中国龙人让丹尼索瓦人“露脸”
创始人
2025-07-02 07:11:05
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  刘耀文

  中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹科研团队与河北地质大学季强科研团队合作,从一块距今至少14.6万年的哈尔滨古人类(又名“龙人”)头骨化石中“读取”出珍贵遗传信息,确认该人种属于已知早期丹尼索瓦人支系。近期,国际顶级期刊《细胞》和《科学》同时发布了这项研究成果,另一国际顶级期刊《自然》在头条位置对此进行了报道。科学界三大国际顶级期刊共同关注,堪称业内罕见。

  中国的龙人研究为什么被国际科学界如此看重?业界评价这项研究“给了丹尼索瓦人一张‘脸’”,丹尼索瓦人又是谁?与龙人有何关系?

  DNA研究发现,我们的智人祖先很久以前就与尼安德特人和丹尼索瓦人交配过。图为2023年观众在美国史密森尼自然历史博物馆人类起源大厅参观。

  2020年,科研人员考察青藏高原的白石崖溶洞遗址,成功获取除丹尼索瓦洞以外的首个丹尼索瓦人线粒体基因序列。

  1 龙人与丹尼索瓦人生存时间重叠

  “我来自哪里?”在现代基因出现之前,人类对自己的来处主要依据考古发现化石进行判断,从而建立起一系列古人类知识,并据此划分古人类:有的被认为是直系祖先,有的被认为只是近亲并无血缘关系。但是,自从基因检测技术出现尤其是古DNA检测技术有了突破后才发现,有的“毫无关系”的古人类其实与我们的祖先有过基因交流,并把基因传承到了今天。

  2008年,在亚洲西伯利亚南部一个名为丹尼索瓦的洞穴,研究人员发现了一块4万年前的古人类指骨碎片,它的主人被命名为丹尼索瓦人。按理说,发现古人类化石并不是什么稀罕事,但这一发现在当时引发了极大轰动,原因很简单:这块古人类化石保存着较为完好的DNA。

  要知道,DNA这种核酸分子在自然界中是很容易被降解的,一旦碎片化就难以了解真实信息。所以,面对这个珍贵的样本,科学家迅速对其中的DNA进行了全面解析,结果发现,丹尼索瓦人竟然是前所未知的古人类,它既不属于现代的智人物种,也不属于之前发现的已灭绝人种尼安德特人。其实,灭绝的概念是相对的,因为古人类在现代智人的基因组上留下了痕迹。比如,在亚洲诸多人群中都有丹尼索瓦人基因的存在,尤其是在美拉尼西亚及东南亚一些地区,人群携带的丹尼索瓦人DNA高达6%。

  科学家不断发现丹尼索瓦人存在的痕迹,这是一个曾经广泛分布在亚太地区的古人类群体,其时间跨度从40万年前延续到3万年前。既然如此,那我国之前发现的大量古人类化石,有没有属于丹尼索瓦人的呢?

  来自哈尔滨的龙人就是一个备受关注的存在。

  20世纪30年代,在松花江上建桥的一位建筑工人意外发现一具非常完整的头骨,巨大的头骨特征让他意识到其具有很高的文化价值。为了防止头骨落入占领者手中,他将头骨藏起来,直到去世前才将这一秘密告诉家人。随后,家人将头骨捐赠给国家。当看见头骨的时候,科学家震惊了:保存极其完整的巨大头骨有硕大的眼眶、厚重的眉脊、宽大的嘴和大大的牙齿,这显然是一个比现代人更加高大强壮的古人类群体;颧骨矮而平,具有较浅的犬齿窝,吻部相对后缩,这些特征又与智人群体一样;其脑容量达到1420毫升,如同现代人,兼具原始和进步特征。科学家结合化石发现地黑龙江,将其命名为“龙人”。

  这个神奇的古人类生活在什么时代呢?研究人员通过残留在头骨上的沉积物信息对比,利用X射线荧光分析、稀土元素分析、锶同位素分析、铀系法测年等方法,最终锁定龙人的生存时间在距今30.9万年到14.6万年期间。巧的是,这一时间范围与丹尼索瓦人的生存时间范围有重叠,而且丹尼索瓦人当时就广泛分布在亚太地区。

  2 首创“牙结石提取DNA”为龙人验身

  那么,龙人是不是丹尼索瓦人呢?要论证二者的关系,在第一步的形态学上就遇到了困难,因为丹尼索瓦人的化石信息太少了。

  由于亚太地区的气候、环境总体上不太适合古人类化石的保存,使得过往发现的丹尼索瓦人化石往往不完整,以至于虽然推测出他们广泛存在,却拼凑不出其完整形象,缺乏最重要的头部特征。而龙人的出土,可能就是补全这一缺憾最重要的一环。龙人具有完整的头部,如果能够确定它是丹尼索瓦人,那无疑相当于“给了丹尼索瓦人一张‘脸’”。不仅如此,完整的颅骨能够揭示的信息远超身体其他部位,这对于推动丹尼索瓦人研究和认知的作用如同加速器一般。

  化石能给的信息就这么多,还需要从生物学的其他证据尤其是分子证据层面来揭示龙人的真实身份。于是,研究人员尝试对龙人的DNA进行检测,但一开始就走入了死胡同,由于时间太过遥远,龙人头骨的牙齿、岩骨均无任何DNA留存。

  一个意外发现使得整个研究峰回路转。研究人员在龙人的牙齿上发现了牙结石,这是一种致密的矿化结构,可以为保存古DNA提供相对封闭的微环境,从而避免环境中的降解因素。研究人员对牙结石样本进行了提取,最终找到两份极其微量(0.5mg和0.3mg)的牙结石样本。

  DNA如此之少,需慎之又慎。研究人员对整个DNA从提取、测序到分析都进行了优化,由于样本极其微量,那些提取过程的提取液和实验过程一般要丢弃的残留物都不能浪费。用多种方案反复提取后,研究人员最终构建出20个DNA文库。这些文库的成分很复杂,既有宿主个体的DNA,也有口腔微生物的DNA,而幸运的是,其中有7个文库包含了丹尼索瓦人的特异性变异。这意味着,研究人员成功获取到了龙人的古DNA成分,这是一个非常重要的创举,为今后的古人类研究提供了全新的思路。

  有了DNA,接下来就是测序和进一步分析。研究人员首先对DNA进行筛选,排除可能污染了现代人DNA的成分,通过构建人类祖先型与丹尼索瓦人祖先型的参考序列,识别出严格符合条件的古DNA片段,确定了DNA的古人类成分是丹尼索瓦人。不仅如此,研究人员还进行了变异位点谱系识别,论证了所发现的古DNA中有27个位点属于丹尼索瓦人特有,其中有5个位点属于西伯利亚丹尼索瓦洞穴早期图谱,佐证了哈尔滨龙人属于丹尼索瓦人,同时也证明了从牙结石提取古DNA的可行性。

  3 蛋白质证据确认龙人为丹尼索瓦人

  如前文所说,DNA这种物质太容易被降解了,尤其是对于10万年以上的古人类而言。目前,全世界仅有4个10万年以上的古人类遗址成功获得人骨古DNA数据。可以想象,其余大量10万年前的古人类化石,只能根据形态来做一个粗略判断,无法给出精准的分子定性。

  但除了DNA,还有一种生物学分子可以作为分子学证据的来源,且比DNA稳定。于是,抱着严谨的科学态度,为了确定龙人就是丹尼索瓦人,中国研究团队还采用了另一种生物分子策略,那就是蛋白质。

  相比于DNA,蛋白质在古人类研究领域更具有可行性。首先,蛋白质本身的留存时间更长。在常温下,古DNA往往仅能保存10万年左右,但是蛋白质由于化学结构更加稳定,可以留存上百万年,比如广西吹风洞190万年前的巨猿化石中还能提取到蛋白质,而DNA早已灰飞烟灭。其次,蛋白质本身结构中的肽键和疏水结构在沉积环境中可以更好地抵御降解,而DNA本身链状结构氢键结合的特性以及核酸的化学性质使其容易被水解、氧化并被酶降解,DNA碎片化无法读取信息,就像一本书变成了一个个独立的字。

  当然,蛋白质本身的遗传信息要少于DNA,毕竟DNA作为遗传物质并不是每一部分都会翻译成蛋白质。但是,由于蛋白质来自DNA,所以可以从蛋白质倒推出DNA的一部分遗传信息。

  正因如此,研究人员决定对龙人颅骨的蛋白质进行研究,结果要比DNA顺利得多。他们从龙人的化石中得到了非常多的蛋白质,采用团队自建的古蛋白质组实验系统成功获取大量质谱数据,鉴定出308458个谱图与20455个肽段,并进一步确认了95种内源性蛋白质。这是迄今为止最高质量的古人类蛋白质组数据,比同时期其他化石鉴定出的蛋白质多了11倍。如此多的蛋白质数据,对于揭示龙人的遗传分类提供了大量的信息。

  依据蛋白质中的信息,可以对龙人的进化地位进行分析。这里需要讲讲研究进化时的一个核心理念:突变(或变异)。简单地说,遗传本身就是相似性的意思,相似性越高遗传越接近,反之则遗传相似性越差,而相似性的判断依据就是突变。在研究人员发现的122个人科物种特有氨基酸突变位点上,龙人个体和人科祖先型100%匹配,在人属的15个位点里,龙人同样是100%匹配,所以,龙人在分类学上毫无疑问是人科人属。与丹尼索瓦人的特有变异进行比较,龙人的匹配率高达86.57%,尤其是与丹尼索瓦洞穴3号个体组成了一致的单系类群,其支持率高达98%至100%。通过这一系列判断,研究人员认定:龙人不仅属于人科人属,还属于丹尼索瓦人人种,甚至更进一步,与丹尼索瓦人3号个体是一个类群。

  至此,龙人的分类难题被破解。在形态学上,龙人兼具古人类和智人的特征,而从牙结石中提取的古DNA证明龙人属于丹尼索瓦人,来自颅骨蛋白质组的信息则提供更全面的信息佐证了这一结论。

  4 丹尼索瓦人迁徙之谜仍待解

  值得一提的是,之前的丹尼索瓦人化石实在是太少、太不完整了,都是零碎的牙齿、骨骼之类,研究人员更像是在构造一个人种,但有了中国的研究成果,近乎完整的龙人颅骨使得曾广泛分布在亚洲、大洋洲的古人类丹尼索瓦人拥有了头及面部特征。可以说,这次研究直接破解了困扰学界15年之久的丹尼索瓦人形态之谜。

  沧海桑田,浩浩汤汤。作为万物之灵,猿类从树上来到地面,短短几百万年间就扩散到全世界,并创造了辉煌的文明,重塑了天地。

  曾经,由于技术的限制,我们秉持着智人走出非洲后覆灭了其他人种的认知。但是作为人类分布最广泛的亚欧大陆,能够养育全世界三分之二的人类,没理由在这场人类发展洪流中缺席。尽管我们已经发现了很多古人类化石,但一直缺乏分子层面的证据。随着古人类DNA研究的推动,科学家开始发现,那些曾经生活在亚欧大陆的古人类,他们和智人的祖先有过密切的互动和基因交流,无论是曾经主要活跃在欧洲的尼安德特人,还是生存在亚洲、大洋洲的丹尼索瓦人。已经灭绝的他们在现代人体内留下了基因,这是他们曾经存在的证据。

  此次中国科学家的研究首次破解了困扰学界多年的难题,从DNA和蛋白质层面不仅论证了生活在14.6万年前的哈尔滨龙人属于丹尼索瓦人,还开创了全新的技术体系,为世界古人类研究提供了强有力的工具。

  从宏观角度看,此次研究为理解丹尼索瓦人在亚洲的迁徙扩散提供了清晰线索,也带来了新的科学课题。纵观世界,研究人员在东亚的青藏高原、南亚的不丹、东南亚的老挝、大洋洲甚至今天的台湾省都发现过丹尼索瓦人痕迹,可以想象,丹尼索瓦人曾经分布的区域有多广泛。而如今有了全新的技术,能更有成效地对其他区域发现的一系列古人类化石进行鉴定。这些信息将会展现这一古老人种曾经的分布、迁徙和生活,让我们穿越时空重新看到往昔岁月,揭开丹尼索瓦人的迁徙之谜。

  未来,若能建立更多相对完整的头骨形态与分子古生物学证据的联系,将对探究丹尼索瓦人群的形态共性、内部多样性,不同支系的时空分布、演化历史及其与现生人群的关系等发挥关键作用。

  (作者为中国科学院西南生物多样性中心生物学博士)

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