持续流行；到了农业时代，人口密度增加、流动性增强才导致了恶性疟的大范围传播。相对而言，间日疟适应性更强一些，特别是其对气候的适应性，能够形成休眠体，所以间日疟能够适应较冷的气候，其分布在温带地区，恶性疟只能在热带和亚热带地区流行。
【当今恶性疟和间日疟的全球分布。DOI:https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)60447-3】
因为疟原虫是专性胞内寄生，所以其分布反应了人类的活动。但是从考古病理学来推测疟疾病例有一定的难度。史书中有一些类似疟疾病例的记载，公元前1千年有关于间歇性发烧的记载；公元前四世纪，希波克拉底首次记载了地中海地区的疟疾病例。
疟原虫在美洲新大陆的传播更是一个有意思的话题。恶性疟可能通过早期的欧洲殖民者或者后来的黑奴贸易传到了美洲。间日疟达到美洲的时间更早，有学者认为间日疟是伴随着最早人类达到美洲的。也有人认为间日疟是通过大洋洲扩散到美洲大陆的。但是无可否认的是，欧洲人对美洲的殖民，导致了包括恶性疟、间日疟等其他传染病在美洲的大流行。美洲土著居民中，至今尚没能出现抵抗疟疾相关基因型。
欧亚大陆早期的疟疾
公元前四百年希腊文献中就记载了恶性疟，南亚也有资料记载了公元前一千年前的疟疾。本研究通过古DNA研究，发现了喜马拉雅山麓地区的公元前800年存在的恶性疟病例；以及欧洲中部公元前300年（铁器时代）的恶性疟。这些地区均位于古代文明交流要塞，人员的流动可能导致了恶性疟的传播扩散。
相对于恶性疟，间日疟的样本更早一些。本研究发现了3例公元前3-4世纪的间日疟，包括：德国、西班牙和俄罗斯境内。从地理分布上看，这些病例离得非常远，超过5000Km，说明间日疟早在数千年前就已经遍布了大分布欧洲地区，比现有文献史料记载的要更早。
【研究中使用到的历史疟疾样本，包括地理分布和时间分布】
间日疟
对间日疟核基因组进行PCA分析，显示出三个聚类：1）非洲、西亚和拉丁美洲；2）东亚和东南亚；3）大亚洲。
样本中有6例古DNA样本有足够的核基因组测序深度，可以进行群体遗传学分析：
比利时：STR105 和 STR185 （中世纪墓地）
奥地利：GAT004 （中世纪）
西班牙：Ebro1944
秘鲁：LDC020（1437–1617年）
乌兹别克斯坦：TGA007 (晚中世纪)
【对间日疟群体聚类分析，欧洲的古样本在遗传距离上和当今南美洲样本很近】
从PCA聚类上可看到，这些古样本和当今样本基本是能够聚类在一起的。这反应了间日疟在某些地区长期存在、难以根除消灭的问题。
恶性疟
对恶性疟核基因组的PCA分析同样显示出三个聚类：1）非洲和南美洲；2）南亚和东南亚；3）大洋洲。
【恶性疟的剧烈分析】
恶性疟的遗传多样性要比间日疟低，之前很多研究也显示恶性疟的遗传多样性很低。本研究样本中有3个古DNA样本有足够测序深度，可以进行群体遗传分析：
喜马拉雅山麓：CHO001 （公元前一世纪）
中国台湾和平岛：HPD007 （17世纪）
西班牙：Ebro1944
不过PCA分析显示，这三个古样本落在了当今样本群体之间。本研究还特意增加了一些来自印度的当今样本。而西班牙的古样本（Ebro1944）和这些印度样本具有较近的遗传距离。这说明印度的恶性疟和欧洲的恶性疟具有一定的关联性。
美洲样本
本研究包含了一个南美洲古样本，
秘鲁：LDC020 （公元1437-1617年）
遗传学分析显示，该样本是原始土著居民，遗传上没有和欧洲殖民者混合。对该样本中间日疟的核基因组和线粒体基因组分析，显示间日疟和当今美洲间日疟演化关系最近。说明该个体感染的间日疟是美洲祖系的演化分支，也说明了间日疟在美洲地区长期流行存在。
此外，聚类分析显示古代欧洲间日疟与当今拉丁美洲间日疟具有较近的遗传距离。这也说明，美洲当今流行的间日疟可能通过新大陆的发现从欧洲扩散过去的。此外，美洲间日疟和非洲演化关系较远，说明非洲的间日疟不太可能是通过黑奴贸易进入美洲的，原因可能是非洲地区有较高的Duffy阴性，进而使得间日疟在该地区频率较低。
所以，美洲的间日疟可能是通过新大陆的发现由欧洲殖民者带入美洲的。（当然， 也不能排除由欧洲引入的间日疟取代了美洲大陆原有的间日疟）。
对于恶性疟而言，南美洲支系与非洲支系存在较近的遗传距离，说明当今南美洲的恶性疟很可能是通过跨大西洋的黑奴贸易从非洲传播到美洲的。
总而言之，大航海时代欧洲殖民者将间日疟从欧洲带到了美洲；黑奴贸易，恶性疟被从非洲带到了美洲。
人类迁徙和疟疾传播
本研究通过古代疟疾病例样本，分析了疟原虫DNA序列，和当代疟原虫序列的比对，显示人类的迁徙和活动对疟疾的传播有重要影响。
特别是位于喜马拉雅山麓的恶性疟病例，其具有对高海拔适应的基因，和当今西藏人群具有较高的相似性。同时该地区位于交通要塞上，连接着南亚等低海拔地区。该样本中发现的恶性疟可能意味着恶性疟从南亚、尼泊尔等地区向喜马拉雅山脉等高海拔地区的传播。
同样地，位于安第斯山脚下的间日疟古样本，也提示人类活动对疟疾传播的作用。考古资料提示该地区是各个部落文化交互连接之处。同时，西班牙殖民者给南美洲带入了大量的病原体，造成了很多本地土著人的死亡（一些部落死亡率超过90%）。
而位于比利时的10个疟疾样本，可能是由于古代战争动员和人口移动造成的。该采样点是一个哈布斯堡军队的墓地，包含了从12世纪到18世纪的四千多具遗骸，分布在三个埋葬层中。最早的一层（最底部的；1200-1400年）包含有相近的男女性别比例，和当今西北欧人遗传关系较近，该层中含有两个间日疟病例，提示间日疟在这个时期已经适应了欧洲寒冷的环境。在中间层的遗骸中（1400-1600年），有多种疟原虫同时存在，同时这些遗骸的祖先也更具多样性，很多来自南欧和地中海地区。
【对欧洲古代人群中做的聚类分析，不同的形状表示了感染疟疾的分体。比利时墓地的中晚期墓葬层中的样本多来源于意大利等南欧地区】
一般而言，恶性疟很难在阿尔卑斯山以北等温度较低的地区流行，但是在比利时发现的这些中晚期埋葬层中，不仅有恶性疟等疟疾，还有更为靠近地中海等南欧的遗传关系。这似乎是和史实是相对应的，弗兰德（Flanders）军队曾在16/17世纪的地中海地区招募军人，和北欧的一些国家打仗。而且北欧这些国家有存在很多可以传播恶性疟的按蚊。所以，在战争背景下的人类活动对疟疾在欧洲的传播起到了巨大的作用。
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不禁想起了一本书《枪炮、病菌与钢铁》
资料来源：
Michel, M., Skourtanioti, E., Pierini, F., Guevara, E. K., Mötsch, A., Kocher, A., ... & Krause, J. (2024). Ancient Plasmodium genomes shed light on the history of human malaria. Nature, 1-9. Rich, S. M., Leendertz, F. H., Xu, G., LeBreton, M., Djoko, C. F., Aminake, M. N., ... & Wolfe, N. D. (2009). The origin of malignant malaria. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(35), 14902-14907. Sharp, P. M., Plenderleith, L. J., Culleton, R. L., & Hahn, B. H. (2024). Origin of the human malaria parasite Plasmodium vivax. Trends in Parasitology. Andrades Valtueña, A., Neumann, G. U., Spyrou, M. A., Musralina, L., Aron, F., Beisenov, A., ... & Herbig, A. (2022). Stone Age Yersinia pestis genomes shed light on the early evolution, diversity, and ecology of plague. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(17), e2116722119.
