青藏高原最早的人类 考古发现的2000多年前的古人类

记者马

“谁把古托叫来的……”，每当我听到他们唱这首歌《青藏高原》，那种惊心动魄的追问就会直达灵魂深处。然而，很多年来，没有人知道这个问题的答案。直到一位名叫张东菊的女考古学家用她震惊世界的发现告诉我们，青藏高原上最古老的呼唤来自至少16万年前的“夏河丹尼索瓦人”(以下简称“夏河人”)。

这一发现为张东菊赢得了多项世界级荣誉，最近，她还获得了第17届中国青年女科学家奖。

那么，“夏河人”是谁呢？「夏河人」是如何被发现的？他们和现代人类是什么关系？有哪些未解之谜和未解之谜？这一切都需要从“X女”说起。

图说：科学家复原的X少女头像。

x女孩

2008年，俄罗斯考古学家在西伯利亚南部阿尔泰山的丹尼索瓦洞穴中发现了一小部分人类指骨化石，以及一些石器。

通过分析从指骨化石中提取的DNA，科学家得出结论，指骨的主人是一个5到7岁的小女孩，绰号“X女孩”。“X女孩”不属于任何已知的人类种群，不同于现代智人和先前已知的尼安德特人，而是属于一个未知的生活在数万年前的古智人，被命名为“丹尼索瓦人”，其年龄约在76-51000年前。

丹尼索瓦人的发现在学术界引起了极大的震动，这项研究被《科学》杂志(Science)评为2012年十大科学突破之一。

为什么杰尼索夫的发现如此轰动？因为它对人类进化和现代人起源的研究意义重大。

近年来，随着分子生物学的发展，现代人起源的研究颠覆了我们很多原有的认知。比如我们小时候课本上说在中国发现的直立人，比如蓝田人，北京人，就是我们的祖先。现在我们知道，他们很可能不是我们的祖先或直系祖先。国际学术界的主流观点认为，我们的祖先是从非洲走出的早期现代人，他们在走出非洲的过程中，替代了当地的土著，比如蓝田人、北京人的后裔。那么，我们的祖先离开非洲之后，与在非洲之外，也就是欧亚大陆相遇的古人类是什么关系呢？他们之间有过基因交流吗？

丹尼索瓦人被发现后，科学家将他们的基因与现存人口的基因进行了比较。发现丹尼索瓦人对大洋洲的某些种群贡献了约5%，对东亚、南亚和美洲的某些种群贡献了约0.2%，而对现代非洲、欧洲和中亚的任何种群都没有贡献。这些发现和研究对于我们回答“我是谁，我从哪里来”这一古老命题无疑具有重要意义。

一个重大发现通常伴随着许多谜团。例如，科学家检测到丹尼索瓦人的DNA中含有一种独特的EPAS1突变基因。在之前的研究中，科学家发现这种突变基因是人类适应高海拔环境的关键基因之一。国内长期生活在青藏高原的居民，一般都有这种基因，使得他们不会像外国人一样到达海拔较高的地方时出现高原反应。然而，丹尼索瓦洞穴所在的地区海拔只有700米。丹尼索瓦人怎么会有这种高海拔适应基因？他们从哪里来的？由于丹尼索瓦洞穴中首次发现的只有一小块指骨化石，虽然后来报道了几颗牙齿或牙齿碎片，但学者们仍然无法还原丹尼索瓦人的形象。那么，他们长什么样？

此后，关于丹尼索瓦人的发现和研究成为世界性的学术热点，张东炬有幸闯入了这一新的世界学术竞赛。

图说：白石崖洞穴发现的丹尼索瓦人下颌骨化石。

一块古老的化石

丹尼索瓦的发现改写了人们对人类进化史的认识。既然基因检测发现丹尼索瓦人在东亚、东南亚、大洋洲等地对现代人有一定的基因贡献，说明丹尼索瓦人在灭绝前与现代人有过基因交流，基因交流事件最有可能发生在这些地区。因此，科学家推断，在过去的几十万年里，这一古老人群遍布欧亚大陆东部，其间与早期现代人有着频繁的接触。尽管如此，在这一地区，考古学家除了丹尼索瓦洞穴外，还没有发现任何丹尼索瓦人的化石证据，张东菊和她的团队很幸运地成为了搅局者。

这要从一个古老而传奇的化石说起。

上世纪80年代，一位僧人偶然在甘肃省甘南州夏河县白石崖洞发现了一个奇怪的化石。化石的形状表明，它可能是一个人类的下颌骨，上面有两颗牙齿，但这个下颌骨比我们现代的下颌骨大得多。和尚觉得一定是好东西，就送给了他非常尊敬的公堂六世活佛。

公堂活佛看到这个奇怪的化石，觉得不简单。从上世纪80年代开始，他就与中科院寒旱所研究员、兰州大学资源与环境学院兼职教授董光荣有联系。得知董光荣从事内蒙古萨拉乌苏遗址和“鄂尔多斯人”的研究，经常和化石打交道，活佛就把僧人送来的石像骨送给了他，希望对他的研究有所帮助。

董光荣告诉兰州大学环境考古队领队陈发虎院士，希望一起研究。但是，由于他们的研究侧重于环境考古，对这块化石的研究并没有被考虑进去。直到2010年，张东菊博士才毕业留校。作为陈发虎院士团队的主要成员之一，她开始对化石进行真正深入的研究。

张东举，现任兰州大学资源与环境学院教授。她毕业于山东大学考古专业，获学士学位，研究生时被派往兰州大学跟随陈发虎院士学习环境考古。硕士和博士期间主要从事旧石器时代环境考古研究。化石能交给她对张东菊来说是幸运的，但其实更多得益于她的学术背景，所以对她来说研究这块化石再合适不过了。

这是一个长约12厘米的人类右侧下颌骨化石，整体呈土黄色。这个化石只保存了古人类下颌骨的右侧，下颌骨连着第一磨牙和第二磨牙。其他牙齿只保留牙根部分，下颌厚实原始，臼齿大。在没有测量的情况下，研究人员可以清楚地看到它没有下巴，首先它不是现代人的化石。

对于化石的研究，张东驹首先想到的是化石的古DNA分析。不幸的是，研究人员发现化石没有保存古代DNA信息。张东菊说，在生物死亡的过程中，细胞会逐渐自溶，并伴随着大量蛋白酶、DNA酶等的释放。DNA很快就会降解。

由于无法找到DNA，研究小组将注意力转向了古代蛋白质分析。蛋白质比DNA“存活”的时间更长，它们的化学和分子组成更稳定，分解速度也没有那么快。组成蛋白质的氨基酸的化学结构最终由生物体DNA中特定的编码序列决定。因此，通过比较同一种蛋白质在不同物种中的氨基酸组成，可以知道物种间的亲缘关系。

古蛋白质分析结果终于让张东举和整个研究团队欣喜若狂。发现化石古蛋白所反映的遗传信息与丹尼索瓦洞穴中的丹尼索瓦人最为接近，因此可以确定该化石属于青藏高原的丹尼索瓦人，研究人员将其命名为“夏河丹尼索瓦人”。研究人员还通过测量化石碳酸盐包裹体的沉积年龄，确认该化石至少形成于16万年前。

2019年，张东菊团队的研究成果发表在国际顶级学术期刊《自然》上：这是至少16万年前生活在青藏高原上的丹尼索瓦人的化石！后来，根据这块化石和先前已知的丹尼索瓦人的DNA信息，研究人员绘制了丹尼索瓦人的第一个头部。

自从丹尼索瓦人被发现以来，已经过去了七年多。当全世界的科学家都在为寻找下一个丹尼索瓦人的线索而绞尽脑汁的时候，张东驹及其团队的成果立刻在国际国内古人类学和考古界引起了极大的轰动，得到了国内外同行专家的广泛肯定和支持。入选教育部2019年度中国高校十大科技进展、科技部2019年度中国十大科技进展、《科学》杂志2019年度十大科学突破、《考古》杂志2019年度全球十大考古发现、《科学新闻》杂志2019年度全球十大科技新闻。

图说：张东驹在考古发掘中。

深夜挖掘

荣誉接踵而至，疑惑也随之而来。由于化石发现较早，缺乏具体的出土层位信息，一些学者对环境考古队近十年后的调查研究结果仍有疑问：白石崖洞穴是化石出土的地方吗？古蛋白分析显示下颌骨属于杰尼索夫人可靠吗？

其实，田野考古出身的张东举更了解这块化石的固有“缺陷”:不是考古发掘所得，没有明确的发掘地点，没有明确的地层关系。要弥补这一缺陷，只有通过实地调查和挖掘。因此，随着对化石的研究，张东菊和她的团队在2010年开始了实地调查。他们的团队花了六七年时间，以白石崖洞穴所在的甘家盆地为重点，逐一考察了方圆的20多个洞穴，试图找到更多旧石器时代考古遗址和白石崖洞穴居住过夏河人的证据。

连续六七年，队员们每年只能以游客的身份参观白石崖洞。“只能看，不能挖，不能收藏。”为什么？我们之前说过，夏河人的化石最初是一个和尚发现的。之所以被僧人捡到，是因为白石崖洞原本是佛教场所，现在由当地的白石崖寺管理。通常，许多僧侣和信徒在这里修行和朝拜。另外，这个山洞也是夏河县著名的旅游景点，尤其是夏天，游客很多。因此，为了不影响当地僧人和群众的佛事活动，以及游客的参观，张东驹和他的团队的考察活动只能“偷偷摸摸”地进行，很难有多大收获。

转机发生在2016年。当张东驹等人再次“造访”白石崖洞穴时，意外地在入口通道处发现了一块未被坚硬钙板覆盖的松散土状堆积物。在群众踩出来的堆积物中，张东举找到了几块石头，仔细辨认，惊喜地发现竟然是石器！

基于此，他们确认了白石崖洞穴遗址保存着史前考古遗迹！

课题组向国家文物局提交了考古发掘申请，两年后终于获批。2018年12月初，兰州大学环境考古队首次正式入洞进行考古发掘。

他们的发掘时间很特别，三三三五四年的冬夜。之所以选择这样一个特殊的时间，是因为拟建的发掘区域位于洞穴狭窄的入口通道区域，只有在一年中的这个时候才能正常进行发掘活动，不影响僧人和游客的活动。

这二十多天，张东举带领研究生们一起挖山洞，每天晚上七八点进山洞，早上收工。虽然辛苦，但是收获很大。“我们挖到了1.6米的深度，出土了大量的石制品和动物骨头。”张东举介绍。

之后，兰州大学和甘肃省文物考古研究所于2019年再次对白石崖洞遗址进行了正式考古发掘，分两次发掘T1至T5共5处勘探遗址，总发掘面积11平方米。其中，T1至T4的勘探中出土了大量的石制品和动物骨骼，发掘的地层可分为11层(无底)，每层都有石制品和动物骨骼出土，特别是底部的第10层和第11层，反映该洞穴曾被史前人类长期占据。

图说：2019年，张东聚团队在白石崖洞穴发掘时合影。

两项重要成就

上面的说法很专业，也很笼统，你可能很难理解张东菊和她的团队收获了什么。总结起来，他们的主要成果有：一是获得了白石崖洞穴丹尼索瓦人的古DNA，同时获得了丰富的史前人类活动遗迹(石器、动物骨骼等。);其次，他们利用白石崖洞穴的出土样本获得了可靠的年代数据。

对于张东炬来说，通过挖掘获得丹尼索瓦人的化石和DNA应该是最想要的结果，而获得DNA最直接的方法就是找到化石。然而，化石的形成和发现都是不可避免的。幸运的是，随着近年来科技的发展，他们有了另一种获取DNA的方法，那就是沉积物古DNA分析。

“动物或人死亡后，线粒体中的遗传物质——线粒体DNA也会发生降解，断裂成片段。经过数万年的历史演变能否保存下来，与保存环境密切相关。一般来说，越干燥、越寒冷的地方越有可能保存下来。”张东举介绍，沉积物古DNA分析是一种新的DNA分析技术，可以获取曾经在遗址生活过的古人的信息，弥补人类化石的不足。

古代DNA的提取是跨学科合作的结果。与张东举合作的是中国科学院古人类研究所古脊椎动物研究所的傅团队。巧合而令人羡慕的是，前不久，傅和张东菊双双获得第17届中国青年女科学家奖。

在发掘现场之前，张东举和傅制定了一个取样计划。考古学家穿着防护服，将沉积物中的古代DNA样本提取到无菌袋中，以尽量减少接触和污染。就像用磁铁从一堆混合金属中吸出铁一样，傅的团队通过实验，在样本中捕获了242种哺乳动物和人类的线粒体DNA。分析表明，沉积物中动物的古DNA包括犀牛、鬣狗等灭绝动物，与遗址中发现的动物骨骼遗骸一致，验证了沉积物DNA分析的可靠性，成功获得丹尼索瓦人的DNA！

出土样本的年代测定是张东驹团队遇到的另一大难题，也是另一个突破口。碳十四测年是当今考古研究中最常用的测年方法。张东炬的研究团队选取了14块动物骨骼，在兰州大学、北京大学、牛津大学进行了预处理和碳十四测试，但遇到了问题，因为碳十四测年有上限(43500年)。如果碳十四太小，仪器探测不到的话，年代肯定是无法年代测定的。发现他们送检的4-6层的骨头已经超过碳十四测年上限。

幸运的是，近年来出现的单粒子发光测年技术为他们提供了另一种测年方式。“当应时或长石颗粒被埋在环境中时，它就像计时器一样开始积累辐射能。有一天，当人类把它挖出来，用光激发它的时候，释放的信号会告诉我们它在那里沉寂了多久。”张东驹解释了这种新的约会方式。

张东炬团队将与采集的12个光致发光样品和澳大利亚李波团队联合开展单颗粒光致发光测年分析，最终取得突破。结合碳十四和光致发光测年的结果，该团队建立了贝叶斯年龄模型，为该遗址建立了一个可靠的约19万-3万年前的年龄框架，将史前最早的历史提前了

2020年10月30日，张东炬团队的白石崖洞穴研究成果在《科学》杂志上在线发表，再次在世界范围内引起轰动，也回应了此前所有对他们的质疑。

图说：白石崖洞穴出土的石器。

已知和未知

通过发掘和研究，关于夏河人的一些疑问已经解决，而更多的疑问还有待解决。

比如夏河人用什么工具？他们吃什么？张东驹的团队在发掘过程中发现了大量的锤制石器，石器主要是刮刀，相当于我们今天的刀。这和夏河人的饮食有关。发掘中出土了大量的动物骨骼，反映出夏河人食用大量的肉类食物。但是不同的地层，也就是随着时间的变化，出土的动物骨骼有了很大的变化。犀牛、野牛、鬣狗等大型动物的骨骼多出土于下层，羚羊、狐狸等小型动物的骨骼多出土于上层。这反映出夏河人的狩猎对象在十几万年间发生了很大的变化。究竟是人类的狩猎行为发生了变化，还是生存环境发生了变化，这仍然是一个待解之谜。

我们前面讲过EPAS1基因。这是人类适应高原寒冷缺氧环境的基因。中国青藏高原的居民普遍有这种基因，丹尼索瓦人的体内其实也存在这种基因。然而，丹尼索瓦洞穴海拔只有700米。这个基因是怎么来的？现在青藏高原夏河丹尼索瓦人被发现后，似乎很容易找到答案：长期生活在青藏高原的夏河人，在适应高原环境的过程中，有足够的时间发生基因突变，丰富了EPAS1基因。当然，这只是一个合理的猜测，还需要更多的发现和更深入的研究来证实。那么问题又来了。青藏高原居民中的EPAS1基因和今天的夏河人有关系吗？

夏河人的化石中也有很多未解之谜。夏河人下颌骨第一、二磨牙保持完整，第二磨牙有三根，第三磨牙先天缺失或不萌，但磨牙后有间隙。其中，第三磨牙牙根现象的发生概率在中国居住人群和美洲土著人群中为40%以上，而在其他非亚洲现代人群中不到3.5%。这是什么意思？

当然，疑问也越来越多。比如我们的祖先智人在4万年前来到青藏高原的时候，有没有遇到夏河人？是血与火的战争还是爱与自相残杀？夏河人是否在为我们的今天“出力”？

这些问题既令人困惑，又令人着迷。于是，刚从北京回来领奖，张东菊马上回到发掘现场，她将继续做一名“高原问题作家”。

大约16万年前，丹尼索瓦人是如何在青藏高原生存的？据说白石崖洞穴遗址的考古遗存以大量的动物骨骼和石制品为主。石制品主要是从洞前河床采集的砾石，制作石屑的简易技术方法主要有石屑、石核、断块、工具等。对比破碎的动物骨骼，初步鉴定结果表明，上层以狐狸、羚羊、旱獭等中小型动物为主，下层以野牛、犀牛、鬣狗等大中型动物为主。很多动物骨头都有敲击、灼烧、切割的痕迹，包括吃肉的动物骨头。综合分析表明，古人类在这个洞穴中生活了很长时间。

青藏高原是世界上最大、最高的高原，具有独特的自然地理环境。海拔4000米以上，紫外线辐射强，动植物资源单一，氧气更是稀少。恶劣的环境对人类在这一地区的生存和繁衍提出了巨大的挑战。夏河县位于青藏高原东北部，历史上处于中原政权和高原民族的交界处。特殊的地理环境也为夏河县注入了很多文化和历史。因此，研究藏族的起源和起源就显得特别有意义。

早些年在白石崖洞穴遗址出土的一具古人类下颌骨化石，通过物理古蛋白、人类学和铀测年技术分析，可确定为约16万年前的丹尼索瓦人化石。他属于一个新发现的古人类，和曾经在欧洲广泛分布的尼安德特人是姐妹群。他对现代东亚、大洋洲、美洲和南亚的土著人作出了遗传学贡献，成为国际关注的研究热点。

目前，白石崖洞穴遗址是东亚第一个发现丹尼索瓦人和丹尼索瓦人化石DNA的旧石器时代考古遗址。青藏高原史前考古的重大进展，是国际上研究丹尼索瓦的重大突破。白石崖洞穴遗址的研究和发掘，为探索史前人类对高海拔环境的适应、青藏高原的传播、丹尼索瓦人和东亚古人类的进化提供了重要资料。

昆明举行第二次青藏探险。青藏高原人的起源和进化史是怎样的？青藏高原藏族和夏尔巴人的基因构成极其复杂，基因高度混杂。大约90%的现代智人血统和6%的古代血统可以在已灭绝的高原人的基因组中找到。现代智人谱系不同程度地来自一些分化的人群，包括东方、中西伯利亚、南亚、西亚和大洋洲的人群。

古人的血统起源也很复杂。一些基因片段可能来自阿尔泰山的尼安德特人(约1%)和丹尼索瓦人(约0.4%)或其近亲，另一些可能来自其他早期智人，甚至是不同于尼安德特人和丹尼索瓦人的古人类。在研究的200多个全球灭绝种群中，东亚种群在遗传上比其他种群更接近青藏高原种群。最接近藏族和夏尔巴人的群体是土族、彝族和纳西族，他们也生活在高原上。在高原人群中，汉族在重组近交系上与藏族最为接近，与藏族共享整个遗传组成的80%以上。

从16000年到6000年前，人类已经在青藏高原的东北边缘活动。但由于资源有限，气候寒冷，没有建立永久性的聚落，呈现出长距离、高流动性迁移的特点。3000米到青海潘迪湖，最后到4000米的青藏高原腹地。

6000-2000年前，随着小米、小麦、大麦、绵羊进入黄河-湟水流域，生活在青藏高原东北边缘的人们有了广泛的食物资源，随之而来的是当地人口的急剧增加。有限的土地和食物促使人们迁移到高海拔地区，以寻求更多的资源。于是，3600年前，人们开始把耐寒的青稞和羊带到青藏高原及其周边地区。经过多次大规模迁徙，它们逐渐形成永久的聚居地，开始在4000米以上的高海拔地区长期定居。