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这块骨头来自一个神秘人种,证明16万年前古人类已登上青藏高原

原标题:这块骨头来自一个神秘人种,证明16万年前古人类已登上青藏高原

夏河人下颌骨化石复原图。图片来源:《自然》杂志网站

在沉寂了四十多年后,一块由一位藏传佛教喇嘛1980年发现于青藏高原东北部甘肃省夏河县的人类下颌骨化石(下称夏河人),最近终于证明了自己的价值。科学家通过最新的技术手段证明,它属于一个全球新发现的神秘人种。

2008年在俄罗斯阿尔泰边疆区的一处洞穴内,人们发现了一小段指骨,随后又发现了两颗牙齿化石,通过古基因分析,确认他们来自于一个之前未发现的已经灭绝的新古代人类种群。科学家以发现的洞穴名来命名这些消失的人类——丹尼索瓦人。

夏河人被证明属于丹尼索瓦人,这意味着,在丹尼索瓦人发现后的十多年时间里,全球首次在丹尼索瓦洞之外的区域内,发现丹尼索瓦人的骸骨化石。

《自然》(Nature)杂志发表有关“夏河人”的研究报告。

5月2日,国际顶级学术刊物《自然》(Nature)杂志在线发表了这一研究。中国科学院院士陈发虎为文章第一作者。

这一发现,“首次为丹尼索瓦人曾在东亚广泛分布的推测提供了化石证据”,通讯作者、兰州大学资源环境学院副教授张冬菊告诉南都记者,它同时也首次为丹尼索瓦人提供了头面下颌部位的形态样貌数据,并将青藏高原史前人类活动的历史从距今4万年一举提前至距今16万年前。

这可能是一个丹尼索瓦人青少年

一块古老的人类化石摆在张冬菊面前。它早已泛黄,表面也有不少破损,但上面仍镶嵌着两颗硕大、泛白的牙齿。

这是一块人类下颌骨右侧化石,两颗完整的牙齿是主人的第一臼齿和第二臼齿,第三臼齿没有萌发,其他的牙齿只留下一些牙根。“从比例上看,骨骼比较厚,牙齿比较大,相当原始”,张冬菊这样描述。

从牙齿萌发的情况来推断,夏河人应该是一名处于青少年时期的个体,在13-18岁之间,男女性别无法判别。

乍一看,这块下颌骨没有突出的下巴颏,这是现代人明显的骨骼特征。光凭这一点,就可以初步判断,这不是一块现代人的骨头,应该属于古代人种。

为了知道“他”是谁?研究者对夏河人化石做了三种途径的分析——体质形态分析、古基因分析和古蛋白分析。

体质形态分析显示,夏河人为中更新世古老型智人。地球历史上的更新世和考古学上的旧石器时代相当。中更新世定在距今100万至10万年,相当于旧石器时代早期的中、后阶段。

科学家本期盼着能从夏河人化石中提取到古基因。上世纪90年代以来,古基因分析方法日渐成熟,对于欧亚大陆诸多古人类化石的研究,提供了很多新的信息。

张冬菊认为,这种分析方法对于古人类研究是“革命性的”。科学家正是凭借这一方法,发现尼安德特人与现代人之间的基因联系。尼安德特人是一群生存于旧石器时代的史前人类,1856 年,其遗迹首先在德国尼安德河谷被发现。

也是由于对丹尼索瓦洞化石所携带的基因进行测序,科学家确定了这一早已灭绝人种的存在,并解密了他们的全基因组。

遗憾的是,研究者没有能在夏河人的骸骨里提取到古基因,最重要的分析手段用不上了。失之东隅,收之桑榆,好消息是,在夏河人的一颗臼齿里保存了一段古蛋白质。这得益于牙釉质的保护,研究者实际上在下颌骨中也尝试提取古蛋白,但未能成功。

古蛋白分析方法是最新的古人类研究方法,蛋白质中的氨基酸序列同样蕴含一些个体演化的信息,虽然相对古基因分析而言,古蛋白分辨率低一些。

丹尼索瓦洞挖掘现场。

丹尼索瓦人牙齿。图片来源:国家地理

丹尼索瓦人指骨。图片来源:维基百科

令人惊喜的是,在夏河人的古蛋白中,科学家发现了丹尼索瓦人一段特有的变异蛋白质。“这为我们确定夏河人属于丹尼索瓦人提供了最主要的证据”,研究的参与者,兰州大学博士研究生夏芳说。对夏河人化石的古蛋白的分析由兰州大学和德国马普进化人类研究所共同完成。

每件化石的发现“都是可遇不可求的偶然事件”

从夏河人化石的发现到确定其属于丹尼索瓦人,研究跨度长达约40年。

“虽然研究者在做古代人类研究时时刻都准备着要发现化石,但任何一件化石的发现,都是可遇不可求的偶然事件”,张东菊告诉记者,丹尼索瓦人在青藏高原的发现亦如此,这并不在研究计划之内。

在这项研究的背后,发现夏河人下颌骨化石的故事经历也注释了张冬菊的感叹。这并不是一块通过正式立项的考古工程发现的化石。1980年,当全中国都忙着下海经商的时候,在夏河县白石崖溶洞内隐修的一位喇嘛发现了它。这块奇怪的骨头引起了他的注意——它很像人骨,但又不太一样。

随后,喇嘛把化石带出洞穴,赠送给夏河的六世贡唐仓活佛丹贝旺旭。博闻强识的活佛认出这是一块人类化石,他想找人来研究。

六世贡唐仓活佛认识一对夫妻,丈夫是兰州大学化学系教授,妻子则在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所当翻译。这对夫妻看到这块下颌骨,意识到这是一块很重要的古人类化石。

经过这对夫妻的牵线,贡唐仓活佛把这块珍贵的下颌骨化石,转交给了董光荣。当时,长期从事沙区第四纪地质研究的中科院研究员董光荣正在萨拉乌苏遗址做沙漠演化研究。随后,董光荣又联系到了当时在兰州大学地理系任教的陈发虎教授,两人准备共同研究这块化石。但两人各自的研究领域都不是古人类,自己领域的研究任务已然相当繁重,夏河人化石研究只得一拖再拖。

2004年,张冬菊进入了兰州大学攻读博士学位。她加入了陈发虎教授的研究团队,主要研究黄土高原旧石器时代人类的活动。她一直对夏河人化石保有浓厚的兴趣,但因为博士研究课题未完成,她也没有能够拿出大量时间来做研究。

在搁置了将近30年之后,直到2010年,对夏河人化石的系统研究才开始启动。这时,张冬菊也博士毕业留校工作,她将自己未来的研究方向从黄土高原转向了青藏高原。讨论了数十年的夏河人化石研究终于提上了日程。

由于这块化石并非考古发掘出土,在研究正式启动之后的多年里,研究团队首要任务是找到化石被发现的具体位置。“这其实是我们花的时间最多、精力最多的的一个任务”,张冬菊说,当研究化石的时候,单纯的一块化石能够告诉我们的信息是比较有限的,我们需要知道化石的发现地点。

他们几经周折,前后花了将近六年时间,才终于根据当时喇嘛提供的描述等信息,找到了位于夏河县的白石崖溶洞,确定了这里就是夏河人化石的出土地点。

白石崖溶洞位于海拔3280米的青藏高原东北部。根据对洞穴的初步考察,在洞穴入口大约80米的范围内,冬季的每日恒温都在8-9摄氏度。“在青藏高原严酷的寒冷环境下,这个洞穴相对而言还是适合人类生存的”,张冬菊推测,这可能是当时的人类选择在这个地方生活的一个重要的原因。

作为一个全新的人种,丹尼索瓦人遗骨发现于2008年,2012年科学家证明这是一个全新的人类种群。如果中国的科学家能够更早对夏河人开展研究,是不是有这样的可能,丹尼索瓦人会得到另外一个命名?

“这很难说”,张冬菊告诉南都记者,相比基因信息,夏河人提供的古蛋白信息还是比较有限的,如果我们早一些做研究,发现夏河人的蛋白和现代人有什么样的区别,这可能还不足以将其确定为一个新的古代人种。“也有可能我们做的早,比较大胆,可能给他提供一个新的名字,但实际上这很难确定。”

与夏河人不同,俄罗斯丹尼索瓦洞的遗骨保有丰富古基因信息,让新人种的确立顺理成章。

田园洞人下颌骨化石。图片来源:中科院古脊椎动物与古人类研究所官网

田园洞遗址外观。图片来源:中科院古脊椎动物与古人类研究所官网

“古基因技术对于古人类研究发挥了核心作用”,张冬菊说,目前东亚发现的古人类化石上能够提取到古DNA的,其实非常少,已报道的只有北京房山区的田园洞人。

北京房山的田园洞曾出土一具四万年前男性的骨骼化石。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员从其富含细菌和真菌DNA污染的化石样品中,通过和德国马普进化人类研究所等团队一同开发的一种特殊的捕获技术,将混杂在大量微生物DNA中极其微量的古人类DNA筛选出来,并进行了测序。

研究最终证实,田园洞人属于古东亚人,但并非现代东亚人的直接祖先。田园洞人这一支系的东亚人没能繁衍至今。

丹尼索瓦人在亚洲可能曾广泛分布

得益于丹尼索瓦洞保存的古基因,研究表明,尽管丹尼索瓦人已经消失,但其基因却以不同比例保存在现代人的身体里。

在东南亚的巴布亚新几内亚,科学家发现,现代美拉尼西亚人中有4%-6%的基因与丹尼索瓦人相同。这意味着,丹尼索瓦人或许南迁过,并与亚洲东南部的本土人群发生过基因交流。

2010年,加州大学伯克利分校的教授拉斯姆斯· 尼尔森(Rasmus Nielsen)发现藏区原住民体内携带着EPAS1基因的一种变异,从而能够应对相对低氧的环境。这一基因可能继承自已灭绝的丹尼索瓦人。

这项研究还比较了东亚不同区域的人种携带EPAS1基因的异同。尽管藏族人和汉族人仅仅分开生活了不足3000年,他们携带这一基因的情况却大相径庭:研究表明87%的藏族人携带有该基因,而汉族人携带这一基因的比率仅有9%。

“看到这些研究,我们其实有一点心理准备,但真没有想到,夏河人就一定是丹尼索瓦人”,张冬菊说。2017年,古蛋白分析结果出炉,“非常的惊喜和意外”。

通过基因比对,遗传学研究推测,西藏是丹尼索瓦人向南迁徙的通道,但一直缺少考古实物的证据。这是因为,西藏地处青藏高原腹地,史前人类遗迹非但不会随地层而深埋,反而会因地壳的抬升和剥蚀作用而在地表消失。

夏河人人种属性的确立,是否有助于为解开这个迷撕开一道口子?

“夏河丹尼索瓦人是不是迁徙来的,这还很难说”,张冬菊说,在我们的研究成果发表之前,只有西伯利亚的丹尼索瓦洞发现过丹尼索瓦人的一节指骨、一节脚趾以及两颗牙齿。也就是说,我们根据考古的发现,只能确定,丹尼索瓦人在阿尔泰山地区有分布,但其他区域有没有分布并不清楚,大家的推测是丹尼索瓦人曾在东亚区域有广泛的分布。

“夏河人化石的发现,从化石证据的角度说明了,丹尼索瓦人曾在16万年前出现在青藏高原的东北部区域”,张冬菊说,至于夏河人从哪里来,他前面和后面的故事,我们目前还没有办法讲。根据我们的推测,丹尼索瓦人可能是在东亚先出现的,而不是从别的地方迁徙过来的。

对丹尼索瓦人的研究还比较有限,研究者只能尝试讲一个还很不完整的故事。科学界对于东亚古人类的研究,有不少模糊地带。张冬菊的观点是,可能此前东亚地区发现的一些古老型智人化石就属于丹尼索瓦人,只是目前无法比对和证明。

“之前的遗传学研究也能够得到这种推测,如果丹尼索瓦人在东亚有广泛分布,他出现在青藏高原的夏河,也就可以理解了”。

2008年,丹尼索瓦洞出土的是骨骼碎片,当时丹尼索瓦人的体质形态特征基本是缺失的,而这正是夏河化石的优势,夏河化石首次揭露了丹尼索瓦人头面下颌骨部位的形态特征, “使丹尼索瓦人与其他古老人群进行体质形态对比,成为可能。”

在此之前,中国发现的古老型智人化石大多数只有形态学信息,没有基因信息,而丹尼索瓦人缺乏形态特征,这使得彼此之间无法做直接对比研究,“这造成了目前我们对于东亚的古人类演化认识不清楚的现状”,张冬菊认为,夏河人化石可能可以建立两个区域的古人类之间的这种联系。

近年来重要史前人类文化遗存发现位置。制图:宋承翰

青藏高原人类活动记录从4万年提前至16万年前

夏河人的另一大贡献是将青藏高原的史前人类活动记录从距今4万年提前至16万年前。“在夏河丹尼索瓦人生活的时期,当时的人类应该已经适应了高海拔的生存环境。”张冬菊说。“当时是倒数第二次冰期,就是这样一个冰冷的气候环境下,人类在青藏高原上出现了”。

在多年之前,依据青藏高原上已有的旧石器时代遗址发现,科学界认为大约在15000年之前,人类可能已经季节性地登上了青藏高原。当时的人类在青藏高原上依靠狩猎采集生存。

科研团队在藏北羌塘高原进行尼阿底遗址发掘。新华社发

2013年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所高星课题组与西藏自治区文物保护研究所发现了尼阿底遗址。该遗址位于拉萨东北约300公里的那曲县。

尼阿底遗址考古发掘现场一角。新华社发

数以千计的黑色石叶制品埋藏在海拔4600米的西藏尼阿底遗址下,表明这些精美石器的主人可能在4万年前就已登上地球“屋脊”——青藏高原的腹地。这项研究2018年11月刚刚发表。

由此,科学家指出,4万年是目前所知人类踏足青藏高原的最早时间;4600米是迄今为止史前人类在高海拔地区生活的最高记录。

夏河人的发现刷新了人们对青藏高原历史、史前人类适应高海拔极端环境能力的认识。

接受采访时,高星说,尼阿底遗址的石叶制品技术特点、地层序列和测年结果为丹尼索瓦人南迁的遗传学推测“提供了考古学证据”。

他认为,在年代、地理位置和文化相关性上,尼阿底和新疆骆驼石、宁夏水洞沟等恰好“相互衔接”,“共同形成一条丹尼索瓦人群向南迁徙及其与当地族群融合的证据链。”

不过,该遗址中并没有发现人类骸骨。青藏高原的其他考古遗址中也没有发现直接的古代DNA证据。评审专家也指出,“谈论尼阿底遗址与丹尼索瓦人基因交流的关系时,应该更加谨慎。”

张冬菊认为,夏河人和尼阿底遗址有很长的时间差。两项研究之间并没有直接的关联,唯一能说明的是旧石器时代中晚期人类已经登上青藏高原,并且带着他们的石器技术,留下了大量的文化遗存。

“我们寄希望于将来的发现”

对夏河人以及丹尼索瓦人的研究只是刚刚开始。

2018年,兰州大学的研究团队已经获得了国家文物局关于发掘夏河人白石崖溶洞的许可,要对遗址做系统发掘。“从2018年我们做的初步工作来看,遗址遗存信息是非常丰富的,将来我们的任务也会很重。”张冬菊说。

在夏河人化石研究上已经开展合作的团队将继续合作。其他一些团队也可能受邀加入。张冬菊希望,大家能够把研究工作做得更系统、更全面,更准确地揭露白石崖溶洞的遗址信息和丹尼索瓦人的信息。

研究团队已经在洞穴内发现了很多动物骨骼,“目前还没有确定有没有发现人类骨骼”,这要等到对每一件骨骼做了分析之后可能才会有答案。目前这些发掘材料都在整理和分析过程当中,但是无疑该遗址保存有大量的旧石器时代的考古遗存。

至于溶洞内到底哪一层的文化遗存是和夏河丹尼索瓦人同时期的,“这个线索我们不仅已经有了,而且掌握了很好的一些材料和证据。 ”

与此同时,依靠夏河人提供的丹尼索瓦人下颌骨形态特征,虽然难以复原出丹尼索瓦人的完整样貌,但其提供的一部分特征,可能已经能够让中国乃至东亚所有的古人类学研究者和旧石器时代研究者获得新的研究视角。

不过,夏河人化石缺失的DNA信息也为下一步的研究带来一些挑战和困难。科学家将无法比对夏河人DNA和现代在藏区生活的藏族人的基因异同,也无法比较夏河人和大约2000多公里外的丹尼索瓦洞穴内居住的同族之间的基因变化。

张冬菊并不悲观。“目前的结果只能是这样,接下来不管是在整个青藏高原做的考察工作,还是接下来我们对于白石崖溶洞遗址的研究,都可能会对于解决现在这个问题有很大的帮助”,她表示,“我们寄希望于将来的发现。”

采写:南都记者 吴斌 实习生 宋承翰 发自北京返回搜狐,查看更多

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