科普中国-我是科学家 2019-05-06 作者：闲鲤
1980年的一天，有位藏族僧人在甘肃夏河县的溶洞里发现了一块古怪的“石头”。
这块石头形状扁平，上面还插着几颗牙，看上去很像是人类的下巴。僧人不知此为何物，但或许隐约预感到它来头不凡，并没有随手丢弃，而是将它交给了当地的活佛。博闻强识的活佛一看，发现这是极其珍惜的人类化石，便联系了国内专家进行分析。
1980年，藏族僧人在甘肃白石崖溶洞里发现的“怪石”。摄影：张东菊 兰州大学
当时的他们也许不会想到，就是这块“怪石”，在39年后的今天（2019年5月2日）登上了顶级期刊《自然》（Nature）杂志[1]，并作为举世罕见的古人类化石，刷新了人类对青藏高原历史的认识！
青藏高原最早何时开始有人类居住？
“是谁带来远古的呼唤，是谁留下千年的期盼？”
正如这首《青藏高原》所唱的那样，壮美的高原景色总能引发我们对远古时代的畅想。
化石发现地点周边的壮美景色。摄影：张东菊 兰州大学
可是，壮美的青藏高原何时开始有人类居住？最早挑战这片极限环境的先民是哪种古人类？他们又为何要选择在那儿繁衍生息？这些问题一直困惑着中外科学家们。
为了解开谜团，他们几十年如一日地在青藏高原进考古发掘，寻找人类祖先留下的蛛丝马迹。
早先的一些学术观念认为，青藏高原上出现人类是很晚才发生的事情，最多不过距今1~2万年前。他们觉得青藏高原的高寒环境太过艰苦，更早时候的古人类技术又太过原始，没有办法存活下去[2-3]。
然而，后续的研究却表明，数万年前的青藏高原远比我们想象中更宜居。当时的高原雨水充沛，不仅有森林草原，甚至还有几个面积超过10,000平方千米的湖泊，比今天的鄱阳湖还要大。
可想而知，在一片水草丰饶的环境中，古人类就算技术原始但想找到饭吃总还是有办法的。而就在2018年，人们就在西藏尼阿底遗址找到了古人类的“石器加工基地”（早在4万年前，古人类就在青藏高原开“石器厂”了！），证明人类在青藏高原生存的历史至少有4万年之久[4]。
西藏尼阿底遗址中石制品的细节图。图片来源：参考文献[4]
而这一次，来自甘肃夏河的这块下颌化石则更为古老。经自中科院等机构的研究团队鉴定得出：这块古人类化石距今至少有16万年的历史，证明青藏高原早在那个时候就已经有人类居住。这样一来，就将青藏高原的人类活动历史一下子推进到了距今16万年前。
此次研究的下颌骨化石复原图。图片来源：Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig
不过，“16万年”这么重要的数字是怎么测得的呢？当初化石出土的时候不是没有年代数据吗？原来，研究者们从下颌化石的表面采集了一些堆积物样本——这些堆积物都是下颌骨在埋藏过程中逐渐粘附上去的。
人们利用铀系测年法，通过同位素的衰变情况推算得知：三例堆积物样本的形成年代约为距今15.5万年、16.3万年，以及16.5万年。而下颌化石主人的死亡年代应该比这些样本更早，所以其距今至少有16万年左右的历史。
下颌化石所在的白石崖溶洞内部的景象。摄影：张东菊 兰州大学
下颌化石的主人，究竟是何许人也？
如此古老的年代不仅刷新了纪录，同时又引申出另一个问题：这块下颌化石是哪一种古人类的残骸？
虽然今天的地球上只有现代人这一种人类，但是在16万年前，人类大家庭可热闹得多。除了我们的直系祖先，世界上同时还生活着尼安德特人、丹尼索瓦人，以及更加古老的直立人。那么，这批登上青藏高原的先民究竟是何许人也？
其实，科学家们对于青藏高原的古人类来源早已有些猜测，而这还得从“高原反应”说起。
从内地进入西藏，高原反应是绝大多数内地人都逃不过的一道坎。相比之下，藏族人为什么就很少出现高反？以往的研究发现，藏区居民体内有一种特殊的基因EPAS1，能够调节生理状态，适应缺氧环境。而这个EPAS1基因，正是来自于已经彻底灭绝的古人类支系“丹尼索瓦人”。所以，数万年前的青藏高原有可能住着一批丹尼索瓦人，并和藏区居民的祖先通婚、繁衍。
藏民能够适应高原气候，这要部分归功于丹尼索瓦人留给他们的基因。图片来源：Monikaw1999|pixabay
不过，这一切都只是猜想。要想证明丹尼索瓦人和青藏高原的联系，我们还需要更为直接的证据——人骨化石。如果能在青藏高原上直接找到这群古人类的遗骸，那么以往的猜测就能落下实锤。而现在，科学家们已经找到了人骨化石，可它会不会是人们期盼已久的丹尼索瓦人呢？
此前在俄罗斯西伯利亚发现的丹尼索瓦人化石。图片来源：Thilo Parg|wikimedia commons
要说判断古人类种属最直观的办法，就是对骨骼形态进行测量。所以，研究团队利用CT扫描和几何形态测量技术，综合分析了下颌化石以及牙齿表面、牙髓腔的形态。
可是测量结果显示，这块化石的形态和当时各种古人类都差不多，只有齿列和丹尼索瓦人比较像。可是单凭这一个证据，我们没有办法判定化石主人的种类。
CT扫描获得的牙齿内部形态，红色部分是牙髓腔。图片来源：参考文献[1]
那么，古DNA技术在这儿是否可行呢？在以往类似的研究中，科学家们已经依靠化石中残存的DNA片段破解了不少“历史迷案”。可是这一次，古DNA技术却没派上用场，因为下颌化石中没能找到残存的基因片段。
于是乎，研究人员想到了一种新技术：古蛋白质分析。和DNA分析的原理类似，不同生物体内的蛋白质成分殊异，就好似与众不同的指纹一样。凭借它，我们就能判定化石主人到底是哪种古人类。更重要的是，部分蛋白质比DNA更容易保存。果不其然，研究者们从下颌化石的臼齿内部提取到了残存的胶原蛋白。此外，他们还找来了大猩猩、现代人、尼安德特人以及丹尼索瓦人的同种蛋白质作为对比。
进行发掘工作的考古人员。图片来源：张东菊 兰州大学
分析结果显示，本次研究的下颌化石所含蛋白质与现代人、尼安德特人差异很大，但是却与以往发现的丹尼索瓦人化石极为接近，可以判定他们同属一个种类。因此，研究者们总结认为：甘肃夏河发现的下颌化石，正是丹尼索瓦人的遗骸！
这是人们首次在西伯利亚丹尼索瓦洞以外的地方发现丹尼索瓦人。也表明丹尼索瓦人适应高海拔、低氧环境的时间远远早于当地现代人。
这么看来，科学家们的猜测还真挺靠谱，丹尼索瓦人以前确实在青藏高原居住过。不过，他们是不远万里来到此地的“移民”，还是青藏高原的“本地居民”呢？对此，科学家们目前也很难给出答案，毕竟我们对于丹尼索瓦人仍然知之甚少。…
