北京時間2020年12月30日,雲南省文物考古研究所研究員吉學平和美國賓夕法尼亞大學教授Nina G.Jablongski共同主持的項目昭通新近紀中猴化石研究的成果,蘭州大學教授張冬菊和中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹共同主導合作的在距今6萬年至10萬年前青藏高原東北部白石崖溶洞沉積物中發現丹尼索瓦人古DNA成果,共同入選國際權威研究機構美國史密森研究院雜誌和網站評選的「2020年度人類起源研究十大新認知」名單。
昭通新近紀中猴化石的發現直接與人類進化歷程相關,它幫助我們了解現在未滅絕的靈長類如何倖存、繁盛和全球遷徙。白石崖溶洞沉積物中發現丹尼索瓦人古DNA成果使得丹尼索瓦人遺傳特徵首次在中國被揭開。
· 昭通新近紀中猴化石成果·
中猴的遷移路線從一定程度上反映了古猿在全球氣候變化背景下的遷移路線,也與早期人類的遷移路線大體一致,對於研究早期人類起源具有重要意義。
昭通水塘壩靈長類下頜骨出土現場
昭通水塘壩發現的金絲猴祖先——中猴及其生態環境復原圖
中猴是最早被學術界記錄的靈長類動物化石之一,160多年前就發現於希臘雅典附近的佩克米(Pikermi)地區。後來在伊朗、阿富汗、俄羅斯、巴基斯坦都有發現,是地理分布最廣泛的非人靈長類化石代表之一。
20世紀末,多項研究推測,亞洲金絲猴的祖先應該是類似中猴的古靈長類,但古生物學者一直沒有找到化石證據支撐。之後研究推斷金絲猴最早的祖先應該是在距今670萬年至730萬年期間由中國雲南地區的一種猴科動物演化而來。這一推斷隨著昭通水塘壩化石的發現得到證實。
「昭通中猴化石標本發現於2009年和2010年,是這一物種到達歐亞大陸最靠東部的化石記錄,也是這一物種在東亞的首次發現。」吉學平介紹,發現的中猴為一雌性個體,體重在7.11千克至7.26千克之間,為中猴下頜骨化石、股骨化石和跟骨化石。
詳盡的解剖學特徵對比和定量分析表明,昭通發現的中猴與歐洲發現的奔德裡中猴為同一種屬。奔德裡中猴是距今820萬年至710萬年期間廣泛分布於歐洲和西亞的最早的猴科代表種屬之一,在南亞也有零星分布。
靈長類動物跟骨功能分析可以折射其生存環境。吉學平介紹,700萬年以來,歐洲東南部持續乾旱,而東亞由於青藏高原的隆升和亞洲季風氣候的形成,對熱帶、亞熱帶森林環境影響較為緩慢,保存了適宜新近紀動植物古老物種倖存和新物種形成的環境。昭通水塘壩650萬年至600萬年前森林茂密,有開闊林地和補丁狀草地相間的湖沼邊緣靜水環境,夏季相對暖溼,冬季相對乾冷,季節變化程度相對較弱。「歐洲的中猴由於其運動功能的多變性,能適應各種緯度、溫度和降雨量的環境以及採食水果、樹葉及堅果、種子等顆粒狀的多樣性食物,使其得以沿著南邊的森林走廊長途遷徙,來到東亞南部森林廣布的『避難所』(昭通)生存下來,最終演化成部分或全部現生亞洲疣猴、更可能是現生金絲猴類的最原始的祖先。」吉學平表示。
2009年,科學家在昭通水塘壩發現600萬年前的古猿頭骨化石,引起國內外轟動。該次發現的中猴化石層位剛好在古猿頭骨之下,與古猿大體處於同一時代。「這是已知的歐亞大陸中猴和古猿共生的兩個地點之一,反映出這兩種靈長類可以分別利用森林和開闊的林地或與補丁狀草地鑲嵌的環境生存。它們因為行為和食性的差異性,避免了食物競爭而滅絕。」吉學平說,中猴的遷移路線也從一定程度上反映了古猿在全球氣候變化背景下的遷移路線,也與早期人類的遷移路線大體一致,對於研究早期人類起源具有重要意義。
此項研究由雲南省文物考古研究所和美國賓夕法尼亞大學聯合主持,希臘亞里斯多德大學、中國科學院地質與地球物理研究所、美國哈佛大學、克利夫蘭自然歷史博物館、亞利桑那大學、雲南大學、西北大學、西澳大利亞大學、中國科學院昆明動物研究所、昭通市文物保護考古研究所、昭陽區博物館等單位的學者參與了研究。「非洲發現大量200萬年至600萬年之間的人類化石,該時期的人類化石中國還沒有發現,而雲南擁有歐亞大陸最大規模的距今600萬年至1200萬年前的古猿化石標本。未來研究團隊還將尋找更多年代更晚的演化『缺環』,進一步追蹤亞洲環境變化與生物演化的耦合機制。」吉學平表示。
· 白石崖溶洞沉積物中發現丹尼索瓦人古DNA成果·
通過高效的古DNA捕獲技術,他們調取了35個樣品的242種哺乳動物和人類的線粒體DNA,使得遠古人類的DNA得以富集。 這些古DNA如同一把鑰匙,打開了通往數萬年前的世界的大門。
白石崖溶洞沉積物樣品現場取樣
在中科院古脊椎所古DNA實驗室進行沉積物樣品的製備
丹尼索瓦人是新發現的一支古老型人類,與曾廣泛分布在歐洲的尼安德特人是姐妹群,對現代大洋洲、東亞、南亞和美洲原住人群有遺傳貢獻,這是國際廣泛關注的研究熱點。
此前,蘭州大學和中科院青藏高原研究所帶領的研究團隊報告了發現於青藏高原東北部白石崖溶洞的夏河人下頜骨化石的研究成果:鑑定其為丹尼索瓦人,年代為距今至少16萬年。然而,因為夏河人化石鑑定為丹尼索瓦人主要依據古蛋白中的一個胺基酸變化,並且化石缺乏埋藏地層和共存考古遺存信息,其所揭露的這支分布在青藏高原上的丹尼索瓦人的信息非常有限。
2018年,張東菊帶領的環境考古團隊對白石崖溶洞遺址進行首次考古發掘。發掘和研究顯示,遺址保存有連續的舊石器文化層和豐富的舊石器考古遺存,包括大量的石製品和骨骼遺存。結合沉積物的多指標分析和科技鑑定結果,研究人員為遺址建立了距今3萬年至19萬年的可靠年齡框架。
沉積物DNA分析是一種新興的古DNA分析技術,考古遺址沉積物可追蹤相關遺址DNA保存狀況以及可能存在的遠古人類,彌補了人類化石一般可遇而不可求的缺憾,打開了研究舊石器考古遺址人群演化的新窗口。因此,在白石崖溶洞遺址發掘前,付巧妹受邀開展遺址的沉積物DNA分析研究。張東菊與付巧妹一起制定了古DNA分析沉積物樣品的採樣計劃,確保樣品採集和運送過程中不會受到汙染。通過高效的古DNA捕獲技術,他們調取了35個樣品的242種哺乳動物和人類的線粒體DNA,使得遠古人類的DNA得以富集。
這些古DNA如同一把鑰匙,打開了通往數萬年前的世界的大門。分析顯示,沉積物中的動物古DNA,包括犀牛、鬣狗等滅絕動物,與遺址發現的動物骨骼遺存一致。這是迄今為止首次在夏河縣區域發現它們的存在。
更為激動人心的是,付巧妹團隊通過54個不同現代人、23個尼安德特人、4個丹尼索瓦人和一個40萬年前古人類Sima個體的線粒體基因組,甄別出分屬於現代人、尼安德特人及丹尼索瓦人等各自支系特有的突變,在此基礎上,明確了白石崖洞的4個地層裡有已滅絕的古人類——丹尼索瓦人的線粒體DNA,其中3個地層的丹尼索瓦人DNA主要出現於距今3萬年至5萬年和距今6萬年至7萬年前後。這表明丹尼索瓦人曾經長期在青藏高原一帶活動。研究人員推測,高原空氣稀薄,或許在這段時間內,丹尼索瓦人演化出了適應缺氧環境的遺傳基礎,並通過基因滲透把變異傳給了後來居住藏地的現代人。
付巧妹表示,綜合夏河下頜骨化石和白石崖溶洞的最新研究結果來看,丹尼索瓦人自倒數第二次冰期至末次冰期都生活在青藏高原,與來自俄羅斯阿爾泰山脈丹尼索瓦洞穴的晚期丹尼索瓦人有最緊密的遺傳聯繫,進一步證實丹尼索瓦人曾廣泛分布於歐亞大陸東側。
「白石崖溶洞的最新研究成果,為白石崖溶洞遺址的丹尼索瓦人活動提供了可靠的地層學、考古學、年代學和遺傳學證據。」付巧妹認為,這為進一步理解丹尼索瓦人的時空分布、遺傳特徵、文化特徵、環境適應等研究提供了重要科學依據,並且對重建青藏高原古人類活動歷史和釐清東亞古人類演化歷史具有重要意義。此項成果是在中國考古遺址沉積物中提取古人類DNA的第一個成功範例。
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