青藏高原上的丹尼索瓦人DNA，在沉積物里找到了！
發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人化石和基因的白石崖溶洞。版權(quán)：張東菊，蘭州大學(xué)
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記得去年《自然》雜志報(bào)導(dǎo)的夏河人嗎？
從青藏高原的一塊半截帶著牙齒的下頜骨中，中國(guó)科學(xué)院青藏高原所、蘭州大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過(guò)古蛋白組學(xué)的分析，發(fā)現(xiàn)其含有丹尼索瓦人身上特有的變異蛋白質(zhì)，判斷出這塊下頜骨屬于丹尼索瓦人 [1]。
這標(biāo)志著科學(xué)家們首次通過(guò)古蛋白組學(xué)的分析確認(rèn)丹尼索瓦人在中國(guó)出現(xiàn)過(guò)，被認(rèn)為是一個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)。
最近，科學(xué)家們?cè)谙暮尤怂诘陌资氯芏从辛烁嘀匾l(fā)現(xiàn)。
2020年10月30日，蘭州大學(xué)、中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所和青藏高原研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員宣布，白石崖溶洞確認(rèn)有更多的丹尼索瓦人，他們生活的時(shí)間最早可追溯到10萬(wàn)年前，最晚可能至4.5萬(wàn)年前。通過(guò)對(duì)溶洞沉積物分析，研究人員成功提取并確認(rèn)了屬于丹尼索瓦人的線粒體DNA [2]。這一研究發(fā)表在今日出版的《科學(xué)》雜志。
這是在俄羅斯丹尼索瓦洞的材料外，首個(gè)成功獲取的丹尼索瓦人線粒體DNA序列，是支撐丹尼索瓦人在亞洲地區(qū)廣泛分布的一個(gè)有力證據(jù)。
丹尼索瓦人是誰(shuí)？
化石稀少，與尼安德特人關(guān)系近
“丹尼索瓦人”（Denisovans）這個(gè)名字聽(tīng)起來(lái)有些怪異。的確，這個(gè)名字源自俄文的 “丹尼索瓦洞”，本意是 “丹尼斯的洞穴。18世紀(jì)，一個(gè)名為丹尼斯的東正教教徒曾住在西伯利亞阿爾泰山上這個(gè)古老的巖洞里。
二十世紀(jì)后半葉，俄羅斯科學(xué)家在該洞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了豐富了古生物遺存，以及精美的石器。2008年，考古學(xué)家在這個(gè)洞穴找到一塊人類指骨和一顆牙齒。兩年后，來(lái)自德國(guó)馬普所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家從這截約5萬(wàn)前年的指骨上成功提取出DNA，認(rèn)為其屬于一個(gè)已經(jīng)滅絕的人類分支，并將其命名為 “丹尼索瓦人” [3]。
隨后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，丹尼索瓦洞內(nèi)生活過(guò)不同時(shí)代的古人類，其中既有屬于新發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人，也有已知的尼安德特人，甚至還有這兩種古人類的混血兒。洞內(nèi)最古老的丹尼索瓦人距今約20萬(wàn)年，而距離我們最近的只有5萬(wàn)年 [4]。
尼安德特人與丹尼索瓦人都是已滅絕的古老型人類，根據(jù)不同計(jì)算方法，他們約于20萬(wàn)~75萬(wàn)年前在演化譜系上 “分家” [5-7]。
和化石遍地開(kāi)花的尼安德特人不同，丹尼索瓦人的形象成迷。
至今，我們所得到的全部明確是丹尼索瓦人的化石遺存，只有阿爾泰山丹尼索瓦洞發(fā)現(xiàn)的3顆牙、1塊手指骨殘片、1塊顱骨殘片，以及中國(guó)青藏高原的半塊夏河人下頜骨 [1]。雖然我們很難通過(guò)化石形態(tài)了解這群古人的身形體貌，但遺傳學(xué)分析卻讓我們找到不少丹尼索瓦人與其他人群交流的蛛絲馬跡。
例如，丹尼索瓦洞的一塊長(zhǎng)骨碎片的DNA顯示，這個(gè)約8~12萬(wàn)年前的古人有著丹尼索瓦人爸爸，媽媽則是尼安德特人 [8]。
再比如，現(xiàn)代西藏人體內(nèi)變異的EPAS1基因很可能來(lái)自丹尼索瓦人 [9]。這種變異讓他們的紅細(xì)胞更會(huì)抓住氧氣，從而適應(yīng)高原缺氧生活。
而本次提取到丹尼索瓦人線粒體DNA 的白石崖，正是在青藏高原，也就是夏河人所在的溶洞。
深挖夏河人 “老巢”
白石崖溶洞遺址位于青藏高原東北部，屬于甘肅省甘南州?？茖W(xué)家們能找到這一記錄古人類歷史的寶庫(kù)，要感謝當(dāng)?shù)氐纳恕?/span>
1980年代，在甘肅夏河縣，一位僧人意外在修行的溶洞中找到一塊半截帶著牙齒的下頜骨。這塊下頜骨既像人的，又不像人的，很可能屬于某種古人類。經(jīng)過(guò)幾十年輾轉(zhuǎn)，這塊骨頭最終成為蘭州大學(xué)的收藏。2010年開(kāi)始，蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊(duì)開(kāi)始對(duì)這件化石和它的出土地——海拔3200余米的甘南白石崖溶洞遺址進(jìn)行研究。
白石崖溶洞遺址發(fā)掘（夏歡，申旭科和張東菊）攝影：韓源源；版權(quán)：張東菊，蘭州大學(xué)
古蛋白組學(xué)表明，這塊神秘的白石崖下頜骨屬于一位16萬(wàn)年前的丹尼索瓦人。研究人員將化石的主人命名為夏河丹尼索瓦人，簡(jiǎn)稱為 “夏河人”。[1]
不過(guò)，因?yàn)榇_認(rèn)夏河人為丹尼索瓦人的證據(jù)只是一個(gè)氨基酸的變化，科學(xué)家們希望能夠挖掘出關(guān)于這塊下頜骨的更多信息，因此蘭州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在白石崖遺址及周邊開(kāi)展了多年研究。
本次刊于《科學(xué)》的論文就是對(duì)白石崖溶洞遺存的進(jìn)一步研究。
遺址內(nèi)，研究人員根據(jù)沉積物特征的不同劃分了10個(gè)地層。他們從這些地層里共收集到1310塊石制品和579塊動(dòng)物骨骼碎片。
那么如何判斷遺址內(nèi)沉積物和動(dòng)物骨頭的年齡呢？研究人員分別用光釋光和碳14技術(shù)進(jìn)行測(cè)年，發(fā)現(xiàn)白石崖溶洞遺址距今約3萬(wàn)~19萬(wàn)年。
出土物顯示，當(dāng)時(shí)古人的打制石器技術(shù)比較簡(jiǎn)單，有較多的刮削器，動(dòng)物骨有砍砸和火燒的痕跡。
當(dāng)然，更重要的是，研究人員從洞里的沉積物中發(fā)現(xiàn)了丹尼索瓦人線粒體DNA。這也是在丹尼索瓦洞的材料外，首例成功復(fù)原的丹尼索瓦人線粒體DNA序列。
發(fā)現(xiàn)10萬(wàn)年和6萬(wàn)年前的古人類基因
沉積物DNA是近年新興的分析技術(shù)，能幫科學(xué)家在沒(méi)有化石的遺址內(nèi)找到古人的遺傳信息。2017年，《科學(xué)》一項(xiàng)研究曾報(bào)道了德國(guó)馬普所的研究人員通過(guò)沉積物找到多個(gè)遺址中尼安德特人或丹尼索瓦人線粒體DNA的研究 [10]。
從沉積物提取DNA的技術(shù)，“一般用于人骨很不易發(fā)現(xiàn)的舊石器時(shí)代考古遺址”，論文的第一作者、共同領(lǐng)導(dǎo)該研究的蘭州大學(xué)教授張東菊告訴《知識(shí)分子》。
而本研究的最后通訊作者——中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員付巧妹及團(tuán)隊(duì)在2016、2017即開(kāi)展了相關(guān)沉積物DNA研究工作。實(shí)際上，她的博士和博士后研究就是在專攻古DNA技術(shù)。在2015年全職回國(guó)后，付巧妹建立了自己的古DNA實(shí)驗(yàn)室，并在多個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上介紹相關(guān)的技術(shù)，希望能夠和國(guó)內(nèi)的考古團(tuán)隊(duì)合作，一起揭開(kāi)中國(guó)古人類的基因歷史。
因此，在白石崖遺址發(fā)掘前，張東菊帶領(lǐng)的蘭州大學(xué)團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)付巧妹一起開(kāi)展沉積物DNA分析，他們一起制定了古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(guò)程中不會(huì)受到現(xiàn)代人類的污染。
雖然此前付巧妹研究夏河人的下頜骨發(fā)現(xiàn)其沒(méi)有殘留古人類DNA，但是在這次的沉積物樣品中，她們發(fā)現(xiàn)了古人類的DNA！
通過(guò)高效的古DNA捕獲技術(shù)，付巧妹團(tuán)隊(duì)嘗試從一次性從35個(gè)樣品中釣取242種哺乳動(dòng)物和人類的線粒體DNA。
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，這是首次在夏河縣區(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。更重要的是，付巧妹團(tuán)隊(duì)還獲得了古人類線粒體DNA，進(jìn)一步分析顯示其為丹尼索瓦人。
對(duì)發(fā)現(xiàn)DNA的沉積物所在的同地層測(cè)年確認(rèn)，這些白石崖溶洞的丹尼索瓦人大致生活在距今10萬(wàn)年前和6萬(wàn)年前。另外，在距今3萬(wàn)~5萬(wàn)年的較淺地層里也發(fā)現(xiàn)了丹尼索瓦人的DNA，但研究人員表示，考慮到用來(lái)測(cè)年的沉積可能發(fā)生過(guò)重構(gòu)，所以丹尼索瓦人是否曾生活在這個(gè)年代還不太確定。
“下頜骨化石也未提取到人類DNA，可能跟當(dāng)時(shí)的保存環(huán)境有關(guān)，使人類DNA沒(méi)有很好地保存?！?張東菊解釋說(shuō)。
她也表示，“在第10層即（距今）十幾萬(wàn)年的地層有發(fā)現(xiàn)古動(dòng)物的DNA。所以具體原因還需要進(jìn)一步研究?！?/span>
付巧妹告訴《知識(shí)分子》，他們未來(lái)會(huì)在古老的地層材料上多做一些工作?！翱梢钥隙ǖ氖沁@一層（第10層），我的實(shí)驗(yàn)室做出來(lái)了當(dāng)時(shí)古動(dòng)物的DNA，所以它的環(huán)境是適合古DNA保存的。今后需要在這一層做更多點(diǎn)，看是否有希望做出更早的人類DNA。”
丹人在東亞的蹤跡，正在慢慢揭曉
迄今為止，丹尼索瓦人只在青藏高原和阿爾泰山兩個(gè)地方顯露真容。
然而遺傳學(xué)分析顯示，他們?cè)趤喼拊鴱V泛擴(kuò)散，并對(duì)現(xiàn)代亞洲人和太平洋島嶼居民有著基因滲透。通常來(lái)說(shuō)，他們對(duì)亞洲大陸人的基因貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于尼安德特人的2%，但對(duì)于美拉尼西亞、巴布亞等太平洋島嶼人群，丹尼索瓦人的基因貢獻(xiàn)能高達(dá)2~4% [11,12]。
他們從哪里來(lái)，又到哪里去了？與本研究同期刊于《科學(xué)》的另一篇文章把目光投向早期亞洲現(xiàn)代人與丹尼索瓦人的交流 [13]。
論文作者分析了兩個(gè)現(xiàn)代人化石的基因序列，分別是3.4萬(wàn)年前的蒙古Salkhit河谷化石和4萬(wàn)年前的中國(guó)北京的田園洞人。研究人員在兩個(gè)化石中都找到了極少的來(lái)自丹尼索瓦人的基因片段（與尼安德特人的基因貢獻(xiàn)相比，丹尼索瓦人的片段只占前者的7.5%和8.1%）。
作者表示，至少在4萬(wàn)年前，亞洲的現(xiàn)代人已經(jīng)和丹尼索瓦人相遇并發(fā)生基因融合，并且，這一支丹尼索瓦人和影響了太平洋島嶼居民的丹尼索瓦人還不一樣。然而，在4萬(wàn)年前或更早時(shí)丹尼索瓦人的生活軌跡仍基本成迷。
在青藏高原白石崖遺址研究中，丹尼索瓦人的DNA主要出現(xiàn)于距今10萬(wàn)年和距今6萬(wàn)年前后。這與阿爾泰山年代較晚的丹尼索瓦人存在時(shí)間較近，基因序列也更相似。同時(shí)，遺址中出土了制作技術(shù)簡(jiǎn)單的石器以及有砍砸、火燒痕跡的動(dòng)物骨。至于生活細(xì)節(jié)，我們只能去想象了。
此次白石崖洞不同地層發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人的線粒體DNA與夏河人下頜骨，表明丹尼索瓦人曾經(jīng)長(zhǎng)期在青藏高原一帶活動(dòng)。研究人員推測(cè)，高原空氣稀薄，或許在這段時(shí)間內(nèi)，丹尼索瓦人演化出了適應(yīng)缺氧環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)，并通過(guò)基因滲透把變異傳給了后來(lái)居住藏地的現(xiàn)代人 [2]。
研究者也指出，現(xiàn)代人約在距今3~4萬(wàn)年前來(lái)到青藏高原，屆時(shí)，白石崖巖洞的丹尼索瓦人是否還在？他們是否在此相遇？這些謎團(tuán)，未來(lái)隨著更多考古證據(jù)的出現(xiàn)，將逐步得到揭曉。
制版編輯 | 盧卡斯
