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夏河丹尼索瓦人16萬年前登上青藏高原
2019-05-05 | 编辑: | 【

   
   

  張東菊(探方右上)帶領團隊于2018年在白石崖溶洞發掘。張東菊供圖

   

   

    【中国科学报】一枚长约12厘米人类下颌骨化石,一组丹尼索瓦人古蛋白信息,一段16万年前古老型智人历史,将青藏高原史前人类活动历史从距今4万年推早到距今16万年,神秘的丹尼索瓦人东亚生活轨迹正一层层揭开。

  中國科學院院士、中國科學院青藏高原研究所研究员陈发虎、兰州大学副教授张东菊、德国马普学会进化人类学研究所教授Jean-Jacques Hublin和丹麦哥本哈根大学的Frido Welker等带领团队,分析了发现于甘肃省夏河县境内的人类下颌骨化石,古蛋白分析揭示该化石为丹尼索瓦人。研究认为,他们的足迹早在16万年前已到达青藏高原并适应了高海拔缺氧环境。该成果5月2日发表于《自然》杂志。

  尋找化石出土地 

  16萬年前,地球正經曆著第四紀最大冰期。在現今甘肅省夏河縣一條古老河流的河床上方,岩壁上的溶洞裏生活著一支神秘的中晚更新世古老人群——丹尼索瓦人。

  故事要從丹尼索瓦洞說起。這裏原本只是西伯利亞南部阿爾泰山腳下一個不起眼的地方。但一節指骨改變了一切。

  根據指骨內的DNA,研究人員發現了10萬年前廣布于歐洲的尼安德特人的姐妹群:丹尼索瓦人。而且,這個已經滅絕的神秘人種正幫助改寫人們對人類演化的理解。

  過去的80萬年間,這個古老人群與現代人類在演化上分道揚镳,並曾遍布亞洲。時至今日,這片大陸的人類身上還帶有丹尼索瓦人的血統。

  但是,相關研究因爲缺少化石證據而一度停滯。但很多科學家相信,丹尼索瓦人的線索在中國,因爲其DNA在許多中國人群裏很常見。果然,事實也是如此。

  2010年,陳發虎團隊開始著手對多年前輾轉獲得的一枚長約12厘米、整體呈土黃色的人類右側下颌骨化石開展研究。“當時,雖然這塊兒化石的主人還是未知數,但團隊都很興奮。”張東菊對《中國科學報》說。

  于是,陳發虎邀請國內外十余家單位的研究人員,對化石進行了全面、綜合的研究。同時,他帶領蘭州大學環境考古團隊對甘肅省夏河縣及周邊、青海、甘南臨界點方圓6千平方公裏範圍內進行考古調查,努力尋找化石的出土地點。

  經過近10年的考古調查,在考察了甘加盆地20多個洞穴後,團隊確定了甘肅省夏河縣境內白石崖溶洞爲化石出土地點,還發現了兩處曠野型舊石器遺址。

  白石崖溶洞恒溫恒濕,在距離洞口處80米之內,冬季溫度可始終保持在9度左右。“如果洞外很冷,這裏更適合人類生存。”張東菊說。

  2018年,由張東菊帶隊,蘭州大學聯合甘肅省文物考古研究所,對白石崖溶洞進行小面積的正式考古發掘,發現較厚的文化層堆積,發掘出土豐富的石制品和動物骨骼遺存,顯示古人類在該遺址曾較長時間生活。

  求助古蛋白 

  尋找化石出土地的同时,关于化石古DNA分析及化石形态研究也同期进行。但遗憾的是,该化石并未保存古DNA信息。

  張東菊解釋說,DNA損傷修複機制會隨著生物死亡而崩解。在生物死亡過程中,細胞會逐漸發生自溶,隨著大量蛋白酶、DNA酶等的釋放,DNA很快會被降解。在高溫和潮濕的條件下,DNA也容易發生水解、斷裂。此外,許多微生物也會汙染吞噬DNA。即使是在理想的寒冷環境下,能留存下來的古DNA也不會超過100萬年。

  爲進一步確定化石種屬,研究團隊將目光轉向了古蛋白分析。

  “蛋白質比DNA‘幸存’的時間長,它們的化學和分子組成意味著其更穩定,分解速度沒有那麽快,盡管蛋白質最終也會分解。”Welker告訴《中國科學報》。

  于是,在得知下颌骨沒有保存DNA後,Welker、張東菊和博士生夏歡在蘭州大學進行了古蛋白分析。

  夏歡在接受《中國科學報》采訪時表示,構成蛋白質的氨基酸化學結構最終由生物體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,以認識物種之間親緣關系的遠近。

  終于,研究人員通過對化石中古蛋白質與從古老人群(丹尼索瓦人與尼安德特人)高覆蓋度基因組中獲取的蛋白質信息,以及現存的靈長類蛋白質序列,進行系統發生樹分析和特定單氨基酸多態性研究,發現該化石在遺傳學上與阿爾泰山地區丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人親緣關系最近,可以確定爲青藏高原的丹尼索瓦人,稱爲夏河丹尼索瓦人。

  16萬年前有人不怕“高反” 

  虽然,这块化石仅保存了下颌骨右侧,但已是目前发现的体积最大的丹尼索瓦人化石。“此前,丹尼索瓦人化石只有几件孤立牙齿和骨骼碎片。”张东菊表示。兰州大学团队与国际知名古人类学家Jean-Jacques Hublin合作,对化石进行了颌骨和牙齿的形态分析。分析结果显示,颌骨形态粗壮原始,臼齿较大,其主人为中更新世古老型智人的一种。

  “由于該化石並非正式發掘出土,且發現時間久遠,所以目前無法確定化石發現時有沒有直接共存的文化遺存,也沒有埋藏地層信息。”張東菊對記者說。慶幸的是,化石外包裹著一層碳酸鹽。經台灣大學教授沈川洲對化石外的碳酸鹽包裹體進行鈾系測年,結果顯示,該化石形成于至少距今16萬年前。

  已有研究顯示,現代智人于距今3至4萬年到達青藏高原,距今3600前在麥作農業的支持下大規模定居青藏高原東北部地區。此項研究表明,可能攜帶了適應高寒缺氧環境基因(EPAS1)的古老型智人——丹尼索瓦人,已先于現代智人來到青藏高原,且在第四紀最大冰期(倒數第二次冰期)時成功生活在這一寒冷缺氧的高海拔區域。

  這不僅將青藏高原史前人類活動曆史由距今4萬年推早至距今16萬年,而且爲進一步揭示現代藏族和夏爾巴人群的高海拔環境適應基因來源提供了新線索。

  “我們的發現意義重大,這麽早在青藏高原發現丹尼索瓦人完全出乎意料。”Welker說。

  張東菊表示,該研究還首次揭露了豐富的丹尼索瓦人下颌骨體質形態信息,使將丹尼索瓦人與其他古老人群進行體質形態對比成爲可能,爲神秘的丹尼索瓦人的深入研究開啓了更廣闊的研究空間,更爲深入理解東亞直立人、古老型智人和現代智人的演化關系提供了新的視角。

    作者:刘晓倩 唐凤

  DOI:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1139-x 








 
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