[兰州大学报]伟大发现 震惊世界:中国的丹尼索瓦人诞生

日期: 2020-01-16 阅读: 来源: 关键词:

本报记者任妍

校报记者团 蒋云鑫 钱巧英

伟大发现 震惊世界:中国的丹尼索瓦人诞生

一块人类化石,

一个佛教神洞,

一场跨越2000多公里的异国“认亲”,

一项拨开16万年前历史之谜的考古研究,

不仅使之前仅发现于阿尔泰山地区的丹尼索瓦人“现身”青藏高原并命名为夏河丹尼索瓦人(简称夏河人),而且将青藏高原上的人类活动历史从距今4万年提前至距今16万年,刷新了人们对青藏高原最早人类活动历史和史前人类高海拔环境适应的认识,更在人类演化史“拼图”中拼上了关键的一块。

伟大发现 震惊世界:中国的丹尼索瓦人诞生

进入2019年12月以来,因相关研究成果先后入选美国《考古学》杂志评选的2019年度世界十大考古发现、《科学新闻》杂志评选的2019年度十大科学新闻、《科学》杂志评选的2019年度十大科学突破,丹尼索瓦人再一次聚焦了世界目光,上一次是在2019年5月我校陈发虎院士带领的兰州大学环境考古团队最新研究成果“青藏高原中更新世晚期丹尼索瓦人的下颌骨化石”在国际顶级学术刊物《自然》杂志发表后,引来了上百家中外媒体的轮番报道。

对人类演化变迁的历史,人类一直很感兴趣。

厘清人类演化变迁历史,是人类的重大课题。

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1.你是谁

据我校资源环境学院副教授、环境考古团队主要成员、论文共同通讯作者张东菊介绍,有关该成果的研究从大约10年前就开始了,而针对化石本身的研究是从2016年开始的。

这是一块长约12厘米、保存有完整的第一臼齿和第二臼齿、其他牙齿仅保留牙根部分、整体呈土黄色的古人类右侧下颌骨化石,“从外表特征上看,我们可以初步判断这是一个年代比较久的人类化石,但到底有多久、属于哪个人种,这些信息都需要我们科学考证”。

2016年,我校环境考古团队和德国马普进化人类学研究所的Jean-Jacques Hublin教授团队合作,在过去十年在甘加盆地多次考察的基础上,拟定了针对化石的详尽的研究计划。

计划第一步就是进行体质形态分析。团队通过CT扫描将化石形态数据电子化,不仅重建了完整的下颌骨,而且得到了化石的准确测量数据。

借助测量数据,团队从颌骨形态、齿弓形态、骨壁厚度、牙齿特征等方面在点状分布图中与世界上已知的古人类化石进行比对,“在点状分布图上,各个人种都会有一个聚集区,我们就看他分布在哪个聚集区,就说明他属于或更接近于哪个人种”。但是,该化石在点状分布图上并没有“认到亲”,“但是可以确定其是中更新世古老型智人的一种”。

而事实上,化石的“亲人”早已于2008年从阿尔泰山地区丹尼索瓦洞出土,于2010年被科学家们确认为新人种并命名为丹尼索瓦人。但是,由于丹尼索瓦洞出土的仅是一截人类小手指骨、体积太小,科学家从中提取到了高质量的基因组信息却没能建立起完整的体质形态信息,使得在点状分布图上未能比对成功,这也成为丹尼索瓦洞丹尼索瓦人研究中缺失且急需补充的一环。

之后,团队对化石采样,样品被分作两份,一份用于提取古DNA,另一份提取古蛋白。

作为考古学领域比较先进的科技手段,古DNA提取分析技术从上个世纪90年代开始发展,到2010年左右已经非常成熟。化石样品由中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员团队进行古DNA分析,但遗憾的是,可能由于年代太久,化石中的古DNA已高度降解,并未提取到,“也在预料之中,因为过去的研究中提取到古DNA的化石基本都是在10万年以内,而我们这个化石在前期的工作中就已经判断出比较古老”。

但与此同时,由哥本哈根大学和马普进化人类学研究所的Frido Welker博士与我校在读博士生夏欢一起开展的古蛋白提取传来了好消息:提取到了深度降解的古蛋白。相比基因而言,由基因编译的蛋白包含的遗传信息较少,但比DNA更稳定、保存时间更长。

古蛋白分析结果显示,这件化石从遗传学上证明与丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人亲缘关系最近,可以确定其为青藏高原的丹尼索瓦人,团队建议命名为夏河丹尼索瓦人,简称夏河人。

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对丹尼索瓦洞的考古研究自上个世纪七八十年代开始一直持续至今。2019年,遗传学家用丹尼索瓦洞丹尼索瓦人的全基因组重建了丹尼索瓦人的长相,然后用夏河人下颌骨的数据信息进行比对和验证,“因为我们这一块化石是目前出土的体积最大的一块丹尼索瓦人骨化石”,比对结果有很大一部分重合,进一步证明了两者的亲缘关系。

   “你是谁?”

   “我是夏河丹尼索瓦人。”

2.你从哪里来

上个世纪90年代,一块“脏兮兮”的骨头从贡唐活佛处辗转到了中科院寒旱所研究员、兰州大学资源环境学院兼职教授董光荣手上,贡唐活佛期望科研人员能对这块“有可能是化石”的骨头进行分析研究,并告知董光荣几条零星信息:

骨头是80年代一名僧人作为“神物”献给自己的,

僧人是在甘肃省甘南州夏河县甘加盆地的白石崖溶洞修行时无意间摸到这块骨头的,

白石崖溶洞是当地的佛教神洞。

这几条零星信息也成为兰州大学环境考古团队最初考证化石出土地和进行年代分析的唯一依据,而后来的研究又用充分的数据和事实印证了这些零星信息的可靠性。

董光荣和陈发虎决定对这块化石合作开展研究,正式的研究工作于2010年启动了。

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由于该化石并非考古发掘所得,出土层位的缺失使得考证化石的出土地、出土层位极其艰难,“我们的工作更多的是2010年到2016年围绕化石出土地开展的前期考古调查,这是最难的部分,花费了大量心血”,而出土地、出土层位又是在确定化石年代、人种等时不可回避的问题。

甘加盆地位于夏河县北距县城约40分钟车程的地方,行政隶属于夏河县甘加乡。这六七年间,团队在以甘加盆地为中心的方圆6000平方公里范围内多次开展考古调查。这一区域分布着包括白石崖溶洞在内的大大小小十几个山洞,团队逐一进行了考察,“白石崖溶洞我进去了就不下20次”,同时寻访了附近大量的民众,企图找到更多的旧石器时代考古遗址,确定夏河人化石在白石崖溶洞的具体出土地点和层位,以及找到与化石共生的文化遗存,“文化遗存就是人类曾经在此生活过的痕迹和证据”。

考察的结果是,团队在除白石崖溶洞之外的其他山洞中并没有发现任何旧石器时代考古文化遗存,排除了化石从白石崖溶洞之外的其他山洞出土的可能性,进一步确证了此前获得的化石发现地信息的可靠性。“其实我们并不愿意用排除法,我们期望能发现更多的旧石器时代考古遗址”。在此过程中,团队还在甘加盆地意外“收获”了两个旷野遗址,初步测年结果显示,其“年龄”分别为近两万年和约七八千年,“这也与我们判断的化石的古老程度不符”。

白石崖溶洞位于甘加盆地北侧的白石崖山脚处,洞前往下约20米处有小河流过,洞口高约5米、宽约8米,进洞约60米以内为相对平坦的斜坡通道,常年温度8度左右,恒温恒湿,洞内越往里越险峻,总长度不详。作为当地的佛教神洞,每年都会有大量的民众前往朝拜、修行、参观,甚至患有疑难杂症者还在洞中过夜,“他们认为可以治病”,在洞中发现化石则会被看做无上幸运。目前,白石崖溶洞由距其不远的白石崖寺进行管理和维护。

一方面,前期大量的考古调查排除了化石出土于甘加盆地其他地方的可能性,另一方面,白石崖溶洞在当地民众中神圣的地位和其适宜人类居住的自然特征增加了化石出土于该洞的可能性,团队重点聚焦在了白石崖溶洞。

迎来转机是在2016年、团队再一次进洞考察时,张东菊无意间发现了一些松散堆积物,“有松散堆积物就说明这个地方很可能有文化遗存”。在朝拜群众踏开的堆积物中,张东菊发现了几块石头,拿到洞外光亮处仔细辨别是打制石器,“它和自然破裂的石头明显不一样,而打制石器的使用是在旧石器时代”。

这成为科学证明白石崖溶洞中有史前人类生存痕迹的直接证据,也进一步印证了化石出土于白石崖溶洞。

   “你从哪里来?”

   “我从海拔3200米的甘肃省夏河县白石崖溶洞来。”

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3.你多少岁了

在考古研究中,确定一块化石的出土地和出土地层,直接指向就是为其定年代和定人种,而年代和人种是接下来开展研究的首要和必要条件。

发现打制石器后,张东菊2017年向国家文物局递交了发掘申请,以期通过发掘获得该洞穴遗址的古人类活动信息,但未获批。

2018年她再次递交申请,得以批准。

2018年夏天,团队前往发掘,尽管有官方的批准文件、得到了各级政府部门的许可,但白石崖寺的“决策机构”寺管会并不敢让团队进洞,“他们怕没法给当地民众交代”。协调等候了20多天,最终也未能发掘成,无奈返回。

当年12月上旬,团队再次前往,几经协商,寺管会同意进洞发掘,但只能在晚上,以避开僧人和民众,团队欣然答应。

六七个人每晚七点多进洞、凌晨三四点收工,洞外零下十五度,洞里却干得热火朝天。第一个探方发掘至约1米深处时遇到钙板,发掘无法继续,放弃第一个探方的发掘,另觅一处开始发掘。

发掘了一个多星期之后,白石崖寺的僧众们渐渐发现了溶洞里有人晚进早出的秘密,大家在群里吵翻了天,寺管会无奈向团队发出“最后通牒”:马上结束,立即回填!而此时,第二个探方已发掘了1米多深,保存状态非常好的石制品和动物骨骼开始大量涌现,“非常理想的一个探方,我们都很高兴”。

团队竭力争取到了最后一晚的时间,完成了清理剖面、取样、画图、测量等工作,匆匆结束了此次考古发掘,庆幸的是发掘到了大量的石制品和动物骨骼,“后期如果测得这些石制品和动物骨骼也形成于16万年之前,那就进一步印证了之前夏河人化石的铀系测年结果”。

16万年的测年结果于2017年就“出土”了。

一般来说,测定化石年代最常规也最好的方法是碳十四测年,但其测年极限为5万年左右。前文已反复提及,该化石从外表判断就比较古老,“它没有下巴颏,下巴颏是现代智人的标志性特征之一”,加之碳十四测年需要采样,“是对化石不必要的破坏和浪费”,团队排除了该方法。

紧接着,通过确定出土地层确定形成年代的方法、以化石骨骼为材料的铀系测年法、以及ESR测年法等均因不可操作或对化石损伤太大也被一一排除,化石定年工作一度毫无进展。

这时,附着在化石表面的“脏脏的”碳酸盐沉积物引起了团队的注意,“碳酸盐沉积物就和洞里的石笋一样,我们之前知道它是碳酸盐沉积物,但有很多泥土掺在其中,觉得不能用,后来没办法了我们想要不试试吧”。

团队将从化石表面采集的沉积物交给有着多年合作关系的台湾大学沈川洲教授,沈川洲开展了铀系测年,测出沉积物形成于16万年前,“用碳酸盐沉积物测年准确性非常高,它的形成一般和化石同期或者晚一些,所以可以说沉积物的年龄代表了化石最小的年龄”。

团队为此测年结果异常欣喜。

但为了进一步验证该结论、使其更具有准确性和说服力,团队又对化石表面的沉积物增加采集了两个样品,两个新样品测定的结果依然为16万年左右。

化石属于16万年前的古人类!

这更新了几个月之前《科学》杂志在线发表的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所高星、张晓凌等人的研究结论:人类首次登上青藏高原是4万年前。

   “你多少岁了?”

   “我16万岁了。”

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4.你有什么贡献

青藏高原作为世界上海拔最高的高原和世界第三极,其严酷的自然环境和稀薄的氧气对人类的生理和生计构成了双重挑战,即使对现代人而言也是最难生存的极端环境之一,对该问题的研究长期以来是科学界的热门话题。

2010年,《科学》杂志发表了关于青藏高原世居藏族人群高原适应的关键基因EPAS1。该成果的并列第一作者、深圳华大基因研究院金鑫教授向科学网记者介绍,高原环境对人体关键的影响因素是低压性低氧,大气压力随海拔增高而降低,氧分压也随之下降。当生活在低海拔地区的人来到高原环境时,由于氧分压的降低,会使人缺氧,因而引起“高原反应”。EPAS1基因是低氧诱导调节通路中的重要基因,在人体面对低氧环境的调节通路中起到核心作用。藏族人群特有的EPAS1基因阻止了血红蛋白浓度的过度升高,降低了各种高原性疾病发生的可能性。“我们找到了EPAS1基因,却不知道它来自于哪里。” 金鑫对科学网记者说。

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2014年,《自然》杂志发表了藏族人的EPAS1基因可能来源于古老型智人丹尼索瓦人的研究成果,此项研究由华大基因等多家国内外科研单位完成,他们在丹尼索瓦人完备的基因组中也找到了EPAS1基因。但令人疑惑的是:

丹尼索瓦洞海拔仅有700米,在海拔700米的地方生活并不需要适应高原缺氧环境的EPAS1基因,丹尼索瓦洞丹尼索瓦人怎么会有EPAS1基因?它又是如何传给主要生活在海拔3000-5000米的青藏高原上的现代藏族及夏尔巴人身上的?

这一问题成为EPAS1基因来源研究中的最后一环,也成为史前人类向青藏高原扩散过程研究、丹尼索瓦人迁徙研究及厘清东亚直立人、古老型智人和现代智人演化及相互关系的关键节点。

我校环境考古团队的研究成果正好为这一问题提供了可能性答案:青藏高原世居的现代藏族和夏尔巴人的EPAS1基因来自于夏河人。

论文发表后召开的夏河人研究成果推介会暨专家咨询研讨会上,金鑫教授受邀参加,他激动地指出:“这好比一张拼图,你们找到了拼图中的最后一块”。

   “你有什么贡献?”

   “我解决了青藏高原世居藏族人群高原适应的关键基因EPAS1的来源问题。”

5.你有什么期望

然而,这一结论仅是在前期科学研究的基础上逻辑推理的结论,还未得到考古学的验证,“这也是我们接下来要做的工作之一,就是用考古学研究来证实EPAS1基因的来源问题”,张东菊介绍道。

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除此之外,丹尼索瓦洞丹尼索瓦人和夏河人的交流、迁移、扩散问题,夏河人的DNA信息、遗传特征、体质形态特征及文化特征,夏河人在青藏高原上的分布范围、与东亚其他古人类以及现代人的关系,等等,都是团队计划下一步开展的工作。

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近日来,张东菊和10名学生组成的发掘团队再一次在白石崖溶洞开展发掘工作,相比去年的“偷偷摸摸”,今年的发掘工作进行的光明正大。这得益于各级文物部门、省州县乡各级政府部门和兰州大学的大力支持,白石崖寺积极配合此次发掘,藏族群众和寺院僧众也非常理解并支持发掘和研究工作,在感激和感慨的同时,在发掘团队每一位成员心里,更重的责任感油然而生,“已经发现了丰富的文化遗存,希望在后续的研究中能逐步解决以上诸多关于丹尼索瓦人的问题,使白石崖溶洞成为丹尼索瓦人研究的另一个中心,也将青藏高原史前人类活动研究推向一个新的台阶,但这不是一代人的事”。

   “你有什么期望?”

   “我期望在漫长的人类文明史上不仅是标志性的,更是跨时代的。”

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编辑:陈柄霖
责任编辑:许文艳

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