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历经39年登上《自然》的“洞穴怪石”,究竟是什么来头?

|· 本文来自“我是科学家”·|

1980年的一天,有位藏族僧人在甘肃夏河县的溶洞里发现了一块古怪的“石头”。

这块石头形状扁平,上面还插着几颗牙,看上去很像是人类的下巴。僧人不知此为何物,但或许隐约预感到它来头不凡,并没有随手丢弃,而是将它交给了当地的活佛。博闻强识的活佛一看,发现这是极其珍惜的人类化石,便联系了国内专家进行分析。

1980年,藏族僧人在甘肃白石崖溶洞里发现的“怪石”。摄影:张东菊 兰州大学

当时的他们也许不会想到,就是这块“怪石”,在39年后的今天(2019年5月2日)登上了顶级期刊《自然》(Nature)杂志[1],并作为举世罕见的古人类化石,刷新了人类对青藏高原历史的认识!

青藏高原最早何时开始有人类居住?

“是谁带来远古的呼唤,是谁留下千年的期盼?”

正如这首《青藏高原》所唱的那样,壮美的高原景色总能引发我们对远古时代的畅想。

化石发现地点周边的壮美景色。摄影:张东菊 兰州大学

可是,壮美的青藏高原何时开始有人类居住?最早挑战这片极限环境的先民是哪种古人类?他们又为何要选择在那儿繁衍生息?这些问题一直困惑着中外科学家们。

为了解开谜团,他们几十年如一日地在青藏高原进考古发掘,寻找人类祖先留下的蛛丝马迹。

早先的一些学术观念认为,青藏高原上出现人类是很晚才发生的事情,最多不过距今1~2万年前。他们觉得青藏高原的高寒环境太过艰苦,更早时候的古人类技术又太过原始,没有办法存活下去[2-3]

然而,后续的研究却表明,数万年前的青藏高原远比我们想象中更宜居。当时的高原雨水充沛,不仅有森林草原,甚至还有几个面积超过10,000平方千米的湖泊,比今天的鄱阳湖还要大。

可想而知,在一片水草丰饶的环境中,古人类就算技术原始但想找到饭吃总还是有办法的。而就在2018年,人们就在西藏尼阿底遗址找到了古人类的“石器加工基地”(早在4万年前,古人类就在青藏高原开“石器厂”了!),证明人类在青藏高原生存的历史至少有4万年之久[4]

西藏尼阿底遗址中石制品的细节图。图片来源:参考文献[4]

而这一次,来自甘肃夏河的这块下颌化石则更为古老。经自中科院等机构的研究团队鉴定得出:这块古人类化石距今至少有16万年的历史,证明青藏高原早在那个时候就已经有人类居住。这样一来,就将青藏高原的人类活动历史一下子推进到了距今16万年前。

此次研究的下颌骨化石复原图。图片来源:Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

不过,“16万年”这么重要的数字是怎么测得的呢?当初化石出土的时候不是没有年代数据吗?原来,研究者们从下颌化石的表面采集了一些堆积物样本——这些堆积物都是下颌骨在埋藏过程中逐渐粘附上去的。

人们利用铀系测年法,通过同位素的衰变情况推算得知:三例堆积物样本的形成年代约为距今15.5万年、16.3万年,以及16.5万年。而下颌化石主人的死亡年代应该比这些样本更早,所以其距今至少有16万年左右的历史。

下颌化石所在的白石崖溶洞内部的景象。摄影:张东菊 兰州大学

下颌化石的主人,究竟是何许人也?

如此古老的年代不仅刷新了纪录,同时又引申出另一个问题:这块下颌化石是哪一种古人类的残骸?

虽然今天的地球上只有现代人这一种人类,但是在16万年前,人类大家庭可热闹得多。除了我们的直系祖先,世界上同时还生活着尼安德特人、丹尼索瓦人,以及更加古老的直立人。那么,这批登上青藏高原的先民究竟是何许人也?

其实,科学家们对于青藏高原的古人类来源早已有些猜测,而这还得从“高原反应”说起。

从内地进入西藏,高原反应是绝大多数内地人都逃不过的一道坎。相比之下,藏族人为什么就很少出现高反?以往的研究发现,藏区居民体内有一种特殊的基因EPAS1,能够调节生理状态,适应缺氧环境。而这个EPAS1基因,正是来自于已经彻底灭绝的古人类支系“丹尼索瓦人”。所以,数万年前的青藏高原有可能住着一批丹尼索瓦人,并和藏区居民的祖先通婚、繁衍。

藏民能够适应高原气候,这要部分归功于丹尼索瓦人留给他们的基因。图片来源:Monikaw1999|pixabay

不过,这一切都只是猜想。要想证明丹尼索瓦人和青藏高原的联系,我们还需要更为直接的证据——人骨化石。如果能在青藏高原上直接找到这群古人类的遗骸,那么以往的猜测就能落下实锤。而现在,科学家们已经找到了人骨化石,可它会不会是人们期盼已久的丹尼索瓦人呢?

此前在俄罗斯西伯利亚发现的丹尼索瓦人化石。图片来源:Thilo Parg|wikimedia commons

要说判断古人类种属最直观的办法,就是对骨骼形态进行测量。所以,研究团队利用CT扫描和几何形态测量技术,综合分析了下颌化石以及牙齿表面、牙髓腔的形态。

可是测量结果显示,这块化石的形态和当时各种古人类都差不多,只有齿列和丹尼索瓦人比较像。可是单凭这一个证据,我们没有办法判定化石主人的种类。

CT扫描获得的牙齿内部形态,红色部分是牙髓腔。图片来源:参考文献[1]

那么,古DNA技术在这儿是否可行呢?在以往类似的研究中,科学家们已经依靠化石中残存的DNA片段破解了不少“历史迷案”。可是这一次,古DNA技术却没派上用场,因为下颌化石中没能找到残存的基因片段。

于是乎,研究人员想到了一种新技术:古蛋白质分析。和DNA分析的原理类似,不同生物体内的蛋白质成分殊异,就好似与众不同的指纹一样。凭借它,我们就能判定化石主人到底是哪种古人类。更重要的是,部分蛋白质比DNA更容易保存。果不其然,研究者们从下颌化石的臼齿内部提取到了残存的胶原蛋白。此外,他们还找来了大猩猩、现代人、尼安德特人以及丹尼索瓦人的同种蛋白质作为对比。

进行发掘工作的考古人员。图片来源:张东菊 兰州大学

分析结果显示,本次研究的下颌化石所含蛋白质与现代人、尼安德特人差异很大,但是却与以往发现的丹尼索瓦人化石极为接近,可以判定他们同属一个种类。因此,研究者们总结认为:甘肃夏河发现的下颌化石,正是丹尼索瓦人的遗骸!

这是人们首次在西伯利亚丹尼索瓦洞以外的地方发现丹尼索瓦人。也表明丹尼索瓦人适应高海拔、低氧环境的时间远远早于当地现代人。

这么看来,科学家们的猜测还真挺靠谱,丹尼索瓦人以前确实在青藏高原居住过。不过,他们是不远万里来到此地的“移民”,还是青藏高原的“本地居民”呢?对此,科学家们目前也很难给出答案,毕竟我们对于丹尼索瓦人仍然知之甚少。

白石崖溶洞所在河谷的秋景。图片来源:张东菊 兰州大学

无论如何,丹尼索瓦人在万年前的举动已经深深影响了我们现代人。尽管这批古人类已经灭绝,但他们的基因仍流淌在藏区居民的血液里。而这块甘肃夏河发现的化石,就是历史最好的见证。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Fahu Chen, Frido Welker, Chuan-Chou Shen,et a. A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau[J]. Nature,2019
  2. Brantingham, P.J., D. Rhode, and D.B. Madsen. "Archaeology Augments Tibet's Genetic History"[J]. Science,2010.
  3. 国家文物局.中国文物地图集·西藏自治区分册[M],2010.
  4. X. L. Zhang,B.B.Ha,et al.The earliest human occupationof the high-altitude Tibetan Plateau40 thousand to 30 thousand years ago[J]. Science,2018.
The End

发布于2019-05-08, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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闲鲤

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