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Jun. 03 2019

歷經39年登上《自然》的「洞穴怪石」,究竟是什麼來頭?

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  • 1980年,藏族僧人在甘肅白石崖溶洞裡發現的「怪石」。攝影:張東菊|蘭州大學

  • 化石發現地點周邊的壯美景色。攝影:張東菊|蘭州大學

  • 西藏尼阿底遺址中石製品的細節圖。圖片來源:參考文獻[4]

  • 研究的下頜骨化石復原圖。圖片來源:Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

  • 下頜化石所在的白石崖溶洞內部的景象。攝影:張東菊|蘭州大學

  • 藏民能夠適應高原氣候,這要部分歸功於丹尼索瓦人留給他們的基因。圖片來源:Monikaw1999|pixabay

  • 此前在俄羅斯西伯利亞發現的丹尼索瓦人化石。圖片來源:Thilo Parg|wikimedia commons

  • CT掃描獲得的牙齒內部形態,紅色部分是牙髓腔。圖片來源:參考文獻[1]

  • 進行發掘工作的考古人員。圖片來源:張東菊|蘭州大學

  • 白石崖溶洞所在河谷的秋景。圖片來源:張東菊|蘭州大學

16萬年前,登上青藏高原的先民是何許人也?

1980年的一天,有位藏族僧人在甘肅夏河縣的溶洞裡發現了一塊古怪的「石頭」。

這塊石頭形狀扁平,上面還插著幾顆牙,看上去很像是人類的下巴。僧人不知此為何物,但或許隱約預感到它來頭不凡,並沒有隨手丟棄,而是將它交給了當地的活佛。博聞強識的活佛一看,發現這是極其珍稀的人類化石,便聯繫了專家進行分析。

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1980年,藏族僧人在甘肅白石崖溶洞裡發現的「怪石」。攝影:張東菊|蘭州大學

當時的他們也許不會想到,就是這塊「怪石」,在39年後(2019年5月2日)登上了《自然》(Nature)期刊[1],並作為舉世罕見的古人類化石,刷新了人類對青藏高原歷史的認識!

青藏高原最早何時開始有人類居住?

「是誰帶來遠古的呼喚,是誰留下千年的期盼?」

正如這首《青藏高原》所唱的那樣,壯美的高原景色總能引發我們對遠古時代的想像。

化石發現地點周邊的壯美景色。攝影:張東菊|蘭州大學

可是,壯美的青藏高原何時開始有人類居住?最早挑戰這片極限環境的先民是哪種古人類?他們又為何要選擇在那兒繁衍生息?這些問題一直困惑著科學家們。

為了解開謎團,他們幾十年如一日地在青藏高原進考古發掘,尋找人類祖先留下的蛛絲馬跡。

早先的一些學術觀念認為,青藏高原上出現人類是很晚才發生的事情,最多不過距今1-2萬年前。他們覺得青藏高原的高寒環境太過艱苦,更早時候的古人類技術又太過原始,沒有辦法存活下去[2-3]

然而,後續的研究卻表明,數萬年前的青藏高原遠比我們想像中更宜居。當時的高原雨水充沛,不僅有森林草原,甚至還有幾個面積超過1萬平方公里的湖泊。

可想而知,在一片水草豐饒的環境中,古人類就算技術原始但想找到飯吃總還是有辦法的。而就在2018年,人們就在西藏尼阿底遺址找到了古人類的「石器加工基地」,證明人類在青藏高原生存的歷史至少有4萬年之久[4]

西藏尼阿底遺址中石製品的細節圖。圖片來源:參考文獻[4]

而這一次,來自甘肅夏河的這塊下頜化石則更為古老。經自中國科學院等機構的研究團隊鑑定得出:這塊古人類化石距今至少有16萬年的歷史,證明青藏高原早在那個時候就已經有人類居住。這樣一來,就將青藏高原的人類活動歷史一下子推進到了距今16萬年前。

研究的下頜骨化石復原圖。圖片來源:Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

不過,「16萬年」這麼重要的數字是怎麼測得的呢?當初化石出土的時候不是沒有年代數據嗎?原來,研究者們從下頜化石的表面採集了一些堆積物樣本──這些堆積物都是下頜骨在埋藏過程中逐漸黏附上去的。

人們利用鈾系定年法,通過同位素的衰變情況推算得知:三例堆積物樣本的形成年代約為距今15.5萬年、16.3萬年,以及16.5萬年。而下頜化石主人的死亡年代應該比這些樣本更早,所以其距今至少有16萬年左右的歷史。

下頜化石所在的白石崖溶洞內部的景象。攝影:張東菊|蘭州大學

下頜化石的主人,究竟是何許人也?

如此古老的年代不僅刷新了紀錄,同時又引申出另一個問題:這塊下頜化石是哪一種古人類的殘骸?

雖然今天的地球上只有現代人這一種人類,但是在16萬年前,人類大家庭可熱鬧得多。除了我們的直系祖先,世界上同時還生活著尼安德塔人、丹尼索瓦人,以及更加古老的直立人。那麼,這批登上青藏高原的先民究竟是何許人也?

其實,科學家們對於青藏高原的古人類來源早已有些猜測,而這還得從「高原反應」說起。

從內地進入西藏,高原反應是絕大多數內地人都逃不過的一道坎。相比之下,藏族人為什麼就很少出現高反?以往的研究發現,藏區居民體內有一種特殊的基因EPAS1,能夠調節生理狀態,適應缺氧環境。而這個EPAS1基因,正是來自於已經徹底滅絕的古人類支系「丹尼索瓦人」。所以,數萬年前的青藏高原有可能住著一批丹尼索瓦人,並和藏區居民的祖先通婚、繁衍。

藏民能夠適應高原氣候,這要部分歸功於丹尼索瓦人留給他們的基因。圖片來源:Monikaw1999|pixabay

不過,這一切都只是猜想。要想證明丹尼索瓦人和青藏高原的聯繫,我們還需要更為直接的證據──人骨化石。如果能在青藏高原上直接找到這群古人類的遺骸,那麼以往的猜測就能落下實錘。而現在,科學家們已經找到了人骨化石,可它會不會是人們期盼已久的丹尼索瓦人呢?

此前在俄羅斯西伯利亞發現的丹尼索瓦人化石。圖片來源:Thilo Parg|wikimedia commons

要說判斷古人類種屬最直觀的辦法,就是對骨骼形態進行測量。所以,研究團隊利用斷層掃描和幾何形態測量技術,綜合分析了下頜化石以及牙齒表面、牙髓腔的形態。

可是測量結果顯示,這塊化石的形態和當時各種古人類都差不多,只有齒列和丹尼索瓦人比較像。可是單憑這一個證據,我們沒有辦法判定化石主人的種類。

CT掃描獲得的牙齒內部形態,紅色部分是牙髓腔。圖片來源:參考文獻[1]

那麼,古DNA技術在這兒是否可行呢?在以往類似的研究中,科學家們已經依靠化石中殘存的DNA片段破解了不少「歷史迷案」。可是這一次,古DNA技術卻沒派上用場,因為下頜化石中沒能找到殘存的基因片段。

於是乎,研究人員想到了一種新技術:古蛋白質分析。和DNA分析的原理類似,不同生物體內的蛋白質成分殊異,就好似與眾不同的指紋一樣。憑藉它,我們就能判定化石主人到底是哪種古人類。更重要的是,部分蛋白質比DNA更容易保存。果不其然,研究者們從下頜化石的臼齒內部提取到了殘存的膠原蛋白。此外,他們還找來了大猩猩、現代人、尼安德塔人以及丹尼索瓦人的同種蛋白質作為對比。

進行發掘工作的考古人員。圖片來源:張東菊|蘭州大學

分析結果顯示,本次研究的下頜化石所含蛋白質與現代人、尼安德塔人差異很大,但是卻與以往發現的丹尼索瓦人化石極為接近,可以判定他們同屬一個種類。因此,研究者們總結認為:甘肅夏河發現的下頜化石,正是丹尼索瓦人的遺骸!

這是人們首次在西伯利亞丹尼索瓦洞以外的地方發現丹尼索瓦人。也表明丹尼索瓦人適應高海拔、低氧環境的時間遠遠早於當地現代人。

這麼看來,科學家們的猜測真的很準,丹尼索瓦人以前確實在青藏高原居住過。不過,他們是不遠萬里來到此地的「移民」,還是青藏高原的「本地居民」呢?對此,科學家們目前也很難給出答案,畢竟我們對於丹尼索瓦人仍然知之甚少。

白石崖溶洞所在河谷的秋景。圖片來源:張東菊|蘭州大學

無論如何,丹尼索瓦人在萬年前的舉動已經深深影響了我們現代人。儘管這批古人類已經滅絕,但他們的基因仍流淌在藏區居民的血液裡。而這塊甘肅夏河發現的化石,就是歷史最好的見證。

 

參考資料:

  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, PJ, D. Rhode, and DB Madsen. "Archaeology Augments Tibet's Genetic History"[J]. Science,2010.
  3. 國家文物局.中國文物地圖集·西藏自治區分冊[M],2010.
  4. XL Zhang,BBHa,et al.The earliest human occupationof the high-altitude Tibetan Plateau40 thousand to 30 thousand years ago[J]. Science,2018.

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