發(fā)現(xiàn)人類演化史“拼圖”關(guān)鍵一塊

一塊人類化石，一個(gè)佛教神洞，一場(chǎng)跨越2000多公里的異國(guó)“認(rèn)親”，一項(xiàng)撥開16萬(wàn)年前歷史之謎的考古研究，不僅使之前僅發(fā)現(xiàn)于阿爾泰山地區(qū)的丹尼索瓦人“現(xiàn)身”青藏高原并命名為夏河丹尼索瓦人（簡(jiǎn)稱夏河人），而且將青藏高原上的人類活動(dòng)歷史從距今4萬(wàn)年提前至距今16萬(wàn)年，刷新了人們對(duì)青藏高原最早人類活動(dòng)歷史和史前人類高海拔環(huán)境適應(yīng)的認(rèn)識(shí)，更在人類演化史“拼圖”中拼上了關(guān)鍵的一塊。

厘清人類演化變遷歷史，是人類的重大課題。

    “你是誰(shuí)？”

    “我是夏河丹尼索瓦人?！?/strong>

據(jù)蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院副教授、環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)主要成員、論文共同通訊作者張東菊介紹，有關(guān)該成果的研究從大約10年前就開始了，而針對(duì)化石本身的研究是從2016年開始的。

這是一塊長(zhǎng)約12厘米、保存有完整的第一臼齒和第二臼齒、其他牙齒僅保留牙根部分、整體呈土黃色的古人類右側(cè)下頜骨化石，“從外表特征上看，我們可以初步判斷這是一個(gè)年代比較久的人類化石，但到底有多久、屬于哪個(gè)人種，這些信息都需要我們科學(xué)考證”。

2016年，蘭大環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)和德國(guó)馬普進(jìn)化人類學(xué)研究所的讓-雅克·胡布林（Jean-Jacques Hublin）教授團(tuán)隊(duì)合作，在過(guò)去10年在甘加盆地多次考察的基礎(chǔ)上，擬定了針對(duì)化石的詳盡的研究計(jì)劃。

計(jì)劃第一步就是進(jìn)行體質(zhì)形態(tài)分析。團(tuán)隊(duì)通過(guò)CT掃描將化石形態(tài)數(shù)據(jù)電子化，不僅重建了完整的下頜骨，而且得到了化石的準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)。

借助測(cè)量數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)從頜骨形態(tài)、齒弓形態(tài)、骨壁厚度、牙齒特征等方面在點(diǎn)狀分布圖中與世界上已知的古人類化石進(jìn)行比對(duì)，“在點(diǎn)狀分布圖上，各個(gè)人種都會(huì)有一個(gè)聚集區(qū)，我們看他分布在哪個(gè)聚集區(qū)，就說(shuō)明他屬于或更接近于哪個(gè)人種”。但是，該化石在點(diǎn)狀分布圖上并沒(méi)有“認(rèn)到親”，“可以確定其是中更新世古老型智人的一種”。

而事實(shí)上，化石的“親人”早已于2008年從阿爾泰山地區(qū)丹尼索瓦洞出土，于2010年被科學(xué)家們確認(rèn)為新人種并命名為丹尼索瓦人。但是，由于丹尼索瓦洞出土的僅是一截人類小手指骨、體積太小，科學(xué)家從中提取到了高質(zhì)量的基因組信息卻沒(méi)能建立起完整的體質(zhì)形態(tài)信息，使得在點(diǎn)狀分布圖上未能比對(duì)成功，這也成為丹尼索瓦洞丹尼索瓦人研究中缺失且急需補(bǔ)充的一環(huán)。

之后，團(tuán)隊(duì)對(duì)化石采樣，樣品被分作兩份，一份用于提取古DNA，另一份提取古蛋白。

作為考古學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的科技手段，古DNA提取分析技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)90年代開始發(fā)展，到2010年左右已經(jīng)非常成熟?；瘶悠酚芍锌圃汗偶棺祫?dòng)物與古人類研究所付巧妹研究員團(tuán)隊(duì)進(jìn)行古DNA分析，但遺憾的是，可能由于年代太久，化石中的古DNA已高度降解，并未提取到，“也在預(yù)料之中，因?yàn)檫^(guò)去的研究中提取到古DNA的化石基本都是在10萬(wàn)年以內(nèi)，而我們這個(gè)化石在前期的工作中就已經(jīng)判斷出比較古老”。

與此同時(shí)，由哥本哈根大學(xué)和馬普進(jìn)化人類學(xué)研究所的弗里多·維爾克（Frido Welker）博士與蘭大在讀博士生夏歡一起開展的古蛋白提取傳來(lái)了好消息：提取到了深度降解的古蛋白。相比基因而言，由基因編譯的蛋白包含的遺傳信息較少，但比DNA更穩(wěn)定、保存時(shí)間更長(zhǎng)。

古蛋白分析結(jié)果顯示，這塊化石從遺傳學(xué)上證明與丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人親緣關(guān)系最近，可以確定其為青藏高原的丹尼索瓦人，團(tuán)隊(duì)建議命名為夏河丹尼索瓦人，簡(jiǎn)稱夏河人。

對(duì)丹尼索瓦洞的考古研究自上個(gè)世紀(jì)七八十年代開始一直持續(xù)至今。2019年，遺傳學(xué)家用丹尼索瓦洞丹尼索瓦人的全基因組重建了丹尼索瓦人的長(zhǎng)相，然后用夏河人下頜骨的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)和驗(yàn)證，“因?yàn)槲覀冞@一塊化石是目前出土的體積最大的一塊丹尼索瓦人骨化石”，比對(duì)結(jié)果有很大一部分重合，進(jìn)一步證明了兩者的親緣關(guān)系。

    “你從哪里來(lái)？”

    “我從海拔3200米的甘肅省夏河縣白石崖溶洞來(lái)?！?/strong>

上個(gè)世紀(jì)90年代，一塊“臟兮兮”的骨頭從貢唐活佛處輾轉(zhuǎn)到了中科院寒旱所研究員、蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院兼職教授董光榮手上，貢唐活佛期望科研人員能對(duì)這塊“有可能是化石”的骨頭進(jìn)行分析研究，并告知董光榮幾條零星信息：

骨頭是80年代一名僧人作為“神物”獻(xiàn)給自己的，僧人是在甘肅省甘南州夏河縣甘加盆地的白石崖溶洞修行時(shí)無(wú)意間摸到這塊骨頭的，白石崖溶洞是當(dāng)?shù)氐姆鸾躺穸础?/p>

這幾條零星信息也成為蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)最初考證化石出土地和進(jìn)行年代分析的唯一依據(jù)，而后來(lái)的研究又用充分的數(shù)據(jù)和事實(shí)印證了這些零星信息的可靠性。

董光榮和陳發(fā)虎決定對(duì)這塊化石合作開展研究，正式的研究工作于2010年啟動(dòng)。

由于該化石并非考古發(fā)掘所得，出土層位的缺失使得考證化石的出土地、出土層位極其艱難，“我們的工作更多的是2010年到2016年圍繞化石出土地開展的前期考古調(diào)查，這是最難的部分，花費(fèi)了大量心血”，而出土地、出土層位又是在確定化石年代、人種等時(shí)不可回避的問(wèn)題。

甘加盆地位于夏河縣北距縣城約40分鐘車程的地方，行政隸屬于夏河縣甘加鄉(xiāng)。六七年間，團(tuán)隊(duì)在以甘加盆地為中心的方圓6000平方公里范圍內(nèi)多次開展考古調(diào)查。這一區(qū)域分布著包括白石崖溶洞在內(nèi)的大大小小十幾個(gè)山洞，團(tuán)隊(duì)逐一進(jìn)行了考察，“白石崖溶洞我進(jìn)去了就不下20次”，同時(shí)尋訪了附近大量的民眾，企圖找到更多的舊石器時(shí)代考古遺址，確定夏河人化石在白石崖溶洞的具體出土地點(diǎn)和層位，以及找到與化石共生的文化遺存，“文化遺存就是人類曾經(jīng)在此生活過(guò)的痕跡和證據(jù)”。

考察的結(jié)果是，團(tuán)隊(duì)在除白石崖溶洞之外的其他山洞中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何舊石器時(shí)代考古文化遺存，排除了化石從白石崖溶洞之外的其他山洞出土的可能性，進(jìn)一步確證了此前獲得的化石發(fā)現(xiàn)地信息的可靠性。

白石崖溶洞位于甘加盆地北側(cè)的白石崖山腳處，洞前往下約20米處有小河流過(guò)，洞口高約5米、寬約8米，進(jìn)洞約60米以內(nèi)為相對(duì)平坦的斜坡通道，常年溫度8℃左右，恒溫恒濕，洞內(nèi)越往里越險(xiǎn)峻，總長(zhǎng)度不詳。作為當(dāng)?shù)氐姆鸾躺穸?，每年都?huì)有大量的民眾前往朝拜、修行、參觀，甚至患有疑難雜癥者還在洞中過(guò)夜，“他們認(rèn)為可以治病”，在洞中發(fā)現(xiàn)化石則會(huì)被看作無(wú)上幸運(yùn)。目前，白石崖溶洞由距其不遠(yuǎn)的白石崖寺進(jìn)行管理和維護(hù)。

一方面，前期大量的考古調(diào)查排除了化石出土于甘加盆地其他地方的可能性，另一方面，白石崖溶洞在當(dāng)?shù)孛癖娭猩袷サ牡匚缓推溥m宜人類居住的自然特征增加了化石出土于該洞的可能性，團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)聚焦在了白石崖溶洞。

迎來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)是在2016年、團(tuán)隊(duì)再一次進(jìn)洞考察時(shí)，張東菊無(wú)意間發(fā)現(xiàn)了一些松散堆積物，“有松散堆積物就說(shuō)明這個(gè)地方很可能有文化遺存”。在朝拜群眾踏開的堆積物中，張東菊發(fā)現(xiàn)了幾塊石頭，拿到洞外光亮處仔細(xì)辨別是打制石器，“它和自然破裂的石頭明顯不一樣，而打制石器的使用是在舊石器時(shí)代”。

這成為科學(xué)證明白石崖溶洞中有史前人類生存痕跡的直接證據(jù)，也進(jìn)一步印證了化石出土于白石崖溶洞。

    “你多少歲了？”

    “我16萬(wàn)歲了?！?/strong>

在考古研究中，確定一塊化石的出土地和出土地層，直接指向就是為其定年代和定人種，而年代和人種是接下來(lái)開展研究的首要和必要條件。

發(fā)現(xiàn)打制石器后，張東菊2017年向國(guó)家文物局遞交了發(fā)掘申請(qǐng)，以期通過(guò)發(fā)掘獲得該洞穴遺址的古人類活動(dòng)信息，但未獲批。

2018年她再次遞交申請(qǐng)，得以批準(zhǔn)。

2018年夏天，團(tuán)隊(duì)前往發(fā)掘，一個(gè)多星期后，完成了清理剖面、取樣、畫圖、測(cè)量等工作，發(fā)掘到了大量的石制品和動(dòng)物骨骼，“后期如果測(cè)得這些石制品和動(dòng)物骨骼也形成于16萬(wàn)年之前，那就進(jìn)一步印證了之前夏河人化石的鈾系測(cè)年結(jié)果”。

16萬(wàn)年的測(cè)年結(jié)果于2017年就“出土”了。

碳十四測(cè)年、通過(guò)確定出土地層確定形成年代的方法、以化石骨骼為材料的鈾系測(cè)年法，以及ESR測(cè)年法等均因不可操作或?qū)瘬p傷太大被一一排除，化石定年工作一度毫無(wú)進(jìn)展。

這時(shí)，附著在化石表面的“臟臟的”碳酸鹽沉積物引起了團(tuán)隊(duì)的注意，“碳酸鹽沉積物就和洞里的石筍一樣，我們之前知道它是碳酸鹽沉積物，但有很多泥土摻在其中，覺得不能用，后來(lái)沒(méi)辦法了我們想要不試試吧”。

團(tuán)隊(duì)將從化石表面采集的沉積物交給有著多年合作關(guān)系的臺(tái)灣大學(xué)沈川洲教授，沈川洲開展了鈾系測(cè)年，測(cè)出沉積物形成于16萬(wàn)年前，“用碳酸鹽沉積物測(cè)年準(zhǔn)確性非常高，它的形成一般和化石同期或者晚一些，所以可以說(shuō)沉積物的年齡代表了化石最小的年齡”。

團(tuán)隊(duì)為此測(cè)年結(jié)果異常欣喜。

但為了進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)論、使其更具有準(zhǔn)確性和說(shuō)服力，團(tuán)隊(duì)又對(duì)化石表面的沉積物增加采集了兩個(gè)樣品，兩個(gè)新樣品測(cè)定的結(jié)果依然為16萬(wàn)年左右。

青藏高原作為世界上海拔最高的高原和世界第三極，其嚴(yán)酷的自然環(huán)境和稀薄的氧氣對(duì)人類的生理和生計(jì)構(gòu)成了雙重挑戰(zhàn)，即使對(duì)現(xiàn)代人而言也是最難生存的極端環(huán)境之一，對(duì)青藏高原史前人類活動(dòng)的研究長(zhǎng)期是科學(xué)界的熱門話題。

丹尼索瓦洞丹尼索瓦人和夏河人的交流、遷移、擴(kuò)散問(wèn)題，夏河人的DNA信息、遺傳特征、體質(zhì)形態(tài)特征及文化特征，夏河人在青藏高原上的分布范圍、與東亞其他古人類以及現(xiàn)代人的關(guān)系，等等，都是團(tuán)隊(duì)計(jì)劃下一步開展的工作。

近日來(lái)，張東菊和10名學(xué)生組成的發(fā)掘團(tuán)隊(duì)再一次在白石崖溶洞開展發(fā)掘工作，在發(fā)掘團(tuán)隊(duì)的每一位成員心里，更重的責(zé)任感油然而生，“已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了豐富的文化遺存，希望在后續(xù)的研究中能逐步解決更多關(guān)于丹尼索瓦人的問(wèn)題，使白石崖溶洞成為丹尼索瓦人研究的另一個(gè)中心，也將青藏高原史前人類活動(dòng)研究推上一個(gè)新的臺(tái)階，但這不是一代人的事”。

《中國(guó)教育報(bào)》2020年03月09日第7版