丹尼索瓦人DNA揭示人類占據青藏高原的時間比想象中早
（神秘的地球uux.cn報道）據科技日報（唐婷）：“我是誰？”“從哪里來？”當哲學家在進行形而上的苦思冥想時，科學家們則忙著在現實世界中尋找證據。索瓦
丹尼索瓦人與曾廣泛分布在歐洲的人D人類尼安德特人是姐妹群，對現代大洋洲、揭示間比東亞、占據中早南亞和美洲原住人群有遺傳貢獻，青藏是高原國際廣泛關注的研究熱點。
10月30日，想象在國家文物局召開的丹尼“考古中國”重大項目重要進展工作會上，蘭州大學資源環(huán)境學院教授張東菊介紹了甘肅夏河白石崖溶洞遺址項目對丹尼索瓦人研究的索瓦最新進展。
“借助多種科技手段，人D人類項目團隊為該遺址建立了距今約19萬至3萬年的揭示間比可靠年代框架，利用新興的占據中早沉積物DNA分析技術成功獲取大量丹尼索瓦人線粒體DNA，揭示丹尼索瓦人在晚更新世廣泛分布在歐亞大陸東側，青藏長期生活在青藏高原上。高原”張東菊介紹。蘭州大學、中科院青藏高原研究所和中科院古脊椎動物與古人類研究所等機構主導的這項研究于北京時間10月30日在線發(fā)表于《科學》上，張東菊為該論文第一通訊作者。
從距今4萬年推前至距今19萬年
青藏高原被稱為“世界第三極”“世界屋脊”。人類何時登上這一高寒地區(qū)并在此生活一直是個謎。
此前，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員高星課題組曾八上青藏高原，在藏北羌塘高原發(fā)現一處具有原生地層的舊石器時代遺址——尼阿底（Nwya Devu）。
高星等人對尼阿底遺址的發(fā)掘和研究表明，人類大約在4萬到3萬年前嘗試征服青藏高原這一高海拔極端環(huán)境。
“我們對白石崖溶洞遺址的研究，則將人類占據青藏高原的最早時間從距今4萬年推早至距今19萬年，并證明迄今發(fā)現最早占據青藏高原的是丹尼索瓦人，這是青藏高原人類活動歷史研究的重大突破。”張東菊指出。
白石崖溶洞遺址位于甘肅省甘南藏族自治州夏河縣甘加鄉(xiāng)。該遺址早年出土一枚古人類下頜骨化石，經體質人類學、古蛋白和鈾系測年技術分析，研究人員確認其為距今至少16萬年前的丹尼索瓦人化石。
為全面了解夏河人下頜骨所代表人群在青藏高原的生活情況，在前期相關考古調查和研究工作基礎上，聯合甘肅省文物考古研究所，由陳發(fā)虎院士帶領的蘭州大學環(huán)境考古團隊對白石崖溶洞遺址進行首次考古發(fā)掘，并邀請中外多個研究團隊進行多學科綜合研究。
“遺址內，根據沉積物特征的不同，我們劃分了10個地層，從這些地層里共收集到1310件石制品和579件動物骨骼標本。對采集到的樣品進行碳十四和光釋光測年后，我們發(fā)現古人類在該遺址生活的時間為距今約19萬至3萬年。”張東菊說。
系我國首次從土中提取古人類DNA
利用沉積物DNA分析技術成功獲取大量丹尼索瓦人線粒體DNA，是白石崖溶洞遺址考古研究工作的一大亮點。“這是國內首次成功從沉積物中提取到古人類的DNA，也是西伯利亞丹尼索瓦洞以外獲得的首個丹尼索瓦人DNA序列。”該論文的最后通訊作者、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹介紹。
沉積物DNA分析是一種新興的古DNA分析技術，考古遺址現場的沉積物可追蹤相關遺址DNA保存狀況及可能存在的遠古人類，彌補了人類化石一般可遇而不可求的缺憾，為研究舊石器考古遺址人群演化打開了一扇新窗口。
遺址發(fā)掘前，張東菊與付巧妹一起制定了古DNA分析沉積物樣品的采樣計劃，確保樣品采集和運送過程中不會受到現代人類的污染。采集樣品只是第一步，從中提取到古人類DNA并非易事。沉積物中混雜著各種來源的古DNA，大部分是土壤里微生物的，也有動植物的，偶爾會有人的。即使找到古人類的DNA，還要區(qū)分出屬于哪一種類型的古人類。
為了將目標DNA從海量環(huán)境微生物DNA中識別、分離出來，付巧妹團隊借助高效的古DNA捕獲技術，從35個沉積物樣品中，嘗試一次性釣取了242種哺乳動物和人類的線粒體DNA，并使遠古人類的DNA得以富集。
想要進一步鎖定捕獲的DNA到底屬于哪一種類型的古人類，需要找到不同支系人類的“標記物”。付巧妹團隊對54個不同現代人、23個尼安德特人、4個丹尼索瓦人和一個40萬年前古人類Sima個體的線粒體基因組進行分析，甄別出分屬于現代人、尼安德特人及丹尼索瓦人等各自支系特有的突變。
“在此基礎上，我們明確了白石崖溶洞的四個地層里有已滅絕的丹尼索瓦人的線粒體DNA。”付巧妹介紹，通過分析，除了極少數樣品，大部分地層取樣都沒有受到當今現代人DNA的污染，這顯示研究團隊在發(fā)掘之前制定的嚴格且完備的取樣計劃避免了污染。
白石崖溶洞遺址發(fā)現的古人類DNA如同一把鑰匙，打開了通往遠古世界的大門。分析顯示，該遺址發(fā)現的丹尼索瓦人DNA主要出現于距今10萬年和距今6萬年前后，其中距今6萬年左右的丹尼索瓦人DNA與南西伯利亞丹尼索瓦洞的晚期丹尼索瓦人有最緊密的遺傳聯系，距今10萬年左右的丹尼索瓦人DNA則較早地與晚期丹尼索瓦人分離開來，揭示丹尼索瓦人在晚更新世廣泛分布在歐亞大陸東側，長期生活在青藏高原上。
對厘清現代人起源問題意義重大
近30年來，現代人類起源問題成為學界炙手可熱的關注焦點，圍繞“出自非洲”和“多地區(qū)進化”假說形成兩派針鋒相對的學術陣營，進行著激烈的學術論辯。
“出自非洲”假說認為，現代人在約20萬至10萬年前起源于非洲；非洲是現代人唯一的起源地，其他地區(qū)的現代人都是從非洲起源后遷徙擴散的結果，而且這種擴散是一個完全替代的過程。
“多地區(qū)進化”假說則認為，早期智人甚至是晚期直立人以來，人類就是一個生物種群，沒有發(fā)生新的分化。東亞地區(qū)從直立人以來演化是連續(xù)的，不存在演化鏈條的中斷，其間沒有發(fā)生大規(guī)模移民替代事件。
較長時間里，“出自非洲”假說在學術界占據了相對主流的位置。而近年來，遺傳學領域對人類古DNA的提取和破譯，帶來一些以往不知道的認識，即現代人并非完全取代了包括尼安德特人和丹尼索瓦人在內的古老型人類，而是和他們有融合。
“‘出自非洲’假說認為，末次冰期最寒冷的時候，世界各地的古老人類基本都滅絕了，只有非洲少部分地區(qū)有古老人類存活下來，然后擴散到世界各地。白石崖溶洞遺址研究表明，末次冰期前后，青藏地區(qū)有丹尼索瓦人存在，因此認為末次冰期除非洲以外其他地區(qū)古老人類都滅絕的說法值得重新考慮。”北京大學考古文博學院教授王幼平指出。
在王幼平看來，白石崖溶洞丹尼索瓦人的發(fā)現，填補了東亞地區(qū)直立人和現代人之間古老人群具體種屬鑒定的空白，為同期古老型人類化石的種屬鑒定提供了關鍵對比材料，對厘清東亞古人類演化歷史和現代人起源問題有重要意義，是近年來舊石器考古的重大突破。
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（神秘的地球uux.cn報道）據《瞭望》新聞周刊（記者 張文靜）：國家文物局舉行“考古中國”重大項目第二期重要進展工作會，通報了白石崖溶洞遺址重要考古成果，通過對這個洞穴和出土于此的化石開展多年研究，證實此前只發(fā)現于阿爾泰山地區(qū)的一支新的古人類——丹尼索瓦人曾在世界屋脊留下清晰足跡，并將青藏高原史前人類活動歷史從距今4萬年提前至距今16萬年，甚至距今19萬年。
人類演化關鍵拼圖現身青藏高原
現代人的古人類祖先是誰？人類如何走上青藏高原？這一系列人類演化問題，一直是科學界的待解謎題。
部分答案可能就藏在海拔3200多米、地處青藏高原東北部的白石崖溶洞里。自2019年第一次走到聚光燈下，今年10月30日，這個小眾景點再次引發(fā)關注。國家文物局舉行“考古中國”重大項目第二期重要進展工作會，通報了白石崖溶洞遺址重要考古成果。
中科院院士陳發(fā)虎帶領蘭州大學環(huán)境考古團隊并聯合多個境內外科研單位，通過對這個洞穴和出土于此的化石開展多年研究，證實此前只發(fā)現于阿爾泰山地區(qū)的一支新的古人類——丹尼索瓦人曾在世界屋脊留下清晰足跡，并將青藏高原史前人類活動歷史從距今4萬年提前至距今16萬年，甚至距今19萬年。
神秘古人類化石與青藏高原
位于甘肅省甘南藏族自治州夏河縣的白石崖溶洞，2019年5月之前，和人類演化的謎團看似毫無關聯。
將二者聯系起來的，是一塊長約12厘米、頜骨形態(tài)粗壯原始、臼齒較大的人類右側下頜骨化石。
20世紀80年代，一位僧侶在白石崖溶洞中發(fā)現這件化石。從表面特征看，科學家初步判斷這可能是一個古人類化石。但屬于哪個人種？距今多久？它代表了人類演化史上的哪一環(huán)？都需進一步科學考證。
正式研究于2010年啟動。起初，陳發(fā)虎團隊難以確定化石在溶洞內的具體出土位置。他們走訪周邊十幾個山洞后發(fā)現，只有白石崖溶洞恒溫恒濕最適合古人類生活，不僅是化石的出土點，還可能保存更多古人類生活遺存。
轉機出現在2016年——研究團隊在白石崖溶洞考察時發(fā)現了石制品。這成為科學證明白石崖溶洞中有史前人類生活痕跡的直接證據。同年，團隊制定了完善的化石研究方案。
臺灣大學教授沈川洲對化石外的碳酸鹽包裹體進行了鈾系測年。結果顯示，該化石形成于至少16萬年前。
遺憾的是，由于年代太久，化石中的古DNA已深度降解，并未提取到。蛋白質比DNA結構更穩(wěn)定，保存時間更長，研究者采用古蛋白質分析，最終提取到了古蛋白。
“這件化石保留的蛋白質信息包含了丹尼索瓦人特有的變異蛋白質。通過構建演化關系，我們將這件化石歸入丹尼索瓦人或其近親種。”共同與國外合作者開展古蛋白分析的蘭大博士生夏歡說。
關于這件化石的研究成果2019年5月發(fā)表于《自然》期刊，得到國內外同行的廣泛認可和肯定。
丹尼索瓦人，一個2010年才被確定的一支新的古人類種群。彼時唯一的已知線索，僅是發(fā)現于西伯利亞丹尼索瓦洞穴里的一節(jié)指骨化石和幾塊破碎的牙齒。它們的重要性并不因此削弱。丹尼索瓦人與約30萬～3萬年前廣泛分布在歐洲的尼安德特人是姐妹群（由最晚同一祖先衍生的兩個分支），對現代大洋洲、東亞、南亞和美洲原住人群都有遺傳貢獻。人們期待尋找更多丹尼索瓦人與現代人的關系。丹尼索瓦人與早期現代人的基因交流及其傳播遷徙路線成為關注熱點。
但西伯利亞出土的指骨化石太小，科學家未能建立起完整的丹尼索瓦人體質形態(tài)信息等諸多信息。
白石崖溶洞的發(fā)現，無疑為此拼上一塊關鍵拼圖。研究團隊骨干成員張東菊教授表示，這是丹尼索瓦洞以外發(fā)現的首例丹尼索瓦人化石，白石崖溶洞也成為青藏高原目前已知最早的舊石器時代考古遺址。研究結果不僅將青藏高原史前人類活動歷史由距今4萬年推早至距今16萬年，還將丹尼索瓦人的空間分布首次從西伯利亞地區(qū)擴展至青藏高原，為丹尼索瓦人在東亞分布提供了化石證據。
先進科技破解古人類密碼
相比基因而言，由基因編譯的蛋白包含的遺傳信息較少。研究者期待進一步的發(fā)現。2018年，蘭州大學環(huán)境考古團隊聯合甘肅省文物考古研究所，對白石崖溶洞進行首次正式考古發(fā)掘，并邀請國內外多個團隊進行多學科綜合研究。
張東菊介紹，團隊共發(fā)掘2個1米×2米大小的探方，其中T2探方出土有豐富的石制品和動物骨骼，其地層分為10層，每一層位均有石制品和動物骨骼出土，第10層尤為豐富。通過開展綜合的地層學、考古學和分子考古學等分析，一條重要線索進入研究人員視野——白石崖溶洞的晚更新世沉積中發(fā)現了丹尼索瓦人線粒體DNA。
沉積物古DNA分析技術是得到這項新成果的關鍵技術之一。其可通過分析沉積物獲得曾在遺址活動的古人群信息，彌補人類化石可遇不可求的缺憾。這是中國科學家首次利用古DNA分析技術在我國考古遺址沉積物中提取到古人類遺傳信息的成功案例。
負責開展沉積物古DNA分析的中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹介紹，在多個沉積物樣品中，團隊嘗試一次性捕獲了242個哺乳動物和人類的線粒體DNA。其中，沉積物古DNA分析發(fā)現的動物種屬包括犀牛、鬣狗等，與白石崖溶洞發(fā)現的動物骨骼遺存初步鑒定結果一致，驗證了沉積物古DNA分析的可靠性。更令人驚喜的是，進一步分析顯示，捕獲的人類線粒體DNA是丹尼索瓦人的線粒體DNA。
張東菊告訴記者，丹尼索瓦人線粒體DNA主要發(fā)現于T2探方的第2、3、4、7層，結合地層年代，顯示丹尼索瓦人主要出現于距今約6萬年和10萬年，證實丹尼索瓦人在晚更新世長期生活在青藏高原高海拔地區(qū)。并再次論證了丹尼索瓦人在東亞廣泛且長期分布的推測，為理解東亞古人類演化歷史提供了重要信息。
新研究于今年10月底發(fā)表在《科學》雜志，獲得國內外同行認可。北京大學考古文博學院教授王幼平認為，新發(fā)現推動了青藏高原史前人類活動歷史研究，對中國古人類研究有著重要意義。這種多學科交叉融合可以成為舊石器考古遺址研究新的范式。
藏族人高原適應能力或找到來源
白石崖溶洞遺址的考古發(fā)現不僅填補了丹尼索瓦人研究的諸多空白，也推進了青藏高原史前人類活動的研究進展。
青藏高原生存條件惡劣。古人類何時擴散到青藏高原腹地？他們又如何適應了高原環(huán)境？這些問題一直困擾著學界。關于丹尼索瓦人的研究或許能給出更多線索。
研究顯示，EPAS1、EGLN1和TMEM247等基因的適應性突變對高原人群環(huán)境適應有著重要貢獻。張東菊告訴記者，西伯利亞丹尼索瓦人的基因組含有EPAS1和TMEM247等基因，表明他們可能已適應高海拔環(huán)境。白石崖溶洞遺址的考古發(fā)現表明，他們可能是在更早期向青藏高原擴散的過程中，獲得了高海拔環(huán)境適應基因。
陳發(fā)虎、張東菊等認為，相比海拔僅有約700米且遠在西伯利亞的丹尼索瓦洞，白石崖溶洞更有可能是高海拔環(huán)境適應基因的起源地。
不僅如此，研究表明，丹尼索瓦人的基因散布在現代亞洲人等人群中，尤其是丹尼索瓦人可能對現代藏族人群和喜馬拉雅山兩側的夏爾巴人貢獻了能提供適應高海拔缺氧環(huán)境能力的EPAS1基因。
研究團隊表示，關于丹尼索瓦人的研究揭示了高原人類演化歷史和其對高海拔環(huán)境的適應歷史。而摸清早期人類挑戰(zhàn)極端環(huán)境的方式和適應過程，或可為人類應對環(huán)境變化提供參考。
“這些內容也是第二次青藏高原綜合科學考察研究項目的重點。”張東菊說，團隊將繼續(xù)開展考古調查、發(fā)掘和研究工作，開展多學科、多領域合作，不斷深化青藏高原史前人類活動歷史研究。