揭秘丹尼索瓦人DNA 青藏高原人類活動史推早至距今19萬年
白石崖溶洞遺址發現的石片。圖片由蘭州大學宣傳部提供
考古學家正在進行沉積物DNA樣品採集。圖片由蘭州大學宣傳部提供
白石崖溶洞遺址發現的動物骨骼。圖片由蘭州大學宣傳部提供
近日，國家文物局發布，蘭州大學環境考古團隊在甘肅夏河白石崖溶洞研究發現，該遺址保存有豐富的中更新世至晚更新世古人類活動遺存，研究人員還成功獲取丹尼索瓦洞以外的首個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。
與此同時，題為「青藏高原白石崖溶洞晚更新世沉積物中發現丹尼索瓦人基因」的成果近期在《科學》雜誌在線發表。
國內外考古界再次聚焦這一古老而神秘的古人類和白石崖溶洞。
2019年，中國科學院院士陳發虎領銜的蘭州大學和中科院青藏高原研究所團隊報導了夏河丹尼索瓦人（簡稱「夏河人」）下頜骨化石的研究成果，揭示這塊化石為阿爾泰山地區丹尼索瓦洞以外發現的第一件丹尼索瓦人化石，提供了青藏高原最早的人類活動證據。
該研究將丹尼索瓦人的空間分布首次從西伯利亞地區擴展至青藏高原，將青藏高原人類活動歷史從距今4萬年推早至距今16萬年，成為丹尼索瓦人研究和青藏高原史前人類活動研究的重大突破。
儘管夏河人的發現極大地推動了青藏高原史前人類活動和丹尼索瓦人的研究，但它所揭露的信息卻也非常有限。夏河人是從何時開始生活在世界第三極？他們的生活方式是怎樣的？有怎樣的生活習慣和文化？這些問題亟待考古攻克。
關於夏河白石崖溶洞的考察，早在2010年開始，蘭州大學資源環境學院教授張東菊和團隊就在以夏河縣甘加盆地為中心的方圓6000平方公裡範圍內多次開展考古調查。
「這一區域分布著包括白石崖溶洞在內的大大小小二十幾個山洞，團隊試圖找到更多舊石器時代考古遺址，同時也希望能夠確定夏河人化石在白石崖溶洞的具體出土地點和層位，並獲得他們曾經在此生活的證據。」張東菊說。
2016年，張東菊在白石崖周邊發現了一處並未覆蓋堅硬鈣板的鬆散土狀堆積，在群眾踏開的堆積物中，還發現了幾塊打制石器和一些炭屑，測年結果顯示距今4000年左右。
研究人員據此確認，白石崖溶洞遺址保存有史前考古遺存，然而不進行考古發掘，就永遠不知道裡面到底有哪些考古遺存，以及他們有多老。
兩年後，團隊提交的白石崖溶洞遺址發掘申請獲批，2018年12月，張東菊團隊開始對白石崖溶洞遺址進行首次正式考古挖掘。
挖到1.6米深，出土了大量的石製品和動物骨骼。石製品主要由採自洞前河谷的角頁巖和變質石英砂巖礫石打制而成，打制技術以簡單石核石片技術為主，還有較多的刮削器等工具。骨骼遺存多較破碎，有人工砍砸和火燒痕跡。
研究人員初步分析顯示，上部文化層以羚羊、狐狸、旱獺等中小型動物為主，下部文化層則以犀牛、野牛、鬣狗等大中型動物為主。此外，對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。
陳發虎團隊用多種測年方法為遺址建立年齡框架，全面收集考古遺物，並開展沉積物古DNA研究。同時，邀請中科院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員團隊共同開展沉積物DNA分析，德國、澳大利亞科研團隊參與沉積物DNA結果討論，共同開展沉積物單顆粒光釋光測年工作等。
「沉積物古DNA分析是一種新興的分子學技術，可以獲得曾在遺址活動的古人群信息，打開舊石器考古遺址人群活動研究的新窗口。」張東菊說，動物或人死亡之後，線粒體中的遺傳物質——線粒體DNA也會降解，斷成一段一段，它能否經過數萬年的歷史演變保存下來，則與保存環境密切相關，一般來說越幹越冷的地方越有可能保存。
遺址發掘前，張東菊就與付巧妹一起制定了古DNA分析沉積物樣品的採樣計劃，考古人員「全副武裝」，身穿防護服把樣本提取到無菌袋裡，最大程度地減少接觸，確保樣品採集和運送過程中不會受到現代人類DNA的汙染。
「就像用吸鐵石把一堆混雜的金屬中的鐵塊吸出來一樣。」付巧妹團隊通過實驗捕獲釣取了樣本中242個哺乳動物和人類的線粒體DNA。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，驗證了沉積物DNA分析的可靠性。同時成功獲得了古人類線粒體DNA，進一步對比分析顯示，這就是丹尼索瓦人的DNA。
另一大難題是測年。洞穴沉積物來源和搬運都較為複雜，因此準確測年更加困難。研究團隊在探方T2第1-6層選擇了14件動物骨骼，進行了前處理和AMS14C測試，發現第4-6層的骨骼已經超出碳十四測年上限。同時，在第2-10層採集了12個光釋光樣品，開展單顆粒光釋光測年分析。
「當石英或長石顆粒被埋藏在環境中，它就像一個計時器一樣開始積累輻射能量。把它挖出來，用光去激發它的能量，所釋放出的信號就會反映它已經在那裡沉寂了多久，這就是光釋光測年法。」張東菊說。
結合碳十四和光釋光測年結果，團隊建立貝葉斯年齡模型，為遺址建立了距今約19萬-3萬年的可靠年齡框架，將青藏高原史前人類最早活動歷史又提早了3萬年，也為化石出土於白石崖溶洞、夏河人下頜骨屬於丹尼索瓦人等結論提供了更確鑿的證據。
丹尼索瓦人線粒體DNA主要發現於T2探方的第2、3、4、7層，結合地層年代，顯示丹尼索瓦人主要出現於距今6萬年和10萬年，進一步拓展了丹尼索瓦人在白石崖溶洞中生活的時間——從中更新世晚期至晚更新世早中期，揭示了丹尼索瓦人在青藏高原悠久的佔據歷史。
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。關於他的研究曾兩度入選《科學》雜誌評選的年度「全球十大科學突破」。
「已知考古學證據支持現代人類起源於非洲大陸，從那裡走向世界。丹尼索瓦人的發現以及其對部分現生人群不同的基因貢獻，為我們描繪出一幅更為複雜的人類演化和遷移圖景。」張東菊說。
作為世界上最高最大的高原，青藏高原獨特的自然地理環境對人類生存繁衍構成重大挑戰，在該地區研究古人類演化意義重大。
2019年，白石崖溶洞研究成果發布後，在考古學界產生了轟動效應，蘭州大學環境考古團隊在白石崖遺址的科學研究工作乘勢而上，後續挖掘獲得了更為豐富的考古遺存。
張東菊介紹，白石崖溶洞作為目前青藏高原已知最早的舊石器時代考古遺址，其豐富的文化遺存為進一步了解青藏高原早期人類活動提供了重要信息，填補了東亞地區直立人和現代人之間古人群具體種屬鑑定的空白，對重建青藏高原古人類活動歷史，乃至釐清東亞古人類演化歷史都具有十分重要的意義。
「新的發現不僅改寫了青藏高原人類演化歷史和中國的史前史，對現代人晚近走出非洲的假說也提供了新的思考視角。」北京大學考古文博學院王幼平教授說。
「現在的工作只是青藏高原丹尼索瓦人研究的開端。」張東菊說，夏河人生活的時期涵蓋了最近最冷的兩次冰期，他們如何適應高寒缺氧環境，怎樣進行生火保暖、打制石器、捕獵果腹，都亟待研究考證。「考古工作是展示和構建中華民族歷史、中華文明瑰寶的重要工作，我們的研究才剛剛開始，潛力無限。」她說。