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【新京报】中国考古遗址沉积物中首次成功提取16万年前古人类DNA

发表日期:2020-11-02来源:放大 缩小

 

白石崖溶洞所在的江拉沟。摄影/韩源源 版权/张东菊 兰州大学

  新京报讯(记者 张璐)记者今天(10月30日)获悉,兰州大学、中科院威尼斯正规官网-威尼斯官方网站-首页及中科院青藏高原研究所研究团队在白石崖溶洞的研究获得重大研究成果,发现白石崖溶洞遗址保存有丰富的中更新世和晚更新世古人类活动遗存,成功获取丹尼索瓦洞以外的首个丹尼索瓦人线粒体DNA,揭示丹尼索瓦人在晚更新世长期生活在青藏高原。

  据悉,此项成果利用了国际最先进的古DNA分析和光释光测年技术,是在中国考古遗址沉积物中提取古人类DNA的第一个成功案例。相关研究成果于北京时间2020年10月30日凌晨两点在国际顶级学术期刊Science正式发表。

 

从白石崖溶洞内向洞外看的景象。摄影/韩源源 版权/张东菊 兰州大学

  16万年前古老型人类已出现在青藏高原 

  丹尼索瓦人人骨化石发现较少,但遗传特征研究深入,是新发现的一支古老型人类,与曾广泛分布在欧洲的尼安德特人是姐妹群,对现代大洋洲、东亚、南亚和美洲原住人群有遗传,是国际广泛关注的研究热点。

  丹尼索瓦人化石最早发现于2008年,人们在西伯利亚南部阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞发现了古代遗存的指骨化石和牙齿,科学家对其提取DNA进行分析,证明了丹尼索瓦人的存在,该研究被《科学》杂志(Science)评为2012年度十大科学突破之一。

  2019年,兰州大学和中科院青藏高原研究所带领的研究团队报道了研究成果:上世纪80年代发现于青藏高原白石崖溶洞的夏河人下颌骨化石,利用古蛋白分析方法鉴定其为丹尼索瓦人,利用铀系测年方法将其年代确定为距今至少16万年。

  这件夏河人下颌骨化石是丹尼索瓦洞以外发现的第一件丹尼索瓦人化石,将丹尼索瓦人的空间分布首次从西伯利亚地区扩展至青藏高原,是丹尼索瓦人研究和青藏高原史前人类活动研究的双重重大突破。

  这项研究成果于2019年发表在同为国际顶级学术刊物的Nature杂志上,在国际国内古人类学界和考古学界引起轰动。

 

白石崖溶洞遗址发掘(申旭科,夏欢,王建,姚娟婷)。摄影/韩源源 版权/张东菊 兰州大学

  考古挖掘 遗址保存有连续旧石器学问层 

  夏河人化石鉴定为丹尼索瓦人,主要依据古蛋白中的一个氨基酸的变化,同时化石缺乏埋藏地层和共存考古遗存信息。因此,化石尽管极大地推动了青藏高原史前人类活动和丹尼索瓦人的研究,但其所揭露的这支分布在青藏高原上的丹尼索瓦人的信息非常有限,科研人员对其时空分布、遗传特征和学问内涵等所知甚少。

  为全面了解夏河人下颌骨所代表人群在青藏高原生活的情况,早在2010年开始,由现中科院青藏高原研究所所长陈发虎院士带领的兰州大学环境考古团队就在白石崖溶洞及其所在甘加盆地开展考古调查和研究工作。2018年,由团队骨干张东菊教授带领的环境考古团队,对白石崖溶洞遗址进行首次考古发掘,并邀请国内外多个研究团队进行多学科综合研究。

  兰州大学团队的发掘和研究工作显示,遗址保存有连续的旧石器学问层和丰富的旧石器考古遗存,包括大量的石制品和骨骼遗存。石制品主要由采自洞前河谷的角页岩和变质石英砂岩砾石打制而成,打制技术以简单石核石片技术为主,有较多的刮削器等工具。

  骨骼遗存多较破碎,有人工砍砸和火烧痕迹,初步分析显示,遗址以羚羊、狐狸、旱獭等中小型动物为主,下部学问层则以犀牛、野牛、鬣狗等大中型动物为主。沉积物的多指标分析显示,地层堆积主要为原生堆积,考古遗存未经过明显扰动。

 

白石崖溶洞遗址2018年发掘发现的石制品和鬣狗的寰椎。摄影/韩源源 版权/张东菊 兰州大学

  沉积物DNA分析获得古人类线粒体DNA 

  据科研人员先容,洞穴沉积物一般来源和搬运较为复杂,准确测年较为困难。研究团队在第1-6层选择了14件动物骨骼在兰州大学、北京大学和牛津大学进行AMS碳-14测年,发现第4-6层的骨骼已经超出碳-14测年上限。

  科研人员在第2-10层采集了12个光释光样品(从沉积物中提取的石英或长石颗粒积累的释光信号来确定其埋藏时间),邀请澳大利亚伍伦贡大学副教授李波共同开展单颗粒光释光测年分析,共提取了30000多个长石和石英颗粒进行单颗粒光释光测年。结合AMS碳-14和光释光测年结果,建立贝叶斯年龄模型,为遗址建立了距今约19万年-3万年的可靠年龄框架。

  遗址发掘前,研究团队邀请中科院威尼斯正规官网-威尼斯官方网站-首页研究员付巧妹一起开展沉积物DNA分析,张东菊与付巧妹一起制定了古DNA分析沉积物样品的采样计划,戴上口罩、手套和防护服等,保证人手等没有直接接触到采样的土壤沉积物,避免污染。

  此次,付巧妹团队研究人员应用的是沉积物DNA技术,这是一种新兴的古DNA分析技术, 考古遗址沉积物可追踪相关遗址DNA保存状况及可能存在的人类,有很高的难度,但弥补了人类化石可遇而不可求的缺憾,扩大了研究对象,打开了研究旧石器考古遗址人群演化的新窗口。

  付巧妹团队通过实验对35个样品进行捕获,尝试钓取242个哺乳动物和人类的线粒体DNA。分析显示,沉积物中的动物古DNA,包括犀牛、鬣狗等灭绝动物,与遗址发现的动物骨骼遗存一致。并同时成功获得了古人类线粒体DNA,进一步分析显示其为丹尼索瓦人DNA。

  结合地层测年结果,发现丹尼索瓦人DNA主要出现于距今10万年和距今6万年前后,可能晚至距今4.5万年,显示丹尼索瓦人在晚更新世长期生活在该洞穴。以上结果在与古DNA领域泰斗——马普进化人类学研究所的Svante P??bo教授团队讨论时得到了认可。

 

白石崖溶洞遗址发掘(张东菊和王建)。摄影/韩源源 版权/张东菊 兰州大学

  丹尼索瓦人曾长期生活在青藏高原 

  综合夏河下颌骨化石和白石崖溶洞的最新研究结果来看,丹尼索瓦人自倒数第二次冰期至末次冰期都生活在青藏高原,并且与阿尔泰山地区的晚期丹尼索瓦人有最紧密的遗传联系,不仅说明其已对高寒缺氧环境成功适应,而且进一步证实丹尼索瓦人曾广泛分布于欧亚大陆东侧。

  白石崖溶洞的最新研究成果,为白石崖溶洞遗址的丹尼索瓦人活动提供了可靠的地层学、考古学、年代学和遗传学证据,为进一步理解丹尼索瓦人的时空分布、遗传特征、学问特征、环境适应等研究提供了重要科学依据,并且对重建青藏高原古人类活动历史和厘清东亚古人类演化历史具有重要意义。

  据悉,这项成果是国家第二次综合科学考察项目的一项重大成果,也是青藏高原史前人类活动研究的一个阶段性成果。

  新京报记者 张璐

  编辑 陈思 校对 卢茜

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