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揭秘丹尼索瓦人DNA 将青藏高原人类活动历史推早至距今19万年

发布时间:2020-11-19 09:22:00来源: 中国青年报


考古学家正在进行沉积物DNA样品采集。图片由兰州大学宣传部提供


白石崖溶洞遗址发现的动物骨骼。图片由兰州大学宣传部提供


白石崖溶洞遗址发现的石片。图片由兰州大学宣传部提供

  近日,国家文物局发布,兰州大学环境考古团队在甘肃夏河白石崖溶洞研究发现,该遗址保存有丰富的中更新世至晚更新世古人类活动遗存,研究人员还成功获取丹尼索瓦洞以外的首个丹尼索瓦人线粒体基因序列,揭示丹尼索瓦人在晚更新世长期生活在青藏高原。

  与此同时,题为“青藏高原白石崖溶洞晚更新世沉积物中发现丹尼索瓦人基因”的成果近期在《科学》杂志在线发表。

  国内外考古界再次聚焦这一古老而神秘的古人类和白石崖溶洞。

  意义非凡的“神秘洞穴”

  2019年,中国科学院院士陈发虎领衔的兰州大学和中科院青藏高原研究所团队报道了夏河丹尼索瓦人(简称“夏河人”)下颌骨化石的研究成果,揭示这块化石为阿尔泰山地区丹尼索瓦洞以外发现的第一件丹尼索瓦人化石,提供了青藏高原最早的人类活动证据。

  该研究将丹尼索瓦人的空间分布首次从西伯利亚地区扩展至青藏高原,将青藏高原人类活动历史从距今4万年推早至距今16万年,成为丹尼索瓦人研究和青藏高原史前人类活动研究的重大突破。

  尽管夏河人的发现极大地推动了青藏高原史前人类活动和丹尼索瓦人的研究,但它所揭露的信息却也非常有限。夏河人是从何时开始生活在世界第三极?他们的生活方式是怎样的?有怎样的生活习惯和文化?这些问题亟待考古攻克。

  关于夏河白石崖溶洞的考察,早在2010年开始,兰州大学资源环境学院教授张东菊和团队就在以夏河县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二十几个山洞,团队试图找到更多旧石器时代考古遗址,同时也希望能够确定夏河人化石在白石崖溶洞的具体出土地点和层位,并获得他们曾经在此生活的证据。”张东菊说。

  2016年,张东菊在白石崖周边发现了一处并未覆盖坚硬钙板的松散土状堆积,在群众踏开的堆积物中,还发现了几块打制石器和一些炭屑,测年结果显示是距今4000年左右。

  研究人员据此确认,白石崖溶洞遗址保存有史前考古遗存,然而不进行考古发掘,就永远不知道里面到底有哪些考古遗存,以及他们有多老。

  小探方里的宏大世界

  两年后,团队提交的白石崖溶洞遗址发掘申请获批,2018年12月,张东菊团队开始对白石崖溶洞遗址进行首次正式考古挖掘。

  挖到1.6米深,出土了大量的石制品和动物骨骼。石制品主要由采自洞前河谷的角页岩和变质石英砂岩砾石打制而成,打制技术以简单石核石片技术为主,还有较多的刮削器等工具。骨骼遗存多较破碎,有人工砍砸和火烧痕迹。

  研究人员初步分析显示,上部文化层以羚羊、狐狸、旱獭等中小型动物为主,下部文化层则以犀牛、野牛、鬣狗等大中型动物为主。此外,对沉积物的多指标分析显示,地层堆积主要为原生堆积,考古遗存未经过明显扰动。

  化石分析研究和遗址调查发掘在同步进行。

  陈发虎团队用多种测年方法为遗址建立年龄框架,全面收集考古遗物,并开展沉积物古DNA研究。同时,邀请中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员团队共同开展沉积物DNA分析,德国、澳大利亚科研团队参与沉积物DNA结果讨论,共同开展沉积物单颗粒光释光测年工作等。

  “沉积物古DNA分析是一种新兴的分子学技术,可以获得曾在遗址活动的古人群信息,打开旧石器考古遗址人群活动研究的新窗口。”张东菊说,动物或人死亡之后,线粒体中的遗传物质——线粒体DNA也会降解,断成一段一段,它能否经过数万年的历史演变保存下来,则与保存环境密切相关,一般来说越干越冷的地方越有可能保存。

  遗址发掘前,张东菊就与付巧妹一起制定了古DNA分析沉积物样品的采样计划,考古人员“全副武装”,身穿防护服把样本提取到无菌袋里,最大程度地减少接触,确保样品采集和运送过程中不会受到现代人类DNA的污染。

  “就像用吸铁石把一堆混杂的金属中的铁块吸出来一样。”付巧妹团队通过实验捕获钓取了样本中242个哺乳动物和人类的线粒体DNA。分析显示,沉积物中的动物古DNA包括犀牛、鬣狗等灭绝动物,与遗址发现的动物骨骼遗存一致,验证了沉积物DNA分析的可靠性。同时成功获得了古人类线粒体DNA,进一步对比分析显示,这就是丹尼索瓦人的DNA。

  另一大难题是测年。洞穴沉积物来源和搬运都较为复杂,因此准确测年更加困难。研究团队在探方T2第1-6层选择了14件动物骨骼,进行了前处理和AMS14C测试,发现第4-6层的骨骼已经超出碳十四测年上限。同时,在第2-10层采集了12个光释光样品,开展单颗粒光释光测年分析。

  “当石英或长石颗粒被埋藏在环境中,它就像一个计时器一样开始积累辐射能量。把它挖出来,用光去激发它的能量,所释放出的信号就会反映它已经在那里沉寂了多久,这就是光释光测年法。”张东菊说。

  结合碳十四和光释光测年结果,团队建立贝叶斯年龄模型,为遗址建立了距今约19万-3万年的可靠年龄框架,将青藏高原史前人类最早活动历史又提早了3万年,也为化石出土于白石崖溶洞、夏河人下颌骨属于丹尼索瓦人等结论提供了更确凿的证据。

  丹尼索瓦人线粒体DNA主要发现于T2探方的第2、3、4、7层,结合地层年代,显示丹尼索瓦人主要出现于距今6万年和10万年,进一步拓展了丹尼索瓦人在白石崖溶洞中生活的时间——从中更新世晚期至晚更新世早中期,揭示了丹尼索瓦人在青藏高原悠久的占据历史。

  揭开东亚人类演化研究的新篇章

  丹尼索瓦人,是新发现的一支古老型人类,与曾广泛分布在欧洲的尼安德特人是姐妹群。关于他的研究曾两度入选《科学》杂志评选的年度“全球十大科学突破”。

  “已知考古学证据支持现代人类起源于非洲大陆,从那里走向世界。丹尼索瓦人的发现以及其对部分现生人群不同的基因贡献,为我们描绘出一幅更为复杂的人类演化和迁移图景。”张东菊说。

  作为世界上最高最大的高原,青藏高原独特的自然地理环境对人类生存繁衍构成重大挑战,在该地区研究古人类演化意义重大。

  2019年,白石崖溶洞研究成果发布后,在考古学界产生了轰动效应,兰州大学环境考古团队在白石崖遗址的科学研究工作乘势而上,后续挖掘获得了更为丰富的考古遗存。

  张东菊介绍,白石崖溶洞作为目前青藏高原已知最早的旧石器时代考古遗址,其丰富的文化遗存为进一步了解青藏高原早期人类活动提供了重要信息,填补了东亚地区直立人和现代人之间古人群具体种属鉴定的空白,对重建青藏高原古人类活动历史,乃至厘清东亚古人类演化历史都具有十分重要的意义。

  “这项研究有非常明确的科学探索目标和多学科合作范式,新的发现不仅改写了青藏高原人类演化历史和中国的史前史,对现代人晚近走出非洲的假说也提供了新的思考视角。”北京大学考古文博学院王幼平教授说。

  “现在的工作只是青藏高原丹尼索瓦人研究的开端。”张东菊说,夏河人生活的时期涵盖了最近最冷的两次冰期,他们如何适应高寒缺氧环境,怎样进行生火保暖、打制石器、捕猎果腹,都亟待研究考证。“考古工作是展示和构建中华民族历史、中华文明瑰宝的重要工作,我们的研究才刚刚开始,潜力无限。”她说。

(责编: 陈濛濛)

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