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        夏河丹尼索瓦人16万年前登上青藏高原
        2019-05-05 | 编辑: | 【

           
           

          张东菊(探方右上)带领团队于2018年在白石崖溶洞发掘。张东菊供图

           

           

            【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。

          中国科学院院士、中国科学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。

          寻找化石出土地 

          16万年前,地球正经历着第四纪最大冰期。在现今甘肃省夏河县一条古老河流的河床上方,岩壁上的溶洞里生活着一支神秘的中晚更新世古老人群——丹尼索瓦人。

          故事要从丹尼索瓦洞说起。这里原本只是西伯利亚南部阿尔泰山脚下一个不起眼的地方。但一节指骨改变了一切。

          根据指骨内的DNA,研究人员发现了10万年前广布于欧洲的尼安德特人的姐妹群:丹尼索瓦人。而且,这个已经灭绝的神秘人种正帮助改写人们对人类演化的理解。

          过去的80万年间,这个古老人群与现代人类在演化上分道扬镳,并曾遍布亚洲。时至今日,这片大陆的人类身上还带有丹尼索瓦人的血统。

          但是,相关研究因为缺少化石证据而一度停滞。但很多科学家相信,丹尼索瓦人的线索在中国,因为其DNA在许多中国人群里很常见。果然,事实也是如此。

          2010年,陈发虎团队开始着手对多年前辗转获得的一枚长约12厘米、整体呈土黄色的人类右侧下颌骨化石开展研究。“当时,虽然这块儿化石的主人还是未知数,但团队都很兴奋。”张东菊对《中国科学报》说。

          于是,陈发虎邀请国内外十余家单位的研究人员,对化石进行了全面、综合的研究。同时,他带领兰州大学环境考古团队对甘肃省夏河县及周边、青海、甘南临界点方圆6千平方公里范围内进行考古调查,努力寻找化石的出土地点。

          经过近10年的考古调查,在考察了甘加盆地20多个洞穴后,团队确定了甘肃省夏河县境内白石崖溶洞为化石出土地点,还发现了两处旷野型旧石器遗址。

          白石崖溶洞恒温恒湿,在距离洞口处80米之内,冬季温度可始终保持在9度左右。“如果洞外很冷,这里更适合人类生存。”张东菊说。

          2018年,由张东菊带队,兰州大学联合甘肃省文物考古研究所,对白石崖溶洞进行小面积的正式考古发掘,发现较厚的文化层堆积,发掘出土丰富的石制品和动物骨骼遗存,显示古人类在该遗址曾较长时间生活。

          求助古蛋白 

          寻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。

          张东菊解释说,DNA损伤修复机制会随着生物死亡而崩解。在生物死亡过程中,细胞会逐渐发生自溶,随着大量蛋白酶、DNA酶等的释放,DNA很快会被降解。在高温和潮湿的条件下,DNA也容易发生水解、断裂。此外,许多微生物也会污染吞噬DNA。即使是在理想的寒冷环境下,能留存下来的古DNA也不会超过100万年。

          为进一步确定化石种属,研究团队将目光转向了古蛋白分析。

          “蛋白质比DNA‘幸存’的时间长,它们的化学和分子组成意味着其更稳定,分解速度没有那么快,尽管蛋白质最终也会分解。”Welker告诉《中国科学报》。

          于是,在得知下颌骨没有保存DNA后,Welker、张东菊和博士生夏欢在兰州大学进行了古蛋白分析。

          夏欢在接受《中国科学报》采访时表示,构成蛋白质的氨基酸化学结构最终由生物体DNA中特异的编码序列所决定,因此可以比较不同物种中相同蛋白的氨基酸组成,以认识物种之间亲缘关系的远近。

          终于,研究人员通过对化石中古蛋白质与从古老人群(丹尼索瓦人与尼安德特人)高覆盖度基因组中获取的蛋白质信息,以及现存的灵长类蛋白质序列,进行系统发生树分析和特定单氨基酸多态性研究,发现该化石在遗传学上与阿尔泰山地区丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人亲缘关系最近,可以确定为青藏高原的丹尼索瓦人,称为夏河丹尼索瓦人。

          16万年前有人不怕“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。

          “由于该化石并非正式发掘出土,且发现时间久远,所以目前无法确定化石发现时有没有直接共存的文化遗存,也没有埋藏地层信息。”张东菊对记者说。庆幸的是,化石外包裹着一层碳酸盐。经台湾大学教授沈川洲对化石外的碳酸盐包裹体进行铀系测年,结果显示,该化石形成于至少距今16万年前。

          已有研究显示,现代智人于距今3至4万年到达青藏高原,距今3600前在麦作农业的支持下大规模定居青藏高原东北部地区。此项研究表明,可能携带了适应高寒缺氧环境基因(EPAS1)的古老型智人——丹尼索瓦人,已先于现代智人来到青藏高原,且在第四纪最大冰期(倒数第二次冰期)时成功生活在这一寒冷缺氧的高海拔区域。

          这不仅将青藏高原史前人类活动历史由距今4万年推早至距今16万年,而且为进一步揭示现代藏族和夏尔巴人群的高海拔环境适应基因来源提供了新线索。

          “我们的发现意义重大,这么早在青藏高原发现丹尼索瓦人完全出乎意料。”Welker说。

          张东菊表示,该研究还首次揭露了丰富的丹尼索瓦人下颌骨体质形态信息,使将丹尼索瓦人与其他古老人群进行体质形态对比成为可能,为神秘的丹尼索瓦人的深入研究开启了更广阔的研究空间,更为深入理解东亚直立人、古老型智人和现代智人的演化关系提供了新的视角。

            作者:刘晓倩 唐凤

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








         
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