古脊椎所等在白石崖溶洞遺址發現晚更新世丹尼索瓦人DNA

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，是廣泛關注的研究熱點。

此前，蘭州大學和中國科學院青藏高原研究所帶領的研究團隊報導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，利用古蛋白分析方法鑑定其為丹尼索瓦人，並利用鈾系測年方法將其年齡確定為距今至少16萬年。然而，夏河人化石鑑定為丹尼索瓦人的主要依據是古蛋白中的一個胺基酸變化，且化石缺乏埋藏地層和共存考古遺存信息，因此，儘管該化石推動青藏高原史前人類活動和丹尼索瓦人的研究，但其所揭露的這支分布在青藏高原上的丹尼索瓦人的信息卻較為有限，比如對其時空分布、遺傳特徵和文化內涵等所知甚少。為了解夏河人下頜骨所代表人群在青藏高原生活的情況，自2010年開始，由中科院院士、青藏高原所研究員陳發虎帶領的蘭州大學環境考古團隊即已在白石崖溶洞及其所在甘加盆地開展考古調查和研究工作。2018年，由蘭州大學教授、中科院青藏高原地球科學卓越創新中心特聘客座研究員張東菊帶領的環境考古團隊，對白石崖溶洞遺址進行考古發掘，並邀請多個研究團隊進行多學科綜合研究。

近期，研究團隊在白石崖溶洞的研究中取得進展，發現白石崖溶洞遺址保存有較多的中更新世和晚更新世古人類活動遺存，獲取丹尼索瓦洞以外的丹尼索瓦人線粒體基因序列，揭示丹尼索瓦人在晚更新世長期生活在青藏高原。研究團隊的發掘和研究工作顯示，該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。沉積物的多指標分析顯示，地層堆積主要為原生堆積，考古遺存未經過明顯擾動。洞穴沉積物一般來源和搬運較為複雜，準確測年較為困難。研究團隊在第1-6層選擇14件動物骨骼AMS14C測年，發現第4-6層的骨骼已經超出14C測年上限。同時，在第2-10層採集12個光釋光樣品。結合AMS14C和光釋光測年結果，建立貝葉斯年齡模型，為遺址建立距今~19-~3萬年的年齡框架。

沉積物DNA分析是一種古DNA分析技術，考古遺址沉積物可追蹤相關遺址DNA保存狀況及可能存在的遠古人類，擴大研究對象，打開研究舊石器考古遺址人群演化的新窗口。遺址發掘前，研究團隊與中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員付巧妹一起開展沉積物DNA分析研究，張東菊與付巧妹制定古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現代人類的汙染。為了把目標DNA從海量環境微生物DNA中識別、分離出來，付巧妹團隊通過古DNA捕獲技術嘗試釣取35個樣品的242種哺乳動物和人類的線粒體DNA，並使遠古人類的DNA得以富集。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。這次在夏河縣區域發現它們的存在，拓寬對滅絕動物棲息範圍的認知。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，明確白石崖洞的四個地層裡有古人類丹尼索瓦人的線粒體DNA。通過分析，除了少數樣品，大部分地層取樣均未受到現代人DNA的汙染。

此外，特有遺傳突變等多種計算顯示，土壤沉積物的樣品存在多個個體的DNA，難以通過葉端定年（tip dating）計算相關樣品的年代。因此，只能根據地層測年結果對樣本年代進行推測。據估計，其中三個地層的丹尼索瓦人DNA主要出現於距今3-5萬年（地層2和3）和距今6-7萬年（地層4）前後。通過線粒體DNA系統發育樹分析，這些地層（2，3，4）裡的古人類DNA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（Denisova 3和Denisova 4）有較緊密的遺傳聯繫。相反，光釋光測年約10萬年前的地層中（地層7）的丹尼索瓦人線粒體DNA分析結果顯示，他們在更早的時候就與晚期丹尼索瓦人分離。此次在丹尼索瓦洞穴外的地方發現丹尼索瓦人，是支撐丹尼索瓦人分布廣泛的證據。綜合夏河下頜骨化石和白石崖溶洞的最新研究結果，發現丹尼索瓦人自倒數第二次冰期至末次冰期均生活在青藏高原，並與阿爾泰山脈地區的晚期丹尼索瓦人有較緊密的遺傳聯繫，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地層學、考古學、年代學和遺傳學證據，也為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科學依據，並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。相關研究成果發表在Science上。張東菊為論文第一作者，張東菊、付巧妹、澳大利亞伍倫貢大學副教授李波以及德國馬克斯·普朗克進化人類學研究所教授Svante Paabo等為論文共同通訊作者。

圖1.白石崖洞外景（研究團隊 供圖）

圖2.考古發掘現場（研究團隊 供圖）

圖3.土壤沉積物DNA樣品現場取樣（研究團隊 供圖）

圖4.在中科院古脊椎所古DNA實驗室進行沉積物樣品的製備過程（研究團隊 供圖）

圖5.星號標示出的地層表示檢測到古人類線粒體DNA。其他沒有標出星號的地層表示該層未發現含有古DNA特徵的人類線粒體DNA，相關的人類DNA來自當今現代人DNA的汙染。（研究團隊供圖）

圖6.通過現代人、尼安德特人和丹尼索瓦人等各自支系特有的突變，對地層4中的所有DNA片段（A）和僅有古DNA降解片段（B）進行譜系。（研究團隊供圖）

圖7.白石崖溶洞地層4和地層2沉積物樣品（A）、地層4和地層3沉積物樣品（B）、及地層4和地層7沉積物樣品（C）中古人類線粒體DNA的系統發育樹分析（研究團隊供圖）

來源： 古脊椎動物與古人類研究所