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丹尼索瓦人DNA表明 人类占据青藏高原的时间比想象中早

2020-11-11 09:58:13    来源:科技日报

“我是谁?”“从哪里来?”当哲学家在进行形而上的苦思冥想时,科学家们则忙着在现实世界中寻找证据。

丹尼索瓦人与曾广泛分布在欧洲的尼安德特人是姐妹群,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。

10月30日,在国家文物局召开的“考古中国”重大项目重要进展工作会上,兰州大学资源环境学院教授张东菊介绍了甘肃夏河白石崖溶洞遗址项目对丹尼索瓦人研究的最新进展。

“借助多种科技手段,项目团队为该遗址建立了距今约19万至3万年的可靠年代框架,利用新兴的沉积物DNA分析技术成功获取大量丹尼索瓦人线粒体DNA,揭示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。”张东菊介绍。兰州大学、中科院青藏高原研究所和中科院古脊椎动物与古人类研究所等机构主导的这项研究于北京时间10月30日在线发表于《科学》上,张东菊为该论文第一通讯作者。

从距今4万年推前至距今19万年

青藏高原被称为“世界第三极”“世界屋脊”。人类何时登上这一高寒地区并在此生活一直是个谜。

此前,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员高星课题组曾八上青藏高原,在藏北羌塘高原发现一处具有原生地层的旧石器时代遗址——尼阿底(NwyaDevu)。

高星等人对尼阿底遗址的发掘和研究表明,人类大约在4万到3万年前尝试征服青藏高原这一高海拔极端环境。

“我们对白石崖溶洞遗址的研究,则将人类占据青藏高原的最早时间从距今4万年推早至距今19万年,并证明迄今发现最早占据青藏高原的是丹尼索瓦人,这是青藏高原人类活动历史研究的重大突破。”张东菊指出。

白石崖溶洞遗址位于甘肃省甘南藏族自治州夏河县甘加乡。该遗址早年出土一枚古人类下颌骨化石,经体质人类学、古蛋白和铀系测年技术分析,研究人员确认其为距今至少16万年前的丹尼索瓦人化石。

为全面了解夏河人下颌骨所代表人群在青藏高原的生活情况,在前期相关考古调查和研究工作基础上,联合甘肃省文物考古研究所,由陈发虎院士带领的兰州大学环境考古团队对白石崖溶洞遗址进行首次考古发掘,并邀请中外多个研究团队进行多学科综合研究。

“遗址内,根据沉积物特征的不同,我们划分了10个地层,从这些地层里共收集到1310件石制品和579件动物骨骼标本。对采集到的样品进行碳十四和光释光测年后,我们发现古人类在该遗址生活的时间为距今约19万至3万年。”张东菊说。

系我国首次从土中提取古人类DNA

利用沉积物DNA分析技术成功获取大量丹尼索瓦人线粒体DNA,是白石崖溶洞遗址考古研究工作的一大亮点。“这是国内首次成功从沉积物中提取到古人类的DNA,也是西伯利亚丹尼索瓦洞以外获得的首个丹尼索瓦人DNA序列。”该论文的最后通讯作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员付巧妹介绍。

沉积物DNA分析是一种新兴的古DNA分析技术,考古遗址现场的沉积物可追踪相关遗址DNA保存状况及可能存在的远古人类,弥补了人类化石一般可遇而不可求的缺憾,为研究旧石器考古遗址人群演化打开了一扇新窗口。

遗址发掘前,张东菊与付巧妹一起制定了古DNA分析沉积物样品的采样计划,确保样品采集和运送过程中不会受到现代人类的污染。采集样品只是第一步,从中提取到古人类DNA并非易事。沉积物中混杂着各种来源的古DNA,大部分是土壤里微生物的,也有动植物的,偶尔会有人的。即使找到古人类的DNA,还要区分出属于哪一种类型的古人类。

为了将目标DNA从海量环境微生物DNA中识别、分离出来,付巧妹团队借助高效的古DNA捕获技术,从35个沉积物样品中,尝试一次性钓取了242种哺乳动物和人类的线粒体DNA,并使远古人类的DNA得以富集。

想要进一步锁定捕获的DNA到底属于哪一种类型的古人类,需要找到不同支系人类的“标记物”。付巧妹团队对54个不同现代人、23个尼安德特人、4个丹尼索瓦人和一个40万年前古人类Sima个体的线粒体基因组进行分析,甄别出分属于现代人、尼安德特人及丹尼索瓦人等各自支系特有的突变。

“在此基础上,我们明确了白石崖溶洞的四个地层里有已灭绝的丹尼索瓦人的线粒体DNA。”付巧妹介绍,通过分析,除了极少数样品,大部分地层取样都没有受到当今现代人DNA的污染,这显示研究团队在发掘之前制定的严格且完备的取样计划避免了污染。

白石崖溶洞遗址发现的古人类DNA如同一把钥匙,打开了通往远古世界的大门。分析显示,该遗址发现的丹尼索瓦人DNA主要出现于距今10万年和距今6万年前后,其中距今6万年左右的丹尼索瓦人DNA与南西伯利亚丹尼索瓦洞的晚期丹尼索瓦人有最紧密的遗传联系,距今10万年左右的丹尼索瓦人DNA则较早地与晚期丹尼索瓦人分离开来,揭示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。

对厘清现代人起源问题意义重大

近30年来,现代人类起源问题成为学界炙手可热的关注焦点,围绕“出自非洲”和“多地区进化”假说形成两派针锋相对的学术阵营,进行着激烈的学术论辩。

“出自非洲”假说认为,现代人在约20万至10万年前起源于非洲;非洲是现代人唯一的起源地,其他地区的现代人都是从非洲起源后迁徙扩散的结果,而且这种扩散是一个完全替代的过程。

“多地区进化”假说则认为,早期智人甚至是晚期直立人以来,人类就是一个生物种群,没有发生新的分化。东亚地区从直立人以来演化是连续的,不存在演化链条的中断,其间没有发生大规模移民替代事件。

较长时间里,“出自非洲”假说在学术界占据了相对主流的位置。而近年来,遗传学领域对人类古DNA的提取和破译,带来一些以往不知道的认识,即现代人并非完全取代了包括尼安德特人和丹尼索瓦人在内的古老型人类,而是和他们有融合。

“‘出自非洲’假说认为,末次冰期最寒冷的时候,世界各地的古老人类基本都灭绝了,只有非洲少部分地区有古老人类存活下来,然后扩散到世界各地。白石崖溶洞遗址研究表明,末次冰期前后,青藏地区有丹尼索瓦人存在,因此认为末次冰期除非洲以外其他地区古老人类都灭绝的说法值得重新考虑。”北京大学考古文博学院教授王幼平指出。

在王幼平看来,白石崖溶洞丹尼索瓦人的发现,填补了东亚地区直立人和现代人之间古老人群具体种属鉴定的空白,为同期古老型人类化石的种属鉴定提供了关键对比材料,对厘清东亚古人类演化历史和现代人起源问题有重要意义,是近年来旧石器考古的重大突破。(记者唐婷)

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