夏河丹尼索瓦人研究青藏高原人类史前推12万年

夏河丹尼索瓦人研究入选《科学》杂志“2019年十大科学突破”

青藏高原人类史前推12万年(解码)

“新的主教练来了之后,球队的气氛更加自信,心态更放松。每个人在场上表现的都更有信心,不管是后卫还是前锋,都比之前发挥要好。所以新帅更多是给我们一种心态上的鼓舞。”

陈发虎说:“夏河丹尼索瓦人下颌骨化石的发现将青藏高原上的人类活动历史提前至距今16万年,向前推进了12万年,刷新了人们对青藏高原最早人类活动历史和史前人类高海拔环境适应的认识,更在人类演化史‘拼图’中拼上了关键的一块。”

发现神秘人种的重要线索

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冰河时代,曾有一个神秘的人类种群与我们的祖先共同生活在这个世界上。

丹尼索瓦人是已灭绝的古人类种群。关于这个神秘的“全新”人种,各国的科学家和考古学家一直在努力揭秘。中国科学家的研究成果,证实了青藏高原一处洞穴内发现的人类下颌骨化石属于丹尼索瓦人,将青藏高原上的人类活动历史由从前的3万—4万年前,提前至距今16万年。这个发现刷新了人们对青藏高原最早人类活动历史和史前人类高海拔环境适应的认识,更为人类演化史拼图补上了关键一块。

发现丹尼索瓦人的西伯利亚丹尼索瓦洞海拔并不高,仅有700米,为何丹尼索瓦人化石里能检测到这种适应高原缺氧的EPAS1基因?而且,除了这个山洞之外,此前在其他地方未曾发现过任何丹尼索瓦人的存在踪迹。

随后,通过DNA检测和比对,科研人员发现丹尼索瓦人的基因广泛散布在现代亚洲人、澳大利亚土著人群和大洋洲的美拉尼西亚人群中。“尤其是青藏高原上的藏族人群和夏尔巴人群,丹尼索瓦人可能给他们贡献了一种名为EPAS1的变异等位基因。这一等位基因为其提供了适应高海拔缺氧环境的能力。”陈发虎说。

“由于该化石并非正式发掘出土,而且发现时间久远,尽管出土地点确定,但仍无法获得其埋藏地层信息,很难进行年代测定。”张东菊说。庆幸的是,化石外包裹着一层碳酸盐。研究人员对其进行了铀系测年,结果显示该化石形成于至少距今16万年前。

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补上人类演化史拼图的关键一块

为进一步确定化石种属,研究团队利用了古蛋白质分析。“人体中蛋白质的氨基酸序列及其结构同样记录着人类遗传信息,虽然其分辨率比DNA小得多,但其保存时间往往比DNA更长,因此对于判断时间较长或出土于湿热环境的古老化石种属非常有效。”张东菊说。

时间确定后,如果再能够从化石中提取出有效的DNA,就可以从分子层面做出准确判断,确定这块下颌骨的主人是谁。遗憾的是,研究人员最终未能从样本中提取出古DNA来。

此次发现的夏河丹尼索瓦人化石,最早“现身”还要追溯到1980年。

“我们每一名球员都相信球队不会降级,而我也一直会留在球队。”

“光有化石是不够的,我们要对化石出土的具体层位、地点和区域进行深入研究,才能获得化石所代表的古人类更准确的时空生存信息。”陈发虎说。因为发现年代久远,该化石在白石崖溶洞的具体出土地点和层位信息不得而知,关于化石发现地的信息仅来自于发现人所述。过去10年,研究团队考察了甘加盆地的20多个洞穴,最终确定了白石崖溶洞为化石出土地点。

谈到与比利亚雷亚尔的比赛,武磊说:“说起来很巧,我加盟球队后面对的第一个对手就是比利亚雷亚尔。上赛季我来了之后,看到球队的势头越来越好,我也希望球队能像上赛季一样,从这场比赛开始改变之前的趋势,能拿出向上的表现。这一年来我觉得自己的决定是正确的,在这里我学到了很多,也很享受场上的氛围。”

很幸运,这次研究人员在化石中发现了丹尼索瓦人特有的蛋白质。通过古蛋白质分析,研究人员最终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。

“作为球员,我会去完全执行教练的安排,不管是主力还是替补,只要我上场,就要想办法给球队做出贡献。现在的情况,我们每场比赛都要拿分。”

夏河丹尼索瓦人是如何被发现的?它的发现有何重要意义?

张东菊解释说:“在生物死亡过程中,细胞会逐渐发生自溶。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。”

当然,上述结论目前还只是在前期科学研究的基础上进行的逻辑推理,未得到进一步考古学的验证。“这也是我们接下来要做的工作之一,就是综合运用环境考古学和遗传学等多学科研究来追踪EPAS1基因的来源。”陈发虎说。

人类何时登上青藏高原和如何适应高原环境,一直是古人类学界和青藏高原科学考察的重点。

那年,有人在甘肃夏河甘加乡的白石崖溶洞里意外发现了一块人骨,几经辗转,这块化石被交到了原中科院寒区旱区环境与工程研究所研究员董光荣手上。董光荣原本计划与当时还在兰州大学任教的陈发虎一起商量如何展开进一步研究,后来搁置了。直到2010年,针对化石的研究工作才得以正式启动。

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日前,美国《科学》杂志公布了其评选的2019年十大科学突破,由中国科学院青藏高原研究所研究员陈发虎院士和兰州大学张东菊副教授领衔的夏河丹尼索瓦人研究成果入选。在此之前,该成果还曾相继入选美国《考古学》杂志评选的2019年度世界十大考古发现、《科学新闻》杂志评选的2019年度十大科学新闻。

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虽然新发现的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,为丹尼索瓦人体质形态研究提供了重要证据。

2019年5月,这一谜题有了被解开的希望。陈发虎、张东菊团队从来自甘肃省夏河县白石崖溶洞中的一块古人类下颌骨化石上找到了新线索。这块古人类右侧下颌骨化石,长约12厘米,包括第一和第二臼齿两颗完整牙齿。通过对化石进行测年、体质形态和古蛋白质等分析,研究人员确定其为丹尼索瓦人或其近亲种,是一个青少年个体。

2008年,在俄罗斯西伯利亚南部阿尔泰山脉的一个名叫“丹尼索瓦”的山洞里,人们首次发现了他们的“踪迹”——一截指骨化石和两颗牙齿化石。

判断验证古老化石的种属

陈发虎说:“白石崖溶洞海拔3280米。只有长时间生活在高海拔地区,才可能选择出耐低氧基因。丹尼索瓦人可能最早生活在包括青藏高原以内的广大东亚地区,在向青藏高原扩散的过程中,获得了适应高寒缺氧的基因,然后传给了现在的藏族人群和夏尔巴人群。”

“下颌骨的形态表现出一些古老性,更接近中更新世的化石人类,其下颌骨粗壮,低厚,尤其是缺少下巴颏。”陈发虎说:“通过下颌骨几何形态测量,我们也发现了一些原始性,包括变异在中更新世化石人类范围内,而在直立人变异范围的边缘,更接近中国蓝田人、周口店人。但相反的是,从牙齿排列的形态来看,与直立人有所差别,不像直立人那么长,而更接近于中更新世尼安德特人和现代智人的一些标本。”

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团队研究人员透露,接下来还将对丹尼索瓦洞丹尼索瓦人和夏河丹尼索瓦人的交流、迁移、扩散问题,夏河丹尼索瓦人的遗传特征、体质形态特征及文化特征,夏河丹尼索瓦人在青藏高原上的时空分布、与东亚其他古人类以及现代人的关系等问题,开展进一步研究工作。

谈到对阵巴萨的进球,武磊表示:“当时我想的是这粒进球能给球队带来一个积分。从上一场比赛开始,我们要把之前的赛果忘掉,进入全新的阶段。遇到巴萨能获得分数是给今年开了一个好头。球迷也给了我们很多帮助。”

各国的科学家和考古学家们一直在寻找答案。

“赛季初我们没有想到现在会处于这样的位置,大家知道球队非常困难,不管哪名教练来,都要尽快适应教练的打法,我们一直都有信心能够完成保级的任务。”

两年后,科研人员从这截指骨化石中提取到了古DNA,分析研究后发现这些化石来自4万年前,主人是一个5—7岁的小女孩。最特别的是,她不同于此前发现的早期现代人、尼安德特人以及弗洛勒斯人,属于一个“全新”人种。于是,依据发现地的地名,将其命名为“丹尼索瓦人”。

此前,考古学家认为青藏高原有明确记录的人类遗址最早也就到1.5万年前。2018年底,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员高星和副研究员张晓凌在尼阿底遗址(海拔4600米)的新发现将人类登上青藏高原的历史推至3万—4万年前。