张东菊/付巧妹/李波等合作在白石崖溶洞遗址发现晚更新世丹尼索瓦人DNA

来源：BioArt

丹尼索瓦人，人骨化石发现较少，但遗传特征研究深入，是新发现的一支古老型人类【1-4】，与曾广泛分布在欧洲的尼安德特人是姐妹群【5,6】，对现代大洋洲、东亚、南亚和美洲原住人群有遗传贡献【2,7,8】，是国际广泛关注的研究热点。

2019年，兰州大学和中科院青藏高原研究所带领的研究团队在Nature上发表文章 A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau，报道了发现于青藏高原东北部白石崖溶洞的夏河人下颌骨化石的研究成果，利用古蛋白分析方法鉴定其为丹尼索瓦人，利用铀系测年方法将其年龄确定为距今至少16万年。此项研究，揭示夏河人下颌骨化石为丹尼索瓦洞以外发现的第一件丹尼索瓦人化石，白石崖溶洞遗址是青藏高原上最早的考古遗址，将丹尼索瓦人的空间分布首次从西伯利亚地区扩展至青藏高原，是丹尼索瓦人研究和青藏高原史前人类活动研究的双重重大突破（详见BioArt报道：Nature | 中国学者发现16万年前青藏高原最早的占据者—夏河丹尼索瓦人）【9】。

然而，因为夏河人化石鉴定为丹尼索瓦人主要依据古蛋白中的一个氨基酸，并且化石缺乏埋藏地层和共存考古遗存信息，因此，该化石尽管极大地推动了青藏高原史前人类活动和丹尼索瓦人的研究，但其所揭露的这支分布在青藏高原上的丹尼索瓦人的信息却也非常有限，比如我们对其时空分布、遗传特征和文化内涵等所知甚少。

2020年10月30日，中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员，兰州大学教授、中科院青藏高原研究所和青藏高原地球科学卓越创新中心特聘客座研究员张东菊、澳大利亚伍伦贡大学李波副教授和德国马普实验室进化人类学研究所Svante Pääbo教授合作在Science上发表了文章Denisovan DNA in Late Pleistocene sediments from Baishiya Karst Cave on the Tibetan Plateau，经过多年努力发现白石崖溶洞遗址保存有丰富的中更新世和晚更新世古人类活动遗存，成功获取丹尼索瓦洞以外的首个丹尼索瓦人线粒体基因序列，揭示丹尼索瓦人在晚更新世长期生活在青藏高原。这是付巧妹团队今年发表的第二篇Science（详见BioArt报道：Science | 付巧妹团队揭秘中国史前人群迁徙动态与族群源流）。

为全面了解夏河人下颌骨所代表人群在青藏高原生活的情况，自2010年开始，由现中科院青藏高原研究所所长陈发虎院士带领的兰州大学环境考古团队即已在白石崖溶洞及其所在甘加盆地开展考古调查和研究工作。2018年，由团队骨干张东菊教授带领的以兰州大学研究生为主的环境考古团队，对白石崖溶洞遗址进行首次考古发掘，并邀请国内外多个研究团队进行多学科综合研究。

白石崖洞外景  

  考古发掘现场          

兰州大学研究团队的发掘和研究工作显示，该遗址保存有连续的旧石器文化层和丰富的旧石器考古遗存，包括大量的石制品和骨骼遗存。石制品主要由采自洞前河谷的角页岩和变质石英砂岩砾石打制而成，打制技术以简单石核石片技术为主，有较多的刮削器等工具。骨骼遗存多较破碎，有人工砍砸和火烧痕迹，初步分析显示，上部文化层以羚羊、狐狸、旱獭等中小型动物为主，下部文化层则以犀牛、野牛、鬣狗等大中型动物为主。沉积物的多指标分析显示，地层堆积主要为原生堆积，考古遗存未经过明显扰动。

洞穴沉积物一般来源和搬运较为复杂，准确测年较为困难。研究团队在第1-6层选择了14件动物骨骼在兰州大学、北京大学和牛津大学进行AMS14C测年，发现第4-6层的骨骼已经超出14C测年上限。同时，在第2-10层采集了12个光释光样品，邀请澳大利亚伍伦贡大学李波副教授共同开展单颗粒光释光测年分析，共提取了30000多个长石和石英颗粒进行单颗粒光释光测年。结合AMS14C和光释光测年结果，建立贝叶斯年龄模型，为遗址建立了距今19-3万年的可靠年龄框架。

沉积物DNA是一种新兴的古DNA分析技术，考古遗址沉积物可追踪相关遗址DNA保存状况及可能存在的人类，弥补了人类化石一般可遇而不可求的缺憾，极大的扩大了研究对象，打开了研究旧石器考古遗址人群演化的新窗口。遗址发掘前，研究团队邀请中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员一起开展沉积物DNA分析，张东菊教授与付巧妹研究员一起制定了古DNA分析沉积物样品的采样计划，确保样品采集和运送过程中不会受到现代人类的污染。

土壤沉积物DNA样品现场取样

付巧妹研究员团队通过实验捕获钓取了242个哺乳动物和人类的线粒体DNA，分析显示，沉积物中的动物古DNA，包括犀牛、鬣狗等灭绝动物，与遗址发现的动物骨骼遗存一致。并同时成功获得了古人类线粒体DNA,进一步分析显示其为丹尼索瓦人DNA。

结合地层测年结果，发现丹尼索瓦人DNA主要出现于距今10万年和距今6万年前后，可能晚至距今4.5万年，显示丹尼索瓦人在晚更新世长期生活在该洞穴。更有趣的是，白石崖溶洞遗址6万年前的丹尼索瓦人DNA与来自俄罗斯阿尔泰山脉丹尼索瓦洞穴的晚期丹尼索瓦人（Denisova 3和Denisova 4）有最紧密的遗传联系。相反的，白石崖溶洞遗址光释光测年约10万年前的丹尼索瓦人DNA则更早的与晚期的丹尼索瓦人分离开来。以上结果在与古DNA领域泰斗——马普进化人类学研究所的Svante Pääbo教授团队讨论时得到了认可。

综合夏河下颌骨化石和白石崖溶洞的最新研究结果来看，丹尼索瓦人自倒数第二次冰期至末次冰期都生活在青藏高原，并且与阿尔泰山地区的晚期丹尼索瓦人有最紧密的遗传联系，不仅说明其已对高寒缺氧环境成功适应，而且进一步证实丹尼索瓦人曾广泛分布于欧亚大陆东侧。

白石崖溶洞的最新研究成果，为白石崖溶洞遗址的丹尼索瓦人活动提供了可靠的地层学、考古学、年代学和分子学证据,为进一步理解丹尼索瓦人的时空分布、遗传特征、文化特征、环境适应等研究提供了重要科学依据，并且对重建青藏高原古人类活动历史和厘清东亚古人类演化历史具有重要意义。

此项成果，由兰州大学主导，利用国际最先进的古DNA分析和光释光测年技术，邀请多家国内外研究团队紧密合作共同完成，是在中国考古遗址沉积物中提取古人类DNA的第一个成功案例。该成果是国家第二次综合科学考察项目的一项重大成果，也是青藏高原史前人类活动研究的一个阶段性成果。此前，陈发虎院士领导的团队已经在农业人群定居青藏高原研究方面获得重要成果【10,11】，该团队后续的研究将为进一步揭示青藏高原早期人类历史，特别是青藏高原丹尼索瓦人的体质、遗传和文化等特征等，提供更多科学证据和信息。

本文第一和通讯作者为兰州大学教授、中科院青藏高原研究所和青藏高原地球科学卓越创新中心特聘客座研究员张东菊，最后通讯作者为中科院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究员，澳大利亚伍伦贡大学李波副教授和德国马普实验室进化人类学研究所Svante Pääbo教授为共同通讯作者。

参考文献

1. J. Krause et al., The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature 464, 894-897 (2010).

2. D. Reich et al., Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature 468, 1053-1060 (2010).

3. S. Sawyer et al., Nuclear and mitochondrial DNA sequences from two Denisovan individuals. 112, 15696-15700 (2015).

4. V. Slon et al., A fourth Denisovan individual. 3,  (2017).

5. K. Prufer et al., The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature 505, 43-49 (2014).

6. K. Prüfer et al., A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia. Science 358, 655-658 (2017).

7. P. Skoglund, M. Jakobsson, Archaic human ancestry in East Asia. 108, 18301-18306 (2011).

8. S. R. Browning, B. L. Browning, Y. Zhou, S. Tucci, J. M. Akey, Analysis of Human Sequence Data Reveals Two Pulses of Archaic Denisovan Admixture. Cell 173, 53-61 (2018).

9. F. H. Chen et al., A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau. Nature 569, 409-412 (2019).

10. F. H. Chen et al., Agriculture facilitated permanent human occupation of the Tibetan Plateau after 3600 B.P. Science 347, 248-250 (2015).

11. D. Zhang et al., Comment on “Permanent human occupation of the central Tibetan Plateau in the early Holocene”. Science 357,  (2017).