文章来源：科普中央厨房 | 北京科技报
文/记者 李鹏编辑/吉菁菁
新媒体编辑/聂淑芳
神秘古老的青藏高原注定这个5月再次震惊世界：通过对一块残缺不全的人类下颌骨化石的最新研究，东亚古人类史有望被改写。
▲仅存的右半边下颌骨化石。（张东菊供图）
此前尼阿底遗址的考古研究证实，人类最早在青藏高原活动的历史是4万年前。而最新研究一下子将青藏高原的早期人类活动痕迹又大幅提到了16万年前。
5月2日，《自然》杂志在线发表了由中科院青藏高原研究所所长陈发虎院士、兰州大学张东菊副教授等人与德国著名的马普进化人类学研究所专家组成中外研究团队的最新研究论文，论文公布了关于丹尼索瓦人的最新重大研究成果。这块发现于海拔3280米的青藏高原白石崖溶洞中残缺的下颌骨化石，被确认是青藏高原上发现的已知最早的人类化石，代表了一直笼罩着神秘色彩的丹尼索瓦人在这个区域的首次出现。
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高海拔环境适应基因的起源
▲根据西伯利亚丹尼索瓦洞穴的研究成果，专家复原的丹尼索瓦人头像。（图片来源于网络）
丹尼索瓦人已经灭绝，他们与尼安德特人属于姐妹种群，因为西伯利亚南部阿尔泰山脉中丹尼索瓦洞里的部分化石碎片以及亚洲现代人体内保留下来的部分遗传信息才为人所知。
这个洞穴关于丹尼索瓦人的重要的发现始于2008年，当年考古学家在洞内发现一块有4.1万年历史的少女指骨，将她命名为“X女人”。分析发现，X女人的DNA与尼安德特人及现代智人有分别，因此将她的物种命名为丹尼索瓦人。
随着人类学研究的不断推进，科学家们发现藏族等高原人群的高海拔环境适应基因可能来自丹尼索瓦人。近些年来，国内外多个遗传学研究都得到了这样的结论。
一些古人类学家和考古学家也赞成这样的结论，但需要考古学证据予以证明。在青藏高原发现丹尼索瓦人的化石是最为直接可靠的证据。
陈发虎、张东菊与马普人类进化学研究所的让-雅克·胡布灵（Jean-Jacques Hublin）教授、丹麦哥本哈根大学和马普进化人类学研究所的弗里多·维尔克（Frido Welker）博士等人实现了这个突破，他们描述的这块下骸骨，来自于青藏高原东北边缘的一处洞穴内，属于丹尼索瓦人。该化石外包裹的碳酸盐结核的铀系测年结果为化石的形成年龄提供了一个可靠的最小年龄，即距今16万年前。
这也是首次以考古化石证据的方式证明丹尼索瓦人曾出现在西伯利亚丹尼索瓦洞以外的地方。
白石崖溶洞丹尼索瓦人生活年代的确定也得到了西伯利亚丹尼索瓦洞穴近些年新研究的印证。一些科学家们研究认为，保守估计丹尼索瓦人在28.7万~5.5万年前就占据了西伯利亚的这个洞穴。另外，陈发虎等研究的这块下颌骨的部分特征（如牙齿）也与丹尼索瓦洞穴的发现描述的丹尼索瓦人化石类似。
研究表明，现今的夏尔巴人、藏族人和邻近种群都携带了有助于他们在高海拔环境生存的可能源自丹尼索瓦人的遗传变异。这意味着藏族等高海拔地区居民生存和繁衍的秘密找到了源头。
▲青藏高原上的藏族居民已经完全适应了高海拔生活环境。（摄影/李鹏）
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残缺下颌骨背后曲折的故事
这并不是一块考古发掘出土的下颌骨。张东菊说，根据她了解到的信息，这块化石早在1980年就被甘肃省甘南藏族自治州夏河县当地的一个僧人在当地的一个山洞中修行时获得，后捐献给在当地很具有宗教威望、知识也比较渊博的六世贡唐活佛。根据僧人对发现地点的描述，六世贡唐活佛猜测其可能是一件与古人类有关的化石，于是后来将其交予原中科院寒区旱区环境与工程研究所的董光荣研究员。董光荣与此时在兰州大学工作的陈发虎相熟，多次讨论要一起开展化石的研究工作，但由于大家各自工作都比较忙，始终未找到集中的时间开始研究化石。
直到2010年，该文的研究团队才开始着手系统研究化石本身及其出土地。在随后几年中，经过一系列分析，研究者确定这块古人类下颌骨右侧的一半、带有完整的第一臼齿、第二臼齿的下颌骨属于一个古老型人群。
“这块下颌骨看起来比较原始，要比我们现在人类的厚，特别明显的是上面的臼齿比较大。”张东菊表示。但是当时这块下颌骨单纯从形态上还无法确定是属于哪一个古人类群体，
化石的发现地的研究同样重要，从2010年开始张东菊等在夏河县境内及周边地区开展广泛的考古调查，综合多方面的调查和了解，结合当年发现化石那个僧人的一些描述，到2016年时张东菊等研究人员确定当年僧人发现化石的地方应该就是当地海拔3280米的白石崖溶洞。
这个溶洞位于夏河县甘加乡江拉河谷，这里风景秀丽，溶洞是夏河县旅游观光风景之一，也是当地一些僧人的修行之所。
▲白石崖溶洞所在的江拉河谷秋景。（张东菊供图）
▲这个溶洞的洞口面向东南，在江拉河河床上方约40米，洞口很大，里面曲径通幽，未知其深。该溶洞在当地是一个有名的佛洞景点。（张东菊供图）
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牙本质层成了重大科学发现的关键
2016年，兰州大学资源环境学院与马普人类进化学研究所的正式合作推动了这块下颌骨的深入研究。此时，刚刚在资源学院攻读博士学位的博士生夏欢的主要研究方向是古蛋白质研究，在陈发虎院士、张东菊老师的支持下，她与弗里多·维尔克博士一起进行下颌骨的古蛋白分析。
古DNA是确定古人类群体更好的手段，但由于化石的年代过于久远，加上保存的原因导致古DNA遭到毁坏，古蛋白质分析就成了分析下颌骨所属人种最为重要的手段。
蛋白质作为生物体内最为重要的一类生物大分子，会在一些古生物残骸或者化石中残留下来，现在通过质谱法，就是将蛋白质降解、分离后进行检测的方法，可以完整和容易地分析出氨基酸序列，而后研究人员就能够进一步推测出蛋白质的结构，再与具体的物种联系起来。
最近一些年来，这种方法在考古学研究中开始得到越来越广泛的应用，其留存信息的可靠性也在科学界得到越来越多的认同，因此被很多古人类研究人员用来分析古人类的人种、以及与之相关的一些物种。
这个下颌骨牙齿中得到很好保护的牙本质层是提取蛋白质的目标，十分幸运他们成功了。而后，根据提取古蛋白质的研究结果，结合化石形态方面的研究，弗里多·维尔克、夏欢等研究人员在和丹尼索瓦人已有的研究成果进行比对后，2017年确定这块下颌骨属于丹尼索瓦人。
最近一些年，在整个人类学界，丹尼索瓦洞穴的丹尼索瓦人研究进展迅速，其在分子人类学方面也获得了更多的重要信息，其特有的变异蛋白质就是其中的典型，这也为夏欢、弗里多·维尔克进行信息的比对提供了方便。
在结果最终得到确定时，他们自己也震惊了，差一点儿错过了一个震惊的发现。此前通过对古代遗留的牙齿和指骨化石提取的古DNA进行分析，科学家已经证明了丹尼索瓦人的存在，该研究甚至被《科学》杂志评为2012年度十大科学突破之一。而后因为在东南亚、大洋洲现代人身上也发现丹尼索瓦人的基因证据以后，学界就有猜测认为远古时代可能青藏高原是丹尼索瓦人通往大洋洲的迁徙通道。
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为古东亚人的迁徙演化之路提供了新的视角
几十万年以前至万年以前东亚人究竟如何迁徙和演化？通过不断的考古发现和分子人类学研究，现在已经取得了很多突破，但很多问题依旧迷雾重重。尤其尼安德特人、丹尼索瓦人生存痕迹的发现，让这片古老土地的人类迁徙和演化史变得更为复杂。
▲用数字化方法去除表面附着的盐酸盐后虚拟重建的下颌骨图片1。（让-雅克·胡布灵供图）
▲用数字化方法去除表面附着的盐酸盐后虚拟重建的下颌骨图片2。（让-雅克·胡布灵供图）
“在我们的成果发表之前，只是在西伯利亚的丹尼索瓦洞发现了一些丹尼索瓦人的骨骼碎片，我们只是知道他们在阿尔泰山地区有分布，其他地区有没有分布并不清楚。”张东菊说他们的研究成果显然表明在16万年以前丹尼索瓦人曾经分布在一个更为广阔的区域。
多年来，中国各地都发现了数万年到数十万年以前的不同人类化石，尽管根据地域命名的群体众多，但是这些人群都属于什么人种，他们之间是什么演化关系，一直处于模糊状态。虽然最近一些年已经有学者提出国内命名的一些人种极有可能就是丹尼索瓦人，但是由于缺少分子人类学的证据，一直无法证实。
另外，虽然丹尼索瓦洞发现的丹尼索瓦人提取了十分丰富的基因信息，但是张东菊表示由于那里截止目前发掘出来的只是一些骨头的碎片，以及两颗脱落的牙齿，缺乏重要的体质形态方面的信息，这让东亚地区的其他一些古人类化石也无法和丹尼索瓦人进行形态对比。
“我们的这件化石第一次从体质形态方面为丹尼索瓦人提供了比较丰富的信息，研究成果使将丹尼索瓦人与其他古老型人种进行体质形态对比成为可能，为神秘的丹尼索瓦人的研究开启了更为广阔的空间，也为深入了解东亚直立人、古老直立人和现代智人演化及其相互关系提供了新的视角。”张东菊表示。
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后续发掘可能有更大发现
▲在江拉河谷上方眺望整个河谷。（张东菊供图）
夏河县的江拉河谷中极有可能还藏着不少丹尼索瓦人的秘密。
通过比较可靠的年代学检测技术和古蛋白质提取和分析技术，陈发虎等已经确定，至少在16万年以前丹尼索瓦人就已经活跃在包括青藏高原在内的东亚这片广阔的土地上，也为西伯利亚丹尼索瓦洞关于丹尼索瓦人的生存和活动年代提供了印证和支撑的证据。
但是由于这个下颌骨并不是考古发掘出土，发现年代较早，具体出土层位缺失，从而也导致缺乏相关文化信息。幸好化石出土地已经找到，有可能填补信息空白。
2018年，国家文物局批准了白石崖溶洞的发掘申请，兰州大学联合甘肃省文物考古研究所在年底对该洞穴进行了小面积的发掘，发现一些新的骨头碎片及文化遗存，目前正在进行相关发掘材料的整理和分析工作。
▲张东菊（右上探方内）带领团队2018年在白石崖溶洞中进行考古发掘。（张东菊供图）
▲溶洞入口较为平缓，一个缓坡下去后是两个2018年发掘小探方。（张东菊供图）
“这个洞中有丰富的旧石器时代文化遗存，我们的发掘也还没有到底，目前还不能确定哪一层是和这个化石是同时期的。”
并且考察发现，白石崖溶洞里面空间极其庞大，洞穴错纵复杂。张东菊表示，他们也希望在随后的工作中能够发现更多的丹尼索瓦人化石及其文化遗存。
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仍有新的谜团待解
现在这块下颌骨的研究成果也留下了一个很大的谜团。
这里的丹尼索瓦人是从哪里迁徙过来的？他们为何会选择环境更为恶劣的青藏高原3200米海拔的地方居住下来？依旧迷雾重重。
古气候资料表明，16万年以前青藏高原处在一个比现在更冷的冰期环境，这一海拔并不合适古人类长期生活。
不过张东菊表示，这个溶洞还没有达到海拔4000米以上环境更为严酷的地域，并且是一个恒温恒湿的大溶洞。
▲这个溶洞入口高5米宽7米，洞口摆放着各种给佛祖的供品。（张东菊供图）
“我们做了一个初步的观察，在距离入口80米的范围之内，冬天里面每天的温度也都在8-9度，在特别冷的环境中，在这个洞穴中居住是比较有利的。”张东菊表示。
但新的问题也随之而来，当时丹尼索瓦人又是如何对这里的海拔产生适应性的呢？毕竟此前有关丹尼索瓦人的化石证据一直局限于海拔只有700米的西伯利亚丹尼索瓦洞穴。
夏欢认为，夏河县的丹尼索瓦人极有可能是他们在向青藏高原扩散的过程中获得了适应高海拔、低氧环境的基因。
“当然这种推测还需要更多的工作予以验证。”夏欢表示。
