挑战人类起点说,是一种新的古老型人类

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▲河南灵井遗址发现的“许昌人”1号和2号头骨化石。吴秀杰供图

“许昌人”1号和2号头骨化石 吴秀杰供图

2007年12月17日是河南文物考古研究所在许昌灵井遗址发掘的最后停工日期。整整三年,考古队发掘出了几千件石制品和动物化石,唯独没有人类化石。

3月3日出版的国际著名学术期刊《科学》杂志上发表了我国科学家领衔完成的《在中国许昌发现的更新世晚期古老型人类头骨》(LatePleistocenearchaichumancraniafromXuchang,China)论文,论文称在中国许昌发现的生活于更新世的“许昌人”是一种新的古老型人类。研究人员认为,“许昌人”头骨形态无法归于任何一个已知的古老型人类类群,却同时具有北京人、尼安德特人,甚至现代人的某些特征。这将为研究人类,特别是东亚地区现代人类的起源和演化,再添重要证据。

考古人员很清楚,全世界范围内的古人类化石实在太稀少了,发现它们除了要有技术,还得靠直觉和运气。

这项研究是由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所与河南省文物考古研究院、北京大学、华东师范大学、美国圣路易斯华盛顿大学合作完成的。

幸运的是,这一次他们的运气相当不错——几乎是在停工的前一刻,他们找到了一些淡黄色骨头,表面光圆,更重要的是,一侧边上已清楚地显露出了骨缝,这只可能是人的化石!

艰难的发现:

就这样,“许昌人”戏剧性地出现了!

沙海拣金,碎骨拼图

但是,这个发掘地点位于自流井附近,埋藏文物、化石的地层长期被积水浸泡,尤其到了夏季,泉水加上雨水,导致这里积水更多而无法挖掘,只能等待。河南文物考古研究所研究员李占扬带着考古队经历了7年之久才等到继续发掘的合适条件。

简单地说,科学家把与考古学上发现的与现代人类不同的古人类,都称为古老型人类,比如北京猿人、尼安德特人、海德堡人等。但古人类化石在世界范围内都极为稀少,论文的通讯作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员吴秀杰说:“古人类化石是难以保存的,一是当时古人类比较少,二是当时人类属于被捕食者,能保存下来的少之又少,所以哪怕发现一颗古人类的牙齿化石,都十分困难。”

直到2014年,考古队一共挖掘了45块古人类头骨碎片,经过科研人员的测年和复原,它们被拼接成两颗较为完整的人类头骨,年代为距今10.5万~12.5万年。

在位于郑州市陇海路北三街的河南省文物考古研究院静谧的小院内,论文第一作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所客座研究员、河南省文物考古研究院研究员李占扬,向记者展示了高清晰度CT扫描、手工及三维虚拟复原的“许昌人”头盖骨照片。

2017年3月3日,美国《科学》杂志发表了这项成果——《中国许昌发现晚更新世人类头骨研究》,在全世界范围内引起了轰动。因为这个发现找到了“许昌人”是中国古人类跟尼安德特人交流并向现代人过渡的证据。中国境内古人类连续演化的证据链又增添了非常关键的一环。

2005年以来,科学家们在河南省许昌市的灵井遗址进行了连续12年的挖掘——这就像要在浩瀚的沙漠中寻找被隐藏的数粒金沙,2007年考古队发现了23块碎骨,16块能够被拼接在一起,之后直至2014年,才又发现了20多块碎骨,总计45件人类头骨碎片化石。

李占扬告诉《中国科学报》记者,全世界对于东亚地区的人类演化一直知之甚少,以至于它一直被主流学界所忽略。“许昌人”的出现,终于使得国际学者的目光转向了中国。东亚的人类进化可能比之前人们所想象的要复杂得多,甚至可能存在与其他地区不同的演化模式。

经北京大学环境学院周力平教授等专家测定,“许昌人”生活在距今10.5万年至12.5万年之间。通过科学家们历时两年的拼接和比较,“许昌人”头骨才呈现在我们面前。“这项研究以化石形态特征和可靠的地层年代数据提供了华北地区晚更新世早期人类形态变异及演化模式的关键证据。”李占扬说。

一种新的古老型人类

这些头骨碎片代表5个个体,其中1号和2号个体相对较为完整。“许昌1号”由26块游离的头骨碎片组成,复原后的头骨保留有脑颅的大部分及部分底部,代表一个年轻的男性个体;“许昌2号”头骨由16块游离的碎片拼接而成,复原后的头骨保存有脑颅的后部,为一较为年轻的成年个体。

人类化石被挖掘出土之后,当务之急就是要确认它的年代。

特殊的“许昌人”:

针对“许昌人”的这一关键任务落到了北京大学教育部地表过程分析与模拟重点实验室,它是目前国内测年领域的权威。

晚期古老型人向现代人演化的过渡类型

实验室周力平教授的研究组应用最新的光释光测年技术,从沉积物中分离出石英和钾长石两种矿物,尝试了多种测量方法,最终获得了精度很高的光释光年龄数据——“许昌人”的化石年代被确认为10.5万~12.5万年前。

“特殊。”吴秀杰用这个词来描述“许昌人”:“‘许昌人’头骨呈现复杂的混合及镶嵌性形态特征,头骨呈现出更新世晚期人类、东亚中更新世直立人以及欧洲尼安德特人的混合特征,也有与现代人类相似的特征,我们倾向于认为‘许昌人’是晚期古老型人向现代人演化的过渡类型。”

要知道,这一时期是现代人起源的关键时期,这个时期的化石也是第一次在中国境内被发现。而这一结果也得到了国际同行的认可。

吴秀杰介绍,科学家们尝试从碎骨中提取DNA,但失败了。不过,从头骨形态上,也能看出端倪。首先,“许昌人”的脑颅明显扩大并呈纤维化,这与其他地区出土的从中更新世到晚更新世早期的古人类化石有一致性,进一步证实这一时期的人类具有相似的演化模式。

“许昌人”头骨化石出土时已破裂成碎片,而这些碎片是与同时出土的动物化石混合在一起的。研究人员先要从一堆零散的碎片中挑出人类化石,总计45片。经过鉴定,这些头骨碎片代表了5个个体,其中1号和2号个体相对比较完整。

其次,“许昌人”具有东亚中更新世早期人类,如周口店直立人、和县直立人等的原始及共同特征,比如低矮的头骨穹隆、最大颅宽的位置靠下等。吴秀杰说:“这提示我们,从更新世中、晚期,东亚古人类可能具有一定程度的连续演化模式。”

接下去最重要的是,要把这些化石碎片像拼图一样拼接起来,看看“许昌人”到底长什么模样。

最奇特的是,“许昌人”头骨上也发现了与典型的尼安德特人相似的两个独特性状:一个性状表现在项区,包括不发达的枕圆枕、不明显的枕外隆突伴随其上面的凹陷;另外一个性状是内耳迷路的模式,前、后半规管相对较小,外半规管相对于后半规管的位置较为靠上。“这暗示了两个人群之间可能曾有过基因交流。”吴秀杰说。

于是,中科院古脊椎所研究员吴秀杰的研究组采用形态观测、高清晰度CT扫描、手工及三维虚拟复原等手段,对“许昌人”头骨进行了复原,他们还分别制作了1号和2号人头骨虚拟及实体的复原头骨及颅内膜。

究竟是在何种情况下,“许昌人”和尼安德特人进行了基因交流?李占扬推断:在“许昌人”之前,东亚大陆极度寒冷,“许昌人”的先辈向气候温和的欧洲迁移,同早期尼安德特人相遇、杂交。在距今12.8万年至7.4万年间,气候转暖,这批古人类重返家园。这种迁移因气候波动可能进行过多次。

这一过程整整持续了两年,足见它的繁复。

重要的“许昌人”:

www.hj9292.com,然而,复原的结果让研究人员大感意外——他们在对“许昌人”头骨形态特征、测量数据、脑形态、脑量、颅骨内部结构等特征进行细致研究之后,发现“许昌人”不是早期现代人,不是尼安德特人,不是海德堡人,也不是直立人。这是一种新的古老型人类,目前无法将其归入任何已知的古老型类群之中。

可能代表华北地区早期现代人的直接祖先

吴秀杰在接受《中国科学报》记者采访时表示,这些头骨呈现出了早期现代人、东亚中更新世直立人以及欧洲尼安德特人的混合特征。

在现代人类的起源和演化研究中,多地起源说和非洲起源说一直争论不断。“许昌人”的发现、身份确认,虽然不能为这场旷日持久的争论画上句号,却有助于让科学家们对这个问题的理解更深入一步。

首先,“许昌人”的脑颅在扩大,其中一个头骨的颅容量达到了约1800CC,而且他们骨壁变薄、颅形圆隆、枕圆枕弱化、眉脊厚度中等,这意味着“许昌人”的头骨有纤细化的趋势。“这些恰恰就是早期现代人的特点,由此可以说明,‘许昌人’出现了向现代人演化的萌芽。他还有可能就是华北地区早期现代人的直接祖先。”

吴秀杰说,“许昌人”很可能代表着华北地区早期现代人的直接祖先,“从他们头骨的形态特征上看,既有中国古人类演化的地区连续性,也可能与欧洲古人类之间有基因交流”。她介绍,中国古人类学家近10年来开展了大量野外调查、发掘和化石研究工作,先后在湖北郧西黄龙洞、湖南道县福岩洞、安徽东至华龙洞等地发现了珍贵的古人类化石,对中国更新世中、晚期人类演化认识进一步深化。“许昌人”的发现,为了解东亚地区早期现代人直接祖先的地区分布及化石特征,提供了可靠的化石证据。

此外,“许昌人”头骨穹隆低矮,脑颅中矢状面扁平,最大颅宽的位置靠下,有短小并向内侧倾斜的乳突。吴秀杰表示,这些特征是东亚本地古老型人类比如周口店直立人、和县直立人等也具有的特征。因此,她认为从更新世中、晚期,东亚古老型人类可能具有一定程度的连续演化模式。

“我们倾向于认为,东亚古人类的演化既不是简单地线性进化,即割裂、单独地本地起源并演化;也不是被取代,即被走出非洲的现代人类完全替代。”吴秀杰说,“我们可以清晰地看到古人类不同类群多次迁徙和交流的痕迹。在晚更新世早期,东亚地区可能并存多种古人类群体,不同群体之间有杂交或基因交流。”

有意思的是,研究还发现,“许昌人”与欧洲的古老型人类尼安德特人之间存在基因交流的可能性。因为他具有与典型的尼安德特人相似的两个独特性状:一是不发达的枕圆枕、不明显的枕外隆突伴随其上面的凹陷。另外,内耳迷路的模式,前、后半规管相对较小,外半规管相对于后半规管的位置较为靠上。

(原载于《光明日报》 2017-03-0312版)

不过,“许昌人”DNA提取并没有取得成功,也就无法从分子遗传学层面分析他的基因构成,从而精确推测它与已知的古老型人类或者现代人的亲缘关系。

“即便如此,通过现有的化石证据可以肯定的是,东亚更新世晚期人类演化比过去学界认为的要复杂得多。在10万~20万年前,东亚地区可能并存着多种古人类群体, 不同群体之间有杂交或者基因交流。”吴秀杰说。

非洲起源说VS多地起源说

这个研究结论之所以重要,是因为它与现代人起源有着千丝万缕的联系,尤其是东亚人起源,这是个长久以来总是被忽视的区域问题。

一直以来,关于现代人的起源有两种观点长期对峙,一种是非洲起源说,一种是多地起源说。前者支持所有现代人都是从非洲走出的智人进化而来,他们在不同地区替代了本土的古老型人类而成为霸主,而后者则认为,直立人在各个地区都独立进化出了智人。

吴秀杰说,尤其是在非洲和欧洲,现有证据证明非洲起源说的确更占上风。

目前为止,科学家发现的最早的现代人,即所谓智人的化石出土于埃塞俄比亚奥莫—基比什和赫托遗址,时间为16万年前。南部非洲边界洞和克莱西斯河口洞的人类化石也早于10万年前。2011-2014年我国湖南道县发现的47颗完全类型的现代人牙齿化石,使得学术界对以往认为的早期现代人在距今6万年左右抵达东亚大陆的假说产生了怀疑。

现今在欧洲发现的最早的现代人,为2015年在以色列Manot洞穴发现的距今5万年前人类头盖骨化石,与晚期的尼安德特人生存的时间重叠。此外,欧洲发现的距今3万年左右的克罗马农人的形态学证据表明,克罗马农人与尼安德特人很不一样。比如,他们的脸比较短且扁平,鼻子虽然比现代欧洲人更宽,但比尼安德特人要小巧。另外,考古和体质两方面的证据表明,他们是外来的,无论是生活方式还是创造的文化都与本地的尼安德特人不同。他们曾与尼安德特人共存,但却不是尼安德特人的后代。

得益于分子遗传技术的发展,非洲起源说所能依靠的还不仅仅是人类化石的直接证据。

其中著名的例子就是“夏娃理论”。美国伯克利大学的几位科学家利用线粒体DNA只有母体遗传,因而追溯过程最后会导向一位单一的女性祖先的特点,根据已知的线粒体DNA突变速度的计算,认为所有婴儿的线粒体的DNA向前追踪,最后追到大约20万年前生活在非洲的一个妇女,即所谓的“夏娃”。

此外,已有初步的基因组多样性研究表明,非洲人在所有的现代人群中的多样性是最高的,并且有着广泛的群体分化,这个结果与人类线粒体DNA谱系根部在非洲的结果也是相吻合的。

由于欧洲寒冷干燥的气候,对化石保存更为有利,科学家成功提取了尼安德特人的古DNA。结果发现,它非常接近于现代人的序列,同时差异也很明显。尽管他们主要分布在欧洲,但他们与现在欧洲人的相似度,并不比其他地区更高。也就是说,他们与欧洲人之间并没有不同寻常的关系。

中国人起源的纷与争

“但在东亚地区,目前能够直接证明非洲起源说的化石证据还没有发现。”吴秀杰指出。

原因是,目前为止出现在中国境内的古人类,包括直立人、早期智人、现代人化石在演化时间分布上具有连续性,空间分布上南北都存在。不仅如此,中国的古人类在体质特征、文化遗物上(如发现的石器制作技术)也是一脉相承的。这也是以中科院院士、古人类学家吴新智为代表的一部分古人类学家坚持多地起源说的理由。

2013年,中国科学家将含量仅占0.03%的田园洞人DNA成功辨识并提纯出来,这是中国到目前为止唯一一个能够获得核DNA的早期现代人,距今约4万年,也被认为是比较明确的中国地区现代人的直系祖先。分析表明,田园洞人只携带了少量古老型人类——尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA,更多表现为现代人的基因特征,与现在的东亚人种有着密切的血缘关系。

“但这项研究无法证明,占大部分的现代人基因特征是源于非洲的。”吴秀杰说,“况且,化石所表现出的结构特征,依然是接近于中国本土古老型人类的。”在中国,还没有出现像欧洲的克罗马农人那样,能与本土的古老型人类和文化显著区分,并能够证明是外来移民的早期现代人化石。

吴秀杰介绍说,实际上,目前完完全全由非洲智人取代世界各地本土古人类的说法早就被推翻了。科学家们研究过的全球除非洲以外的个体都含有大约2%的尼安德特人的基因组序列,这意味着非洲以外的古人类曾经遭遇过尼安德特人,并与之混血。

因此,关于人类起源又出现了第三种折中观点,认为智人在走出非洲的过程中不断与当地的古人类发生混血、杂交,共同迈向现代人演化的道路。只是,更倾向于非洲起源说说的人支持非洲智人的基因对现代人的贡献占绝对主流。而另一种,其实也是多地起源说的支持者认为,世界各地现代人类起源的类型不应该只存在一种模式。吴新智就认为,欧洲是来自非洲为主、本地尼安德特人为辅,东亚可能就是本地为主、外来为辅,澳洲是来自印尼为主、来自其他地区为辅,总之不同地区的演化模式并不相同。

“‘许昌人’的发现,让我们能够确定的是,至少依据形态学证据,证明在10万~20万年前,中国境内的一种古人类已经具有了向现代人演化的趋势,而且,他们还与外来的古老型人类有混血。”吴秀杰说。

吴秀杰认为,从某种程度上,我们可以推测,并不只有非洲直立人进化成了早期现代人,至少在东亚地区同样存在这种可能性。而且,演化的路径比过去我们所认识的要复杂得多。

“但是,严格说,我们的论文本身没有涉及非洲起源说、多地区说或者折中说,因为仅凭这两个化石证据远远无法为这几种说法盖棺论定。”她强调。

目前看来,在主流学界,分子遗传学的证据始终更为强势:早在2001年,中国的遗传学家对1万多例来自东亚、北亚、东南亚等地区的100多个群体的遗传学分析显示,所有这些个体的Y染色体单倍型都是从非洲祖先衍生的,而迁徙的时间大约是3万~4万年以前;最新的2016年9月,由哈佛医学院遗传学家领衔的国际团队对全世界270个地点的个体样本,进行了全新的、高质量的全基因组测序。研究证实了当今所有非洲之外人类的祖先都源自10万年前同一走出非洲的种群。

也就是说,现有的利用不同遗传标记,比如线粒体DNA、Y染色体以及核基因组的研究结论,基本都是一致的。

不过,因目前的遗传技术手段是通过现生人类的DNA变异程度往前推测出古人类的历史,遗传学家所使用的计算方法和模型一直存在争议。所以,事实上还没有一种学说可以提出足够的证据把另外的学说彻底否定。尤其是在东亚,化石证据和遗传学证据之间还无法相互匹配。

“这恰恰说明了古人类学研究有趣的地方。”吴秀杰对这种学术争论十分坦然。在她看来,古人类研究的目的并不是为了要证明一种假说,而是尽可能去接近真相。

“重要的是不能被已有的观点束缚了手脚。”吴秀杰说。

(原载于《中国科学报》 2017-03-24 第1版 要闻)

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