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出品:科普中國(guó)
作者:牛長(zhǎng)泰(中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士)
監(jiān)制:中國(guó)科普博覽
編者按:為解碼生命科學(xué)最新奧秘,科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章,從獨(dú)特的視角,解讀生命現(xiàn)象,揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界,探索無限可能。
2014年,一項(xiàng)發(fā)表于《Nature》的研究發(fā)現(xiàn),幫助藏族人適應(yīng)高原環(huán)境的EPAS1基因突變很可能繼承自丹尼索瓦人。由于漢族人中少部分個(gè)體也擁有類似的突變,這意味著很可能是包括藏族人和漢族人在內(nèi)的東亞人群的祖先,曾與丹尼索瓦人發(fā)生基因交流,從丹尼索瓦人那里獲得了EPAS1基因突變,而藏族人的祖先到達(dá)青藏高原之后,在低氧氣濃度的自然選擇之下,丹尼索瓦人類型的EPAS1基因突變?cè)诓刈迦酥锌焖贁U(kuò)散并成功幫助他們適應(yīng)高原環(huán)境。
但是,東亞人與丹尼索瓦人的基因交流,是發(fā)生在何時(shí),又是發(fā)生在何處呢?丹尼索瓦人真的具有生活于青藏高原的能力嗎?
中國(guó)的古人類學(xué)家和考古學(xué)家,在青藏高原的白石崖溶洞,找到了答案。
神奇的白石崖—丹尼索瓦人在青藏高原上的故居
位于甘肅省甘南藏族自治州夏河縣以北約的白石崖溶洞,是藏傳佛教寺院白石崖寺的進(jìn)修洞,吸引著眾多信徒和僧人來此朝拜和修行。同時(shí),此處風(fēng)景優(yōu)美,不少游客也慕名前來。
白石崖溶洞洞口
(圖片來源:參考文獻(xiàn)9)
1980年,一名夏河當(dāng)?shù)氐睦镌诎资氯芏葱扌衅陂g,發(fā)現(xiàn)了一塊人類的下頜骨化石,這塊化石經(jīng)由多人之手,最終來到了陳發(fā)虎院士的手里。
夏河1號(hào)化石,包括一塊下頜骨的右側(cè)和上面的兩塊臼齒。
(圖片提供:張東菊教授)
拿到這塊化石,擺在陳發(fā)虎團(tuán)隊(duì)面前的,有三個(gè)問題,一是這塊化石的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn),二是這塊化石的年齡,三是這塊化石所屬的古人類是什么物種。
自2010年開始,陳發(fā)虎帶領(lǐng)著蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)在整個(gè)夏河地區(qū)調(diào)查,試圖找到這塊化石的產(chǎn)地,經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)6年的調(diào)查工作,最終在2016年調(diào)查時(shí)在白石崖溶洞發(fā)現(xiàn)了石器和動(dòng)物骨骼化石,確定了該溶洞曾有史前人類居住,同時(shí)對(duì)比周圍的十幾個(gè)洞穴,也確定白石崖是最適合古人類生活的地點(diǎn)。但由于該洞穴的特殊性質(zhì),直到2018年12月,蘭州大學(xué)團(tuán)隊(duì)才能開始在洞穴內(nèi)開展發(fā)掘工作。
但即使工作如此緊迫,在第二年,也就是2019年5月2日,陳發(fā)虎院士和張東菊教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在《Nature》上發(fā)表了關(guān)于這塊白石崖溶洞人類化石的年代學(xué)和古蛋白組學(xué)文章。
該研究對(duì)這塊下頜骨上包裹著的碳酸鹽結(jié)核進(jìn)行了鈾系測(cè)年分析,發(fā)現(xiàn)這塊化石形成于距今16萬(wàn)年前,而在此之前青藏高原發(fā)現(xiàn)的最早的人類活動(dòng)記錄也只有4萬(wàn)年,這塊化石的發(fā)現(xiàn)將該記錄提前了12萬(wàn)年。而對(duì)該化石的古蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn),其氨基酸序列與阿爾泰山地區(qū)丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人最為接近,這說明這塊化石代表的古人類—夏河人,很可能也屬于丹尼索瓦人。這也證明了,在現(xiàn)代人到達(dá)之前的十幾萬(wàn)年,丹尼索瓦人已經(jīng)到達(dá)了青藏高原,并能夠適應(yīng)這里氧氣稀薄的環(huán)境。
但由于夏河人僅依靠蛋白質(zhì)組中的一個(gè)氨基酸突變與丹尼索瓦人聯(lián)系在一起,而缺少古DNA證據(jù),同時(shí)夏河人化石的產(chǎn)出層位也一直不明,仍有學(xué)者對(duì)夏河人是否是丹尼索瓦人以及白石崖溶洞是否有丹尼索瓦人活動(dòng)存在質(zhì)疑。
而2020年10月30日,另一項(xiàng)發(fā)表在《Science》雜志上的研究,徹底打消了這些質(zhì)疑。
張東菊帶領(lǐng)的蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹研究員合作,對(duì)白石崖溶洞內(nèi)的沉積物進(jìn)行了分層與測(cè)年,建立了白石崖溶洞沉積的年齡框架,并對(duì)這些沉積物中的古DNA進(jìn)行提取,發(fā)現(xiàn)了多種哺乳動(dòng)物和古人類的線粒體DNA。其中古人類DNA產(chǎn)自距今約10萬(wàn)年、6萬(wàn)年和可能4.5萬(wàn)年前的沉積物中,而通過與過去發(fā)現(xiàn)的古人類DNA進(jìn)行對(duì)比,這些古人類DNA與阿爾泰山脈丹尼索瓦洞穴8-5萬(wàn)年前的晚期丹尼索瓦人的線粒體DNA最為相似。這些發(fā)現(xiàn)不僅證明了丹尼索瓦人確實(shí)曾在白石崖溶洞生活過,而且其生活時(shí)間可能從16萬(wàn)年前一直持續(xù)到約4.5萬(wàn)年前。
到此為止,我們已經(jīng)知道了丹尼索瓦人確實(shí)曾以白石崖溶洞為駐地,在青藏高原的東北緣生存了十幾萬(wàn)年,那么他們是憑借什么資源生存如此之久的呢?
丹尼索瓦人在青藏高原上的生活
其實(shí)早在2018年和2019年的發(fā)掘工作中,研究人員就已經(jīng)仔白石崖厚達(dá)3米的文化沉積層中發(fā)現(xiàn)了上千塊的動(dòng)物骨骼化石和上萬(wàn)件石器,而沉積學(xué)特征也表明,洞穴內(nèi)的沉積物并未受到過擾動(dòng),是原地堆積的,這意味著這些動(dòng)物骨骼很可能是丹尼索瓦人留下的。
初步的動(dòng)物考古學(xué)發(fā)現(xiàn),這些動(dòng)物包括羚羊、狐貍、旱獺等中小型動(dòng)物和犀牛、野牛、鬣狗等大中型動(dòng)物,它們的骨骼十分破碎,上面能發(fā)現(xiàn)人工砍砸和火燒的痕跡,證明丹尼索瓦人曾對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行過利用。
2024年7月3日,蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院張東菊教授和中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎院士共同領(lǐng)銜,帶領(lǐng)蘭州大學(xué)舊石器環(huán)境考古團(tuán)隊(duì),并聯(lián)合多家國(guó)外研究單位,共同在《Nature》上發(fā)表了關(guān)于白石崖溶洞中更詳細(xì)的動(dòng)物考古和古蛋白質(zhì)組研究成果,同時(shí)發(fā)現(xiàn)了新的丹尼索瓦人化石。研究對(duì)2567塊動(dòng)物骨骼化石進(jìn)行了動(dòng)物考古研究,包括識(shí)別這些動(dòng)物化石所屬的生物物種以及上面留下的人類利用痕跡。其中,2005塊動(dòng)物骨骼進(jìn)行了分類鑒定,1857塊骨骼進(jìn)行了古蛋白質(zhì)組分析,從這些骨骼碎片中識(shí)別了20余種脊椎動(dòng)物,包括巖羊、盤羊、野牦牛、馬鹿、藏原羚、麝、野馬、披毛犀等大中型食草動(dòng)物,最后斑鬣狗、豹、鼬、石貂、狼、藏狐等食肉動(dòng)物,雉雞、金雕、鶉等鳥類動(dòng)物,還有高原兔、鼠兔、溝牙鼯鼠、旱獺、田鼠、豪豬、甘肅鼢鼠等小型哺乳動(dòng)物。除了已經(jīng)滅絕的披毛犀和最后斑鬣狗外,其中大部分動(dòng)物在今天仍然生活在青藏高原。
這些動(dòng)物也反映了丹尼索瓦人在青藏高原上的生活環(huán)境,其中藏原羚、野牦牛和野馬在動(dòng)物骨骼中占比很高,顯示白石崖溶洞所在的甘加盆地主要為草原環(huán)境,同時(shí)馬鹿、麝、溝牙鼯鼠、豪豬的出現(xiàn)則表明小規(guī)模森林灌木環(huán)境的存在,動(dòng)物骨骼組合反映的環(huán)境與今天白石崖溶洞所在的甘加盆地的環(huán)境沒有太大區(qū)別,即以草原為主,森林灌木分布于丘陵和河谷之中,這也是十幾萬(wàn)年來丹尼索瓦人生活的環(huán)境。
白石崖洞外景。十幾萬(wàn)年來丹尼索瓦人就是在這片草原上生活。
(圖片來源:參考文獻(xiàn)6)
在2005塊動(dòng)物骨骼中,386塊即19.3%的骨骼碎片上發(fā)現(xiàn)了人類加工的痕跡,這些加工過程包括剝皮、肢解、剔肉、敲骨吸髓等等,一些骨骼還被嘗試制作簡(jiǎn)易工具,同時(shí)食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、鳥類和小型哺乳動(dòng)物均存在被利用的跡象。這說明丹尼索瓦人的獵物十分廣泛,他們也對(duì)所捕獲的獵物進(jìn)行了充分地利用和加工。
白石崖溶洞中產(chǎn)出的動(dòng)物骨骼上的人類利用痕跡。
(圖片來源:參考文獻(xiàn)3)
在數(shù)千塊動(dòng)物骨骼中,一塊肋骨的古蛋白組初步分析結(jié)果與青藏高原周邊的動(dòng)物都不相同,而形態(tài)學(xué)研究也表明這塊肋骨很可能屬于人類。通過更詳細(xì)的鳥槍蛋白質(zhì)組學(xué)分析,這塊肋骨古蛋白質(zhì)組的氨基酸序列與丹尼索瓦人非常接近,可以認(rèn)為其所代表的古人類就是丹尼索瓦人。這塊肋骨產(chǎn)自第3層沉積物,沉積年齡距今約4.8-3.2萬(wàn)年,也就是說大約在4萬(wàn)年前,白石崖溶洞中仍然生活著丹尼索瓦人。
在此之前,阿爾泰丹尼索瓦洞發(fā)現(xiàn)的最年輕的丹尼索瓦人3號(hào)化石的年齡為距今7.6-5.2萬(wàn)年,白石崖溶洞新發(fā)現(xiàn)的夏河2號(hào)化石距今4萬(wàn)年的年齡刷新了丹尼索瓦人的最晚生存記錄。同時(shí)該年齡也與目前青藏高原最早的現(xiàn)代人遺址—尼阿底遺址距今4.5-3萬(wàn)年的年齡存在重合。所以說,從生存時(shí)間來看,現(xiàn)代人和丹尼索瓦人確實(shí)有可能相遇,并發(fā)生遺傳交流。這種遺傳交流可能確保了現(xiàn)代人在4萬(wàn)年前便能登頂青藏高原,甚至有可能對(duì)今天藏族人中的EPAS1基因突變有一定貢獻(xiàn)。
新發(fā)現(xiàn)的古人類肋骨化石夏河2號(hào)(Xiahe 2),古蛋白質(zhì)組分析表明其與丹尼索瓦人(Denisovan)親緣關(guān)系密切。
(圖片來源:參考文獻(xiàn)3)
未來的展望
根據(jù)近幾年白石崖溶洞發(fā)現(xiàn)的諸多丹尼索瓦人化石、古蛋白質(zhì)組與沉積物中發(fā)現(xiàn)的古DNA,我們可以確定,丹尼索瓦人確實(shí)有生活于高海拔地區(qū)的能力。同時(shí),東南亞的老撾也發(fā)現(xiàn)了16.4-13.1萬(wàn)年的丹尼索瓦人牙齒化石,這表明丹尼索瓦人還可以適應(yīng)熱帶地區(qū)濕潤(rùn)炎熱的氣候?;诂F(xiàn)代人的分子人類學(xué)研究也表明他們對(duì)于東亞和東南亞現(xiàn)代人均有遺傳影響,這意味著丹尼索瓦人存在地理范圍可能相當(dāng)廣泛,不太可能只有分布在目前發(fā)現(xiàn)的三個(gè)地點(diǎn)。
紅點(diǎn):丹尼索瓦人化石產(chǎn)地與遺址;黃點(diǎn):古老型人類化石產(chǎn)地及相關(guān)遺址;綠點(diǎn):早期現(xiàn)代人化石及相關(guān)遺址。序號(hào):1.哈爾濱頭骨(龍人);2.金牛山遺址(金牛山人);3.許家窯遺址(許家窯人);4. 田園洞遺址(田園洞人);5.水洞溝1號(hào)和2號(hào)遺址;6.獎(jiǎng)俊埠遺址;7.楊上遺址;8. 大荔人遺址(大荔人);9.靈井遺址(許昌人);10. 黃龍洞遺址(早期現(xiàn)代人);11. 尼阿底遺址;12. 邱桑遺址;13.皮洛遺址;14.興隆洞遺址;15.華龍洞遺址(華龍洞人);16.桐梓巖灰洞遺址(桐梓人);17.觀音洞遺址;18.福巖洞遺址(早期現(xiàn)代人);19.馬壩人遺址(馬壩人);20.澎湖原人;21.陸那洞遺址(早期現(xiàn)代人);22. 智人洞遺址(早期現(xiàn)代人)。
(圖片來源:參考文獻(xiàn)3)
一些學(xué)者根據(jù)少數(shù)形態(tài)特征認(rèn)為,東亞地區(qū)30萬(wàn)年到10萬(wàn)年之間的諸多古老型人類化石,包括華龍洞人、龍人、許昌人、許家窯人、大荔人、金牛山人、澎湖人、馬壩人等等,可能是與丹尼索瓦人有關(guān)。但由于目前發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人化石比較稀少且破碎,關(guān)于他們確切的完整的形態(tài)特征仍不確定,同時(shí)上述的東亞古老型人類缺少古蛋白質(zhì)組或者古DNA等分子生物學(xué)研究,所以丹尼索瓦人與這些古老型人類在形態(tài)與遺傳上的對(duì)比工作仍比較困難,兩者之間的關(guān)系仍無法完全確定。
丹尼索瓦人在東亞還有其他化石代表嗎?這些古老型人類與丹尼索瓦人到底是什么關(guān)系呢?期待未來的研究工作能解決這些問題,讓丹尼索瓦人不再如此神秘,以完整的面貌展現(xiàn)在世人面前,讓我們能一睹這位對(duì)現(xiàn)代人有巨大貢獻(xiàn)的史前表親的風(fēng)采。
參考文獻(xiàn):
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[5] 蘭州大學(xué).揭秘夏河丹尼索瓦人化石背后的故事
[6] 中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所.尋蹤丹尼索瓦人-白石崖溶洞遺址沉積物古DNA分析
[7] 蘭州大學(xué). 【科學(xué)頭條】丹尼索瓦人DNA現(xiàn)身白石崖溶洞遺址 “考古中國(guó)”聚焦蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)重大發(fā)現(xiàn)
[8] 蘭州大學(xué).蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)牽頭在Nature期刊發(fā)表白石崖溶洞遺址重要研究成果
[9] 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所. Nature:夏河丹尼索瓦人在青藏高原持續(xù)生存到距今約4萬(wàn)年前
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