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田园洞人到底是谁的祖先?

记者 李鹏 编辑 刘昭

利用古DNA测序技术得出的田园洞人最新研究进展为我们了解古人类演化打开了一个新的窗口。但它并没有给出我们最想了解的答案:我们的祖先是谁?关于我国的古人类演化过程,仍然疑云密布……

本文由中国数字科技馆联合北京科技报《科技生活》周刊采编制作

采访专家:

吴新智 (中国古人类学家、中国科学院院士)

金力(中国科学院院士、复旦大学副校长、进化遗传学家)

付巧妹 (中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、古DNA实验室主任)

吴秀杰 (中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员)

最近,北京市西南的周口店古人类遗址又曝出一个大新闻,它不是来自这里的北京人,也不是山顶洞人,而是田园洞人。

基于最新的古DNA技术确认,田园洞人已经属于现代东亚人,他们会是我们的祖先吗?或者是部分美洲人的祖先?

(北京房山区的田园洞遗址 供图 同号文)

田园洞人与古比利时人有基因交流

附有多枚牙齿的下颌骨、锁骨、肱骨、桡骨、脊椎骨、股骨、腓骨、跟骨、趾骨……2003年6月16日,当这些古人类化石从距北京周口店北京猿人遗址只有约6千米距离的一个山洞中被发现时,整个考古学界沸腾了。

研究表明,这些人骨应为同一个成年男性个体,其身高应有1.6米。随后,该男性个体及其所在的群体就被科学界命名为田园洞人。

(田园洞人骨架图 供图 同号文)

经考古分析,田园洞人为生存于距今4万年前的早期亚洲现代人,在形态上和21世纪的现代人差别很小,同时他们已经开始摄取大量的淡水鱼作为食物。

但是田园洞人身上依旧隐藏着太多的谜团,这也引得一些研究人员从不同的角度展开深入研究。

10月12日,美国《当代生物学》杂志发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所首个针对中国地区古人类的全基因组研究成果,题目为“4万年前亚洲人为欧亚早期人群结构提供新洞见”。这项研究由该所研究员付巧妹、高星、同号文及博士后Melinda Yang领衔的古人类研究团队完成,他们与德国马克斯·普朗克进化人类研究所等团队合作,将仅有0.03%的古人类全基因组数据从富含细菌和真菌DNA污染的田园洞人化石中捕获出来并测序,分析了此男性个体的基因组,发现东亚早期人群组成十分复杂。

(田园洞人下颌骨化石 供图 中科院古脊椎动物与古人类研究所)

长期以来,学术界存在的一种观点认为,在数万年以前的远古时代,欧亚大陆上的古人类虽然有隔离,但并不是一直处于彼此的隔绝状态。当时依旧处于狩猎和采集状态的欧亚大陆古人类空间活动范围异常广阔,不同的族群之间有的偶尔也会有交流。在近些年的古人类考古学及分子生物学层面的研究中,这种观点已经得到了证实。比如欧洲大陆的古人类尼安德特人,它们就和东亚其他古人类存在基因方面的交流。

付巧妹对北京科技报记者表示,本次针对田园洞人的最新研究成果,则对这个问题进行了进一步的证实。分析显示,4万年前的田园洞人和一个来自比利时35000年前的古欧洲人有着遗传上的联系,不过让人十分疑惑的是这种联系在同时期的其他古欧洲人中并没有被发现。

因此,很有可能当时的东亚人并非和欧洲人发生基因交流,而是与同田园洞人和比利时古人相关的一个未知人群发生过基因交流,而这个未知人群极有可能是从尚未分化的古欧亚人群中的某一亚群演化而来的。

付巧妹说,本次分析的这两个古人个体之间的遗传联系,为欧洲人和亚洲人具有复杂的遗传历史提供了有力的直接证据。

(吴新智院士等于2003年在田园洞发掘现场)

确认田园洞人属于古东亚人

关于田园洞人的最新研究成果,主要运用了古DNA测序技术。付巧妹2007年在西北大学获得理学学士学位,2009年在中国科学院研究生院获硕士学位,2013年在德国马克斯·普朗克进化人类研究所获生物演化遗传博士学位,2013年2月-2014年2月为该研究所博士后,随后,2014年2月-2015年12月在美国哈佛医学院遗传系做博士后,这种履历让她用现代生物学的方法进行人类的研究更加深入。

近几年,使用分子遗传手段了解灭绝古人类之间的关系及与现代人的基因交流情况一直是她的一个重要研究领域。在担当中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任以后,她也有更为便利的条件组建专门研究团队进行一些相关项目的研究。

付巧妹的博士生导师是德国马克斯·普朗克进化人类学研究所所长斯文特·帕玻,他是全球首屈一指的古DNA测序技术专家。在德国进行学习和研究时,在导师的帮助下付巧妹已经熟练地掌握了古DNA测序技术,她和其他研究人员合成一系列特殊的DNA探针当作鱼钩,在泥土、化石等样品中“钓取”极其微量的古人类DNA。用这样的方法,2013年,付巧妹和她的研究团队拼接出古人类田园洞人的第21号染色体。

2013年1月21日,美国科学院院刊(PNAS)就已经发表了一篇《对出自中国田园洞的早期现代人所做的DNA分析》的论文,介绍了付巧妹等研究人员对田园洞出土的生活在4万年前的一个人类个体所做的DNA提取与分析结果。该文的基本结论是:这具人骨携带着少量古老型人类——尼安德特人和丹尼索瓦人的DNA,但更多表现的是早期现代人的基因特征,且与当今亚洲人和美洲土著人(蒙古人种)有着密切的血缘关系,而与现代欧洲人(欧罗巴人种)的祖先在遗传上已经分开,分属不同的人群。

“但是当时还有一些问题并不是很清楚,经过这些年的研究,我们的研究结论变得更清楚了。”付巧妹说,她所指的就是田园洞人属于古东亚人的研究结果。

因为田园洞人化石中的染色体DNA已经高度降解,加上和周围土壤里面的细菌混在一起,以常规的技术提取难度非常大,因此2013年时还有很多问题比较模糊。而后付巧妹研究团队用特定的DNA探针提取对应基因组位点,基本重建了重要位点上的DNA信息。这些年的研究中,付巧妹和其它研究人员又钓取并拼接出另外几十条染色体,完成对田园洞人的基因组测序工作,从而得到第一个来自中国的古人类基因组数据,这也是整个东亚目前最为古老的人类基因组数据。

2014年新的研究证据显示,现代欧洲人混入了更为古老的遗传成分,而这会使得现代欧洲人在遗传上远离其他人群,因此无法确定之前的证据是否依然支持田园洞人是古东亚人。付巧妹研究团队通过最新的古DNA技术,比较了田园洞人和未混入古老遗传成分的欧洲人的基因组数据,确定了4万年前的田园洞人确已呈现现代亚洲人遗传特征。

(田园洞人与其他人群关系示意图 供图 付巧妹)

田园洞人是中国人的直系祖先吗?

十多年来,有关田园洞人的研究一直在不断推进,有时,新的研究也会推翻先前得出的一些结论。比如田园洞人的生活年代就经过了两次确定,2003年6月16日,周口店古人类学研究中心组成的考古发掘队开赴洞穴进行发掘后,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所同号文博士等研究人员根据其伴生鹿牙,经同位素测定距今约2.5万年,与山顶洞人同期,认为可作为人类化石年代的参照数据。

不过2007年,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所在对田园洞人骨骼化石进行放射性碳定年法分析后表明,田园洞人的生存年代距今约4.2万年至3.85万年前(现在一般简便的说法是距今4万年),比发现地点相近的山顶洞人早1万多年,是至今为止欧亚大陆东部有直接测年的最早的现代人类遗骸之一。

在古人类学研究中,距今10万—2万年前的古人类化石弥足珍贵,这一阶段是现代人类尤其是东亚现代人类演化的重要时期,这些年一直都是国际学术界研究与争论的热点。因此,有关田园洞人的研究受到学术界高度关注。

在本次研究成果发表以后,很多人最关心的问题是田园洞人是我们中国人的祖先吗?

早些年,一些说法认为,田园洞人或是中国人直系祖先。有这样的说法并不令人奇怪,在中国学术界,长期以来一直存在着现代东亚人独立起源的学说,一直与距今6万年左右来自非洲的现代人扩散进入了亚洲地区“夏娃学说”针锋相对。田园洞人由于生存的时间被测定在4万年以前,其和“夏娃学说”至少在时间上没有冲突。

可能很多人要失望了,付巧妹这篇论文的发布,虽然在遗传学、分子生物学等领域都是很重要的科研进展,但它并不能证明田园洞人是中国人的直接祖先。

“我们现在很多人都有叔伯,如果你的叔伯没有后代延续,在若干代以后你的子孙并不能说你的叔伯是他的直接祖先,田园洞人也是如此,他们这一支目前还没有证据表明繁衍到了现在。”付巧妹说到。

其实关于这项研究,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的相关研究人员已经研究多年,本次基因组测定工作完成以后,付巧妹说他们2013年得出的基本结论没有改变,只是确认田园洞人和东亚人,以及众多美洲原住民,都属于东亚支系。田园洞人有自己特有的一些遗传特点,在现在的东亚人中没有发现,所以他并不是任何现在生活的现代东亚人群的直接祖先,但田园洞人与现在生活的东亚人有共同的东亚祖先。这也暗示了四万年前亚洲人群的多样性。

(古人类场景复原图 来源 T.P.S. Dave)

一些美洲人和田园洞人攀上了亲戚

有意思的是,在付巧妹等人的研究中,一些美洲人倒是和田园洞人攀上了亲戚。

根据截至目前的考古学研究证据,美洲现代人的迁移最早发生在距今约两万年前,由亚洲经白令海峡进入美洲,被考古学界的主流观点认为是最为合理的途径。

大量考古学证据表明,人类到达美洲后,快速地扩散到北美洲和南美洲的不同地区,并且创造出具有地域特色的更新世晚期古印第安文化,并且随后在全新世孕育出高度发达的农业文明。

问题是,最早美洲人来自哪里?这一直是众多考古学研究人员追寻的问题。

结合其他研究,在旧石器时代晚期,欧亚大陆至少存在4个以上的人群。一个是3.7万年前的早期欧洲人类,一个是4万年前的田园洞人,还有4.5万年前和4万年前的两个北亚人群,但是在现代人类中,没有留下这两个北亚人群的任何基因。

由于田园洞人生活在4万年前,付巧妹等研究人员联想到,所有的美洲土著人群应该和田园洞人有着一些相同的遗传联系。如果美洲土著人群的祖先只有一个,极有可能当时迁移到美洲的就是田园洞人支系,因为他们的同一祖先是在田园洞人出现之后分化的。

但令人意外的是,基因组数据比对显示,在美洲土著各个人群中,只有远在南美洲的亚马逊人与田园洞人的遗传关系最近。付巧妹表示,这意味着,亚马逊人的美洲土著人群或繁衍自未知的古人类支系,这些支系与田园洞人相关的人群有关。这一结果显示,美洲土著人群也具有遗传多样性。

美洲土著人群的遗传多样性在学术界倒不是一个最新的观点。一个由美国和巴西等国遗传学家组成的科研团队2015年7月21日在《自然》杂志官网刊登的最新研究论文显示,今天生活在南美洲亚马逊河流域的土著居民与大洋洲土著居民之间存在亲缘关系。该论文第一作者、美国哈佛医学院基因学系学者蓬托斯·斯科格隆德在对2012年采集的一些基因样本研究的过程中发现,巴西的一到两个土著人群与澳大利亚、新几内亚和安达曼群岛的土著人具有一些“奇怪的”基因相似性。

不过付巧妹等人的研究还表明,现有的美洲土著居民至少是由两种甚至更多不同的亚洲祖先人群繁衍而来的,至少其中一种与4万年前的田园洞人有着联系,另外大洋洲一些原住民与丹尼索瓦人存在基因联系,这也反过来给东亚史前人群多样性研究提供了线索。

本文来自:中国数字科技馆
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