...白石崖溶洞遺址 「考古中國」聚焦蘭州大學環境考古團隊重大發現

「經過多年努力，蘭州大學環境考古團隊在甘肅夏河白石崖溶洞的研究取得重要進展，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，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。」

發布會現場

10月30日上午，在習近平總書記主持中央政治局「我國考古最新發現及其意義」專題學習並發表重要講話之後，國家文物局在京召開的最新一次「考古中國」重大項目重要進展工作會上，蘭州大學環境考古團隊青藏高原古人類活動研究重大突破作為第一個發布項目，由張東菊教授代表研究團隊向業內專家、媒體鄭重發布。這是應用國際最先進的古DNA分析技術在中國考古遺址沉積物中提取古人類遺傳信息的首個成功案例。

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」（Denisovan DNA in Late Pleistocene sediments from Baishiya Karst Cave on the Tibetan Plateau）的成果於北京時間10月30日凌晨2點在Science雜誌在線發表。繼2019年5月Nature雜誌報導蘭州大學環境考古團隊等發現青藏高原距今至少16萬年前的丹尼索瓦人下頜骨化石後，國內外的焦點再次聚集到這一古老而神秘的古人類和白石崖溶洞。

 

意義非凡的「神秘洞穴」

白石崖溶洞 （攝影：韓源源）

這是當地的佛教神洞，也是一處著名的旅遊景點。這裡海拔3280米，洞內通道區域常年溫度6-8度。每年都會有大量的信眾前往朝拜、修行、參觀，甚至患有疑難雜症者還在洞中過夜「治病」。一到夏季，更是遊人如織。

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，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，這是丹尼索瓦人研究和青藏高原史前人類活動研究的雙重重大突破。

2019年5月，Nature雜誌報導蘭州大學環境考古團隊等發現青藏高原16萬年前丹尼索瓦人

這項成果一經發表，吸引了上百家國內外媒體報導，並於2019年末榮獲國內外眾多學術機構評選的多個年度「十大」：「十大考古發現」「十大科學突破」「十大科技進展」「十大科技新聞」等。

然而，因為這塊化石發現較早，並非正式考古發掘出土，缺乏具體埋藏位置、地層和共存考古遺存信息，因此，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？這些問題縈繞在蘭州大學環境考古團隊心頭。

「關於溶洞的考察，早在2010年就開始了，與化石的研究同步進行。」張東菊說。六七年間，團隊在以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，團隊逐一考察，尋訪附近民眾，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。

連續6年，團隊成員每年都以遊客的身份去白石崖溶洞考察，「只能看，不能挖，不能採集。」

轉機發生在2016年。張東菊等再次「遊覽」洞穴，「偷偷摸摸」地仔細觀察地表，突然在洞口通道處發現了一處並未覆蓋堅硬鈣板的鬆散土狀堆積，「有土狀堆積就有可能有考古遺存」。在朝拜群眾踏開的堆積物中，張東菊還發現了幾塊石頭，拿到洞外仔細辨認，驚喜地發現竟然是打制石器。「它和自然破裂的石頭明顯不一樣，打制石器的使用主要是在舊石器時代。並且我們還發現了一些炭屑，後來的測年結果顯示是距今4000年左右。」

研究人員據此可以確認，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，以及他們多老。

 

小探方裡的宏大世界

歷經兩年，研究團隊提交的白石崖溶洞遺址發掘申請終於獲批。2018年夏天，團隊拿著文件準備大幹一場，卻無奈地發現目前正在管理溶洞的白石崖寺並不同意考古發掘。當地政府幫助與寺院溝通協商，研究團隊則一邊在甘加盆地進行考古發掘，一邊等待答覆。團隊成員每天都做好了進洞發掘的準備，然而最終協調無果，20多天後無奈撤回蘭州。在此期間，團隊在甘加盆地發現兩處曠野遺址，所幸並未空手而歸。

最終經當地政府、文物保護部門等多方努力和協調，2018年12月上旬，張東菊帶領的以蘭州大學研究生為主的環境考古團隊，對白石崖溶洞遺址進行首次正式考古發掘。

2018年白石崖溶洞遺址發掘 （攝影：張東菊）

近二十天時間裡，張東菊和主力為「娘子軍」的發掘團隊，為避開白天的遊客和僧人，每晚七點多進洞、清晨收工，小心翼翼地進行發掘。

12月的高原，夜晚溫度更低，幸而洞內稍暖。藉助洞內由於電線老化時不時忽明忽暗的照明燈，考古人員艱難地推進著工作。他們衝鋒衣、帽子、口罩、手套全副武裝，保暖的同時更重要的是避免自己對樣品造成現代基因汙染。他們跪趴在地上，拿著手鏟、竹籤和刷子，一點一點小心地清理，一件石器一件骨骼的測量收集。往日看似漫長的夜，此時卻轉瞬即逝。「我們一挖就是一整夜，兩平米的探方裡最多兩個人同時工作，蹲不住了就坐一會兒，坐不住了就跪一會兒。清晨結束工作時還要用木板把探方口蓋住，在最早的遊客到來之前離開，好像一夜過去什麼都沒發生一樣。就一身衣服，土裡來土裡去。」2018級博士生夏歡說。

即便這般小心謹慎，團隊的發掘工作還是因為部分僧眾的不理解而要被強行結束。團隊好說歹說爭取到了最後一個晚上，經過15個小時的通宵奮戰，緊張而倉促地完成了剖面清理、繪圖、測量和取樣等工作。

白石崖溶洞遺址發現的石片 （攝影：韓源源）

白石崖溶洞遺址發現的動物骨骼 （攝影：韓源源）

「我們挖到了1.6米深，雖然結束太匆忙有些遺憾，但收穫還是很大的，出土了大量的石製品和動物骨骼。」張東菊介紹，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，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，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。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。完備的發掘計劃和嚴謹的發掘、採樣過程，為隨後的各項分析奠定了良好的基礎，部分分析結果就是今日上線的Science文章的主要內容。

 

用科技釋放塵封的光

2019年，環境考古團隊利用古蛋白分析方法鑑定夏河人下頜骨化石為丹尼索瓦人，利用鈾系測年方法將其年齡確定為距今至少16萬年。夏河人曾經是怎樣在白石崖溶洞生活的？延續了多長時間？這些問題都等著白石崖溶洞的出土材料給出答案。

化石的分析研究和遺址的調查發掘是同步進行的。

陳發虎院士帶著環境考古團隊於2016年就開始制定遺址發掘和研究計劃，設計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。邀請國內外多家科研團隊參與部分分析工作，例如，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，邀請德國馬普進化人類學研究所Svante Pääbo團隊參與沉積物DNA結果討論，邀請澳大利亞伍倫貢大學李波副教授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，彌補人類化石一般可遇不可求的缺憾，打開了舊石器考古遺址人群活動研究的新窗口。

「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，它能否能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。」張東菊解釋。

沉積物DNA樣品採集 （攝影：韓源源）

遺址發掘前，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，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，這裡的丹尼索瓦人生活在什麼時期呢？

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，在蘭州大學、北京大學和牛津大學進行了前處理和AMS14C測試，發現第4-6層的骨骼已經超出碳十四測年上限，也就是5萬年。同時，在第2-10層採集了12個光釋光樣品，蘭州大學2018級博士生成婷和李波團隊共同開展單顆粒光釋光測年分析。

光釋光樣品測試 （攝影：韓源源）

「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。有一天我們把它挖出來，用光去激發它的能量，所釋放出的信號就會告訴我們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19-3萬年的可靠年齡框架，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。

 

揭開東亞人類演化研究的新篇章

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。他的人骨化石發現很少，但遺傳特徵非常顯著，對現代大洋洲、東亞、南亞和美洲原住人群都有遺傳貢獻，關於他的研究於2012年、2019年兩度入選Science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。

青藏高原作為世界上最高最大的高原，有著獨特的自然地理環境：主體海拔4000米以上，氧氣稀薄，紫外線輻射強烈，動植物資源單一。惡劣的環境對此地區的人類生存繁衍構成重大挑戰。地處青藏高原東北部的夏河縣在歷史上處於高原民族和中原政權的交界處，特殊的地理環境也給夏河縣注入了更多的歷史性和文化性。因此，研究藏族的起源、來源也顯得格外有意義。

2019年發掘結束後四壁剖面清理 （攝影：韓源源）

由於2019年學術成果發布與媒體報導所產生的轟動效應，蘭州大學環境考古團隊在白石崖遺址的工作局面有了很大好轉。不僅當地政府、文物保護部門非常支持，附近百姓也認識到「神洞」的科學價值所在。

2019年白石崖溶洞發掘團隊合影

2019年冬，團隊在歲末的寒風中繼續發掘二十多天，在2018年探方基礎上接連開挖一個同樣大小的探方，獲得了更為豐富的考古遺存。

張東菊在「考古中國」重大項目重要進展工作會上介紹，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，代表了中國舊石器考古學研究的國際領先水平。

北京大學考古文博學院王幼平教授現場點評：「這項研究有非常明確的科學探索目標和多學科合作範式，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。」

此前，環境考古團隊已經在農業人群定居青藏高原研究方面獲得重要成果。團隊後續的研究將為進一步揭示青藏高原早期人類歷史，特別是在青藏高原丹尼索瓦人的體質形態、遺傳特徵和文化內涵等方面提供更多的科學證據和信息。

「我們現在的工作只是青藏高原丹尼索瓦人研究的開端。夏河人生活的時期涵蓋了最近最冷的兩次冰期，他們應該成功適應了高寒缺氧環境。他們如何適應，怎樣進行生火保暖、打制石器、捕獵果腹，這都是人類生存必需。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。」張東菊說。

註：該Science成果第一和通訊作者為蘭州大學教授、中科院青藏高原研究所和青藏高原地球科學卓越創新中心特聘客座研究員張東菊，最後通訊作者為中科院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員，澳大利亞伍倫貢大學李波副教授和德國馬普實驗室進化人類學研究所Svante Pääbo教授為共同通訊作者。

論文地址：https://science.sciencemag.org/content/370/6516/584

（任妍對本文亦有貢獻）