尋蹤丹尼索瓦人
——白石崖溶洞遺址沉積物古DNA分析獲突破

丹尼索瓦人，遺傳特征研究深入，是新發(fā)現(xiàn)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(duì)現(xiàn)代大洋洲、東亞、南亞和美洲原住人群有遺傳貢獻(xiàn)，是國(guó)際廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

此前，蘭州大學(xué)和中科院青藏高原研究所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了發(fā)現(xiàn)于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鑒定其為丹尼索瓦人，利用鈾系測(cè)年方法將其年齡確定為距今至少16萬年。然而，因?yàn)橄暮尤嘶b定為丹尼索瓦人主要依據(jù)古蛋白中的一個(gè)氨基酸變化，并且化石缺乏埋藏地層和共存考古遺存信息，因此，該化石盡管極大地推動(dòng)了青藏高原史前人類活動(dòng)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也非常有限，比如對(duì)其時(shí)空分布、遺傳特征和文化內(nèi)涵等所知甚少。

為全面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，由現(xiàn)中科院青藏高原研究所所長(zhǎng)陳發(fā)虎院士帶領(lǐng)的蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)既已在白石崖溶洞及其所在甘加盆地開展考古調(diào)查和研究工作。2018年，由團(tuán)隊(duì)骨干張東菊教授帶領(lǐng)的以蘭州大學(xué)研究生為主的環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)，對(duì)白石崖溶洞遺址進(jìn)行首次考古發(fā)掘，并邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行多學(xué)科綜合研究。

經(jīng)過多年的努力，蘭州大學(xué)主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在白石崖溶洞的研究獲得重大研究成果，發(fā)現(xiàn)白石崖溶洞遺址保存有豐富的中更新世和晚更新世古人類活動(dòng)遺存，成功獲取丹尼索瓦洞以外的首個(gè)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(zhǎng)期生活在青藏高原。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間2020年10月30日凌晨?jī)牲c(diǎn)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science正式在線。

研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)掘和研究工作顯示，該遺址保存有連續(xù)的舊石器文化層和豐富的舊石器考古遺存，包括大量的石制品和骨骼遺存。沉積物的多指標(biāo)分析顯示，地層堆積主要為原生堆積，考古遺存未經(jīng)過明顯擾動(dòng)。洞穴沉積物一般來源和搬運(yùn)較為復(fù)雜，準(zhǔn)確測(cè)年較為困難。研究團(tuán)隊(duì)在第1-6層選擇了14件動(dòng)物骨骼AMS14C測(cè)年，發(fā)現(xiàn)第4-6層的骨骼已經(jīng)超出14C測(cè)年上限。同時(shí)，在第2-10層采集了12個(gè)光釋光樣品。結(jié)合AMS14C和光釋光測(cè)年結(jié)果，建立貝葉斯年齡模型，為遺址建立了距今19-3萬年的可靠年齡框架。

沉積物DNA分析是一種新興的古DNA分析技術(shù)，考古遺址沉積物可追蹤相關(guān)遺址DNA保存狀況及可能存在的遠(yuǎn)古人類，彌補(bǔ)了人類化石一般可遇而不可求的缺憾，極大地?cái)U(kuò)大了研究對(duì)象，打開了研究舊石器考古遺址人群演化的新窗口。這項(xiàng)新技術(shù)的強(qiáng)大之處在白石崖溶洞遺址沉積物的古DNA分析研究中得到了印證。遺址發(fā)掘前，研究團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所付巧妹研究員一起開展沉積物DNA分析研究，張東菊教授與付巧妹研究員一起制定了古DNA分析沉積物樣品的采樣計(jì)劃，確保樣品采集和運(yùn)送過程中不會(huì)受到現(xiàn)代人類的污染。為了把目標(biāo)DNA從海量環(huán)境微生物DNA中識(shí)別、分離出來，付巧妹研究員團(tuán)隊(duì)通過高效的古DNA捕獲技術(shù)嘗試釣取35個(gè)樣品的242種哺乳動(dòng)物和人類的線粒體DNA，并使遠(yuǎn)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(shù)萬年前的世界的大門。分析顯示，沉積物中的動(dòng)物古DNA，包括犀牛、鬣狗等滅絕動(dòng)物，與遺址發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物骨骼遺存一致。這是迄今為止首次在夏河縣區(qū)域發(fā)現(xiàn)它們的存在，拓寬了我們對(duì)這些滅絕動(dòng)物棲息范圍的認(rèn)知。

更激動(dòng)人心的是，付巧妹研究員團(tuán)隊(duì)通過54個(gè)不同現(xiàn)代人、23個(gè)尼安德特人、4個(gè)丹尼索瓦人和一個(gè)40萬年前古人類Sima個(gè)體的線粒體基因組，甄別出分屬于現(xiàn)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(chǔ)上，明確了白石崖洞的四個(gè)地層里有已滅絕的古人類——丹尼索瓦人——的線粒體DNA。通過分析，除了極少數(shù)樣品，大部分地層取樣都沒有受到當(dāng)今現(xiàn)代人DNA的污染，這顯示出研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)掘之前制定嚴(yán)格并完備的取樣計(jì)劃以避免污染的重要性。

此外，特有遺傳突變等多種計(jì)算顯示，土壤沉積物的樣品存在多個(gè)個(gè)體的DNA，也就無法通過葉端定年(tip dating)計(jì)算相關(guān)樣品的年代。因此，只能根據(jù)地層測(cè)年結(jié)果對(duì)樣本年代進(jìn)行推測(cè)。據(jù)估計(jì)，其中三個(gè)地層的丹尼索瓦人DNA主要出現(xiàn)于距今3-5萬年（地層2和3）和距今6-7萬年（地層4）前后。通過線粒體DNA系統(tǒng)發(fā)育樹分析，這些地層（2，3，4）里的古人類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）有最緊密的遺傳聯(lián)系。這也引出了一個(gè)引人遐思的問題：在3、4萬年前，當(dāng)現(xiàn)代人抵達(dá)青藏高原時(shí)，這些白石崖溶洞的丹尼索瓦人是不是也還活著呢？相反的，光釋光測(cè)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(jié)果顯示，他們?cè)诟绲臅r(shí)候就與晚期丹尼索瓦人分離開來了。這是首次在丹尼索瓦洞穴之外的地方發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人，是支撐丹尼索瓦人分布廣泛的一個(gè)有力證據(jù)。以上結(jié)果在與古DNA領(lǐng)域泰斗——馬普進(jìn)化人類學(xué)研究所的Svante Paabo教授團(tuán)隊(duì)討論時(shí)得到了認(rèn)可。

綜合夏河下頜骨化石和白石崖溶洞的最新研究結(jié)果來看，丹尼索瓦人自倒數(shù)第二次冰期至末次冰期都生活在青藏高原，并且與阿爾泰山脈地區(qū)的晚期丹尼索瓦人有最緊密的遺傳聯(lián)系，進(jìn)一步證實(shí)丹尼索瓦人曾廣泛分布于歐亞大陸東側(cè)。

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(dòng)提供了可靠的地層學(xué)、考古學(xué)、年代學(xué)和遺傳學(xué)證據(jù)，為進(jìn)一步理解丹尼索瓦人的時(shí)空分布、遺傳特征、文化特征、環(huán)境適應(yīng)等研究提供了重要科學(xué)依據(jù)，并且對(duì)重建青藏高原古人類活動(dòng)歷史和厘清東亞古人類演化歷史具有重要意義。此項(xiàng)成果是在中國(guó)考古遺址沉積物中提取古人類DNA的第一個(gè)成功案例。