[科普中國(guó)]-我國(guó)新發(fā)現(xiàn)的古人類化石，將青藏高原人類歷史推進(jìn)到16萬年前

5月2日，國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》雜志發(fā)文稱，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所研究員陳發(fā)虎，蘭州大學(xué)副教授張東菊，德國(guó)馬普學(xué)會(huì)進(jìn)化人類學(xué)研究所教授Jean-Jacques Hublin和丹麥哥本哈根大學(xué)博士Frido Welker等帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，通過古蛋白分析揭示了發(fā)現(xiàn)于甘肅省夏河縣境內(nèi)的人類下頜骨化石為丹尼索瓦人，并根據(jù)發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)命名為夏河人。該發(fā)現(xiàn)同時(shí)證明，早在16萬年前古人類就已到達(dá)青藏高原，并適應(yīng)了3000多米高海拔缺氧環(huán)境，將青藏高原人類活動(dòng)歷史推進(jìn)了12萬年。修行喇嘛的偶然發(fā)現(xiàn)這塊重要的化石發(fā)現(xiàn)過程頗有些神秘。論文作者蘭州大學(xué)張東菊副教授介紹說，該化石并不是由正式考古發(fā)掘出土，而是在上世紀(jì)80年代，當(dāng)?shù)氐囊晃焕镌诙囱ㄖ行扌袝r(shí)候偶然發(fā)現(xiàn)，并把它獻(xiàn)給了活佛。隨后活佛意識(shí)到這是一塊古人類化石，便將其轉(zhuǎn)交到了論文的作者之一、蘭州大學(xué)的董光榮教授手中。然而，由于董教授工作的側(cè)重點(diǎn)不在于此，這塊化石一放就是近30年。2008年，科學(xué)家在西伯利亞南部阿爾泰山丹尼索瓦洞(Denisova Cave)的古遺址中發(fā)現(xiàn)了一小節(jié)指骨化石，2010年研究論文正式發(fā)表，神秘的古人類——丹尼索瓦人橫空出世。并且科學(xué)家通過DNA對(duì)比認(rèn)為丹尼索瓦人、尼安德特人和智人來自于同一祖先，也就是說他們和我們的直系祖先智人是姊妹類群?？茖W(xué)家認(rèn)為在80萬年前這個(gè)古老人群與現(xiàn)代人類演化上分道揚(yáng)鑣，并曾遍布亞洲，但是，相關(guān)研究因?yàn)槿鄙倩C據(jù)而一度停滯。不過很多科學(xué)家相信，丹尼索瓦人的線索在中國(guó)，因?yàn)槠銬NA在許多中國(guó)人群里很常見。受到這一研究理論的影響，2010年陳發(fā)虎院士帶領(lǐng)蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)對(duì)這塊塵封近30年化石展開了研究。但是由于該化石并非正式考古出土，考證這塊化石的由來變得極為重要。對(duì)于這塊化石的最早發(fā)現(xiàn)地，當(dāng)年那位僧人轉(zhuǎn)交時(shí)僅對(duì)洞穴作出一些大致描述。研究團(tuán)隊(duì)從2010年開始根據(jù)僅有的線索，在整個(gè)夏河地區(qū)展開調(diào)查，考察區(qū)域超過6000平方公里。直到2016年，研究團(tuán)隊(duì)才基本確定論文中提到的白石崖溶洞是這塊化石的出土地。2018年，張東菊副教授帶隊(duì)對(duì)溶洞進(jìn)行小面積正式考古發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)較厚的文化層堆積，出土豐富的石制品和動(dòng)物骨骼遺存，顯示古人類曾在該遺址較長(zhǎng)時(shí)間生活?！半m然發(fā)掘材料還在整理研究中，但是無疑，這個(gè)遺址保存了大量舊石器時(shí)代的考古遺存。目前并不能確定已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的考古遺存中到底哪一層是和我們研究的化石同時(shí)期或者共存的，但是我們確實(shí)有了線索，并掌握了材料和證據(jù)?！睆垨|菊強(qiáng)調(diào)。古蛋白揭示化石“身份之謎”尋找化石出土地的同時(shí)，關(guān)于化石古DNA分析及化石形態(tài)研究也同期進(jìn)行。這塊古人類化石僅保存了下頜骨右側(cè)，包括第一和第二臼齒兩顆完整牙齒。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其頜骨表面、骨壁厚度、齒弓形狀、牙齒大小、牙齒排列、牙齒萌發(fā)和牙齒磨損等體質(zhì)性狀進(jìn)行了全面分析，確定其為中更新世古老型智人的一種。但遺憾的是，該化石并未保存古DNA信息。張東菊副教授解釋說：“DNA損傷修復(fù)機(jī)制會(huì)隨著生物死亡而崩解。在生物死亡過程中，細(xì)胞會(huì)逐漸發(fā)生自溶，隨著大量蛋白酶、DNA酶等的釋放，DNA很快會(huì)被降解。在高溫和潮濕的條件下，DNA也容易發(fā)生水解、斷裂。此外，許多微生物也會(huì)污染吞噬DNA。即使在理想的寒冷環(huán)境下，能留存下來的古DNA也不會(huì)超過100萬年?！睘檫M(jìn)一步確定化石種屬，研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了古蛋白分析?！暗鞍踪|(zhì)比DNA‘幸存’的時(shí)間長(zhǎng)，它們的化學(xué)和分子組成意味著其更穩(wěn)定，分解速度沒有那么快，盡管蛋白質(zhì)最終也會(huì)分解。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸化學(xué)結(jié)構(gòu)最終由生物體DNA中特異的編碼序列所決定，因此，可以比較不同物種中相同蛋白的氨基酸組成，來認(rèn)識(shí)物種之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近?！蔽恼伦髡咧坏湼绫竟髮W(xué)博士Welker介紹說。在得知下頜骨沒有保存DNA后，團(tuán)隊(duì)對(duì)化石進(jìn)行了古蛋白分析。結(jié)果顯示，該化石在遺傳學(xué)上與阿爾泰山地區(qū)丹尼索瓦洞發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人親緣關(guān)系最近，可以確定為青藏高原的丹尼索瓦人，稱為夏河丹尼索瓦人，簡(jiǎn)稱夏河人。另外，關(guān)于化石的年齡，雖然無法找到具體的出土層位，但是幸運(yùn)的是其外包裹著厚層碳酸鈣。研究團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)臺(tái)灣大學(xué)沈川洲教授對(duì)包裹體進(jìn)行了鈾系測(cè)年（根據(jù)鈾系核素的放射性比值來測(cè)定沉積物的地質(zhì)年代），結(jié)果顯示該化石形成的時(shí)間至少在距今16萬年前。自此這塊化石的“身世”終于揭曉。“高海拔適應(yīng)性”基因突變找到來源夏河人的發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代藏族和夏爾巴人等高原人群的高海拔環(huán)境適應(yīng)基因找到了可能的本地來源。2014年發(fā)表在《自然》上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今的夏爾巴人、藏族人和鄰近人類種群都攜帶了有助于他們?cè)诟呔暥壬娴脑醋缘つ崴魍呷说倪z傳變異基因：EPAS1。但是，一直令人不解的是丹尼索瓦人為何產(chǎn)生了這種適應(yīng)性，因?yàn)榇饲鞍l(fā)現(xiàn)的有關(guān)丹尼索瓦人的化石證據(jù)一直局限于海拔只有700米的丹尼索瓦洞。夏河人這半塊下頜骨化石發(fā)現(xiàn)地所處海拔高達(dá)3280米，如此高海拔的生存環(huán)境解釋了為什么丹尼索瓦人具有有助于適應(yīng)高海拔、低氧環(huán)境的遺傳變異。這一發(fā)現(xiàn)還表明，丹尼索瓦人適應(yīng)高海拔、低氧環(huán)境的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于4萬年前來到此地的智人。同時(shí)本次發(fā)現(xiàn)從考古學(xué)上驗(yàn)證了過去只發(fā)現(xiàn)于阿爾泰山地區(qū)丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人曾在東亞廣泛分布的推測(cè)。在夏河人下頜骨發(fā)現(xiàn)之前，全世界發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人化石只有一些牙齒和肢體的殘片，且全部出土于丹尼索瓦洞，除了高覆蓋度的全基因組數(shù)據(jù)外，只有極其有限的體質(zhì)形態(tài)信息。夏河人下頜骨的發(fā)現(xiàn)首次為丹尼索瓦人研究提供了豐富的體質(zhì)形態(tài)學(xué)信息，使重建丹尼索瓦人體質(zhì)形象及與東亞豐富的但缺乏古DNA信息的中晚更新世人類化石進(jìn)行體質(zhì)形態(tài)對(duì)比成為了可能。丹尼索瓦人是我們的祖先嗎？自2010年面世以來，丹尼索瓦人這個(gè)已經(jīng)滅絕的神秘人種正在改寫人類演化史。值得一提的是，夏河人并不是第一種在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人。2017年，中科院地球環(huán)境所敖紅課題組發(fā)現(xiàn)，70年代在我國(guó)山西地區(qū)出土的距今20多萬年的許家窯人化石和西伯利亞的丹尼索瓦人具有相似的牙齒特征，因此推斷許家窯人可能是生活在中更新世歐亞大陸中部和東部的早期丹尼索瓦人。另一項(xiàng)基因?qū)用娴难芯匡@示，我們的智人祖先曾同丹尼索瓦人進(jìn)行過通婚并且有了后代?？茖W(xué)家們通過一項(xiàng)新技術(shù)搜集了來自歐洲、亞洲、美洲和大洋洲的5600名現(xiàn)代人類基因組中的古代DNA碎片，并進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)一些東亞人和澳洲土著人攜帶丹尼索瓦人的DNA。由此得出結(jié)論，丹尼索瓦人至少在這兩個(gè)地方同現(xiàn)代人類的祖先發(fā)生過通婚。據(jù)此推測(cè)，大約在200多萬年前，第一批走出非洲的直立人來到了中國(guó)大地，他們?cè)谶@片土地上生活了一百多萬年的時(shí)間，演化出元謀人、藍(lán)田人、北京人等代表。而在大約30萬年前，丹尼索瓦人來到了東亞，在生存競(jìng)爭(zhēng)中淘汰掉了原本生活在這里的包括北京人在內(nèi)的原始直立人，成為了這片大地的主人。然而到了大約5萬年前，比丹尼索瓦人更為先進(jìn)的智人終于來到了亞洲，用更短的時(shí)間迅速淘汰了丹尼索瓦人。不同的是，丹尼索瓦人在這個(gè)過程中與智人進(jìn)行了通婚，將自己的血脈（DNA）留在了現(xiàn)代人的身體里。作者 | 劉森 遼寧古生物博物館展覽部主任審稿 | 梁飛 沈陽師范大學(xué)古生物學(xué)院副教授責(zé)編 | 高佩雯文章由騰訊科普“科普中國(guó)頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自科普中國(guó)