青藏高原首次发现10万年前古人类DNA 神秘古人类

       近日,记者从国家文物局召开的“考古中国”重大项目重要进展工作会上获悉,甘南州夏河县白石崖溶洞遗址发现的下颌骨化石研究成果在古人类学界和考古学界引起轰动,获得科技部“2019年中国科学十大进展”、教育部“2019年中国高等学校十大科技进展”、Science杂志评选的“2019年度十大科学突破”、Archaeology杂志评选的“2019年度世界十大考古发现”和Science　News杂志评选的“2019年度世界十大科技新闻”等殊荣。
       2020年12月3日,记者在兰州大学资源环境学院专访了该项目的骨干成员张东菊教授。她说,综合利用多种科技手段,项目团队为该遗址建立了距今约19万年至3万年的可靠年代框架,利用新兴的沉积物DNA分析技术成功获取了距今10万年和距今6万年的丹尼索瓦人线粒体DNA,揭示丹尼索瓦人(丹尼索瓦人,2010年才被确定的一支新的古人类种群,主要生活在上一个冰河时代,因在阿尔泰山丹尼索瓦洞穴最先发现,故命名为丹尼索瓦人,以后发现的与之同一种群人类均称为丹尼索瓦人)在晚更新世广泛分布在欧亚大陆东侧,长期生活在青藏高原上。
       项目的源起—— 一块长约12厘米的人类下颌骨
       20世纪80年代,偶然的机会,夏河县一位僧人捡到了一块奇特的骨头。骨头长约12厘米,颌骨形态粗壮原始,上面还有两颗牙齿,臼齿较大。其形状显示可能是人类下颌骨,但重似石头。僧人看着手中奇特的骨头十分疑惑,就将它交给了六世贡唐仓活佛。贡唐仓活佛又将此骨头交给了当时中科院寒旱所的董光荣研究员,希望研究人员能对其开展深入研究。2010年,现中科院青藏高原研究所所长、中科院院士陈发虎与董光荣研究员,张东菊等人开始启动项目,设计研究计划,着手对化石和化石出土地开展研究工作。2016年,张东菊带领兰大环境考古团队再次考察白石崖溶洞的过程中,首次确认洞穴内保存有史前考古遗存。2018年,兰州大学联合甘肃省文物考古研究所对白石崖溶洞遗址进行了第一次考古发掘。2019年,兰州大学和中科院青藏高原研究所领衔报道了下颌骨化石的研究成果,利用古蛋白分析方法鉴定其为丹尼索瓦人,并确定其形成于距今至少16万年前。这是丹尼索瓦洞以外发现的第一件丹尼索瓦人化石,首次将丹尼索瓦人的空间分布从西伯利亚地区扩展至青藏高原。
       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(丹尼索瓦人和尼安德特人是由最晚同一祖先衍生的两个分支,故称为姐妹群)。这个神秘的“全新”人,其人骨化石发现较少,但遗传特征研究深入,研究显示其对现代大洋洲、东亚、南亚和美洲原住人群有遗传贡献,是国际广泛关注的研究热点。中国研究团队成功获取了丹尼索瓦洞以外的首个丹尼索瓦人线粒体基因序列,揭示丹尼索瓦人在中更新世晚期至晚更新世长期生活在青藏高原,也是支撑丹尼索瓦人在东亚地区广泛分布的一个有力证据。
       艰难的发掘——夜间作业
       自2010年开始,陈发虎院士带领的兰州大学环境考古团队已在白石崖溶洞及其所在甘加盆地深入开展考古调查和研究工作。2016年、2017年,团队与甘肃省文物考古研究所两次联合申请国家文物局发掘执照,最终获批。取得发掘资格后,他们多次与当地政府及寺院、群众沟通协调后开展了考古发掘工作。
       2018年暑假期间,团队骨干张东菊教授带领成员在白石崖溶洞一待就是二十多天,为了不影响旅游观光的游客和朝拜的信徒,他们准备夜间作业,但由于种种原因,未能开展。眼看开学在即,只好与当地相关部门商定,等到冬季游客少的时候再来。12月份,张东菊教授带领的环境考古团队再一次来到冰天雪地的甘加草原,对白石崖溶洞遗址进行考古发掘。虽然是寒冬腊月,但前来朝拜的群众依然络绎不绝,为了不影响群众活动,团队再次确定夜间作业。张东菊说,考古发掘本就是一个体力活、细致活,夜间作业会有多大困难可想而知。加之白石崖溶洞基础设施简陋,断电是常有的事。正常情况下,考古工具、设备都会留在现场,方便下次使用,但由于白石崖溶洞的特殊性,我们每次发掘都得背上所有装备来回奔波,这对我们以女生为主的团队来说更加困难。就在这种艰苦的条件下,我们每天都有新发现,每天都特别兴奋。但当发掘工作进行到二十多天时,又因种种原因而被迫停止。眼看着越来越丰富的考古遗存还没有提取标本,队员们心中万般不舍。张东菊说,在这种情况下,每往下挖10公分,就有可能将年代提前1万年,但他们深知盲目发掘会给考古遗存带来破坏,忍痛停止了发掘。在停止发掘前的最后一天,队员们从晚上七点开始,在T2探方内清理剖面、绘图、拍照、取样,一直工作到清晨。按照计划,在太阳出来前,将最后一袋挖掘出来的土填回原来的坑中,将其恢复原状。她说,这个时候才感觉到非常累,然而拿着采集到的样品,他们的内心是满足的。这一刻,大家都忘记了疲劳,带着微笑踏上了归程。
       张东菊介绍说,2018年团队共发掘2个1米×2米大小的探方,其中T2探方出土有丰富的石制品和动物骨骼,其地层按土质土色、包含物等状况分为10层,每一层位均有石制品和动物骨骼出土,第10层尤为丰富。通过开展综合的地层学、考古学和分子考古学等分析,一条重要线索进入研究人员视野——白石崖溶洞的晚更新世沉积中发现了丹尼索瓦人线粒体DNA。　
       先进的科技——破解古人类密码
       沉积物古DNA分析技术是得到这项新成果的关键技术之一。其可通过分析沉积物获得曾在遗址活动的古人群信息,弥补人类化石可遇不可求的缺憾。这是中国科学家首次利用古DNA分析技术在我国考古遗址沉积物中提取到古人类遗传信息的成功案例。负责开展沉积物古DNA分析的中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员介绍,在多个沉积物样品中,团队尝试一次性捕获了242个哺乳动物和人类的线粒体DNA。其中,沉积物古DNA分析发现的动物种属包括犀牛、鬣狗等,与白石崖溶洞发现的动物骨骼遗存初步鉴定结果一致,验证了沉积物古DNA分析的可靠性。更令人惊喜的是,进一步分析显示,捕获的人类线粒体DNA是丹尼索瓦人的线粒体DNA。
        为确定地层埋藏年代,研究团队系统采集了光释光和碳十四测年样品,与伍伦贡大学李波教授合作,共同开展了光释光单颗粒测年分析,并结合环境考古团队所进行的碳十四测年以及沉积学分析结果,一同构建了地层年代——深度模式。
      “当曾经曝光的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。
       结果显示,白石崖溶洞遗址出土考古遗存的地层埋藏年代已早至距今19万年,将青藏高原史前人类最早活动历史由距今至少16万年进一步推早至距今19万年。同时,张东菊研究团队和付巧妹研究团队对采集的每层土壤沉积物开展古DNA分析,结果发现在T2探方的第2,3,4,7层均有丹尼索瓦人线粒体DNA,将其与地层年代——深度模式结合,进一步拓展了丹尼索瓦人在洞穴中活动的时间——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生存历史。
       青藏高原作为世界上最高最大的高原,主体海拔在4000米以上,面积达250万平方公里,独特的自然地理环境:海拔高,氧气稀薄,紫外线辐射强烈,动植物资源单一,使其对此地区的人类生存繁衍构成重大挑战。研究显示,EPAS1、EGLN1和TMEM247等基因的适应性突变对高原人群环境适应的重要贡献,促使早期高原人群能够在此极端环境下正常生存延续。张东菊告诉记者,西伯利亚丹尼索瓦人的基因组含有EPAS1和TMEM247等突变型基因,表明他们可能已经适应高海拔环境。白石崖溶洞遗址的考古发现表明,他们可能是在更早期向青藏高原扩散的过程中,获得了高海拔环境适应基因。
       陈发虎、张东菊等认为,相较于海拔仅为700米且远在西伯利亚的丹尼索瓦洞,白石崖溶洞更有可能是高海拔环境适应基因的最早出现地。
       新研究于今年10月底发表在《科学》杂志,获得国内外同行认可。北京大学考古文博学院教授王幼平认为,新发现推动了青藏高原史前人类活动历史研究,对中国古人类研究有着重要意义。这种多学科交叉融合可以成为旧石器考古遗址研究新的范式。
       国家文物局副局长宋新潮说,“考古中国”重大项目关注中国境内人类起源、文明起源、中华文明形成、中华文明在世界文明中的重要地位等关键领域。他说,白石崖溶洞遗址,是目前东亚第一个发现丹尼索瓦人化石和丹尼索瓦人DNA的旧石器时代考古遗址,是青藏高原史前考古的重大进展,更是国际上丹尼索瓦人研究的重大突破。
       专家们认为,白石崖溶洞遗址的考古发现不仅填补了丹尼索瓦人研究的诸多空白,也推进了青藏高原史前人类活动的研究进展。这些最新研究成果,为推进丹尼索瓦人的时空分布、遗传特征、文化特征、环境适应等研究提供了重要科学依据,并且对重建青藏高原古人类活动历史和厘清东亚古人类演化历史具有重要意义。
      未来的工作——任重而道远
      12月1日出版的第23期《求是》杂志发表了中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平的重要文章《建设中国特色中国风格中国气派的考古学,更好认识源远流长博大精深的中华文明》。文章指出,要做好我国考古工作和历史研究。第一,继续探索未知、揭示本源。第二,做好考古成果的挖掘、整理、阐释工作。第三,搞好历史文化遗产保护工作。第四,加强考古能力建设和学科建设。张东菊说,这对考古研究工作者来说,既是机遇,也是鞭策,深感肩上责任重大。就后续研究工作,她说,团队将继续开展考古调查、发掘和研究工作,开展多学科、多领域合作,不断深化青藏高原史前人类活动的历史研究。“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的环境,怎样进行取火取暖、打制石器、捕猎果腹,这些目前我们是未知的,都亟待研究考证。我们的研究才刚刚开始,后期工作才是重点,潜力无限。我们也深知,以后的工作中会遇到这样那样的困难,但无论如何,我们都会迎难而上,将此研究持续下去,一步步揭示白石崖溶洞的秘密及丹尼索瓦人的演化历史。
       张东菊在接受采访时说,白石崖溶洞遗址的考古研究,不仅对夏河县、甘南州有着重要意义,它的研究也是中国的、世界的,对人类演化历史有着非常重要的意义。就白石崖溶洞的后续管理工作,她说,首先,希望当地政府加大宣传力度,让群众了解考古发掘的重要意义并支持考古研究。其次,希望政府能够设立一个专门机构对白石崖溶洞进行管理,将其建成一个考古基地,从文物的角度进行管理保护。第三,进一步加大基础设施建设力度和资金投入,支持考古遗址保护和研究,让研究人员将更多的精力投入研究工作中。