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47枚牙齒的故事:中國(guó)可能是現(xiàn)代人的起源

作者:艾江濤 · 2015-11-06 來(lái)源:新華網(wǎng)

  多年以來(lái),劉武、吳秀杰和他們?cè)谥锌圃汗偶棺祫?dòng)物與古人類研究所的同事們,都在苦苦尋求著有關(guān)東亞現(xiàn)代人起源的證據(jù)。這里所說的現(xiàn)代人,也可以稱為晚期智人,他們的骨骼和牙齒特征已和今天的人類非常相似。

  我們究竟從哪里來(lái)?人類對(duì)自身歷史的認(rèn)識(shí)其實(shí)相當(dāng)晚近。直到18世紀(jì),一般人還認(rèn)為人類只有幾千年的歷史,而在17世紀(jì)初,愛爾蘭阿爾馬區(qū)大主教厄謝爾(James Ussher)根據(jù)對(duì)《圣經(jīng)》的嚴(yán)格分析,將創(chuàng)世紀(jì)的日期定在公元前4004年。1865年,在德國(guó)杜塞爾多夫附近的尼安德(Neander)河谷采石場(chǎng)偶然發(fā)現(xiàn)的一塊人類頭骨,才使人們意識(shí)到,早在遠(yuǎn)古時(shí)代就存在與我們不同的人類。而隨后在非洲的一系列重要考古發(fā)現(xiàn),將人類的歷史提前到幾百萬(wàn)年前,在所有人類的祖先南方古猿中,最著名的莫屬1974年在東非發(fā)現(xiàn)距今320萬(wàn)年的露西。據(jù)說,發(fā)現(xiàn)她時(shí),科學(xué)家的營(yíng)地上正播放著《在鑲著鉆石的天空中的露西》這首歌曲。被考古發(fā)現(xiàn)所催生出的人類學(xué),根據(jù)腦容量與所使用的工具,將人類分為南方古猿、能人、直立人、智人幾個(gè)階段。

 

考古隊(duì)員在湖南道縣的福巖洞內(nèi)初步篩選化石,之后再到洞外對(duì)其進(jìn)行水洗細(xì)選

  學(xué)界對(duì)人類的起源與最初擴(kuò)散并無(wú)太多分歧,他們大致描述的情景是,起源于700萬(wàn)~600萬(wàn)年前非洲中北部的撒海爾人乍得種,在大約200萬(wàn)年前直立人出現(xiàn),從中東向東南亞的爪哇不斷遷徙擴(kuò)散,并在此后幾十萬(wàn)年的時(shí)間里,占據(jù)了整個(gè)舊大陸。爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是現(xiàn)代人的起源問題,論辯雙方為“走出非洲說”和“多地區(qū)進(jìn)化說”。前者認(rèn)為,現(xiàn)代人類源于20萬(wàn)~10萬(wàn)年前非洲的第二次遷徙,走出非洲的現(xiàn)代人完全取代了其他地區(qū)的古人類?!岸嗟貐^(qū)進(jìn)化說”則認(rèn)為,現(xiàn)代人類的幾大人種是由早先從非洲擴(kuò)散至不同大陸上的古人類獨(dú)立、連續(xù)地進(jìn)化而成。劉武的老師、中科院院士吳新智正是“多地區(qū)進(jìn)化說”的代表人物之一。

  支撐這一學(xué)說的直接證據(jù),來(lái)自各個(gè)地區(qū)所保存的從古人類各個(gè)階段直到現(xiàn)代人的化石記錄。然而在這些化石記錄中,尚缺乏其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在1997年的一篇論文里,劉武也坦率地指出:“必須承認(rèn)目前蒙古人種(東亞現(xiàn)代人)連續(xù)進(jìn)化理論還缺乏距今10萬(wàn)年到5萬(wàn)年前的人類化石證據(jù),對(duì)現(xiàn)有的化石材料尚需進(jìn)行更為精確的年代測(cè)定?!?/p>

  此后將近20年里,劉武一直在尋找著論據(jù)鏈條中所缺失的那一環(huán),從2011年首次挖掘,直至2015年10月15日研究結(jié)論在《Nature》雜志正式披露,在湖南永州道縣樂福堂鎮(zhèn)塘碑村福巖洞里發(fā)現(xiàn)測(cè)年約為12萬(wàn)~8萬(wàn)年前的47枚人類牙齒,成為充實(shí)證據(jù)的關(guān)鍵。接受采訪時(shí),劉武的態(tài)度顯得興奮而謹(jǐn)慎:“我們這次發(fā)現(xiàn)最大的意義,是發(fā)現(xiàn)了‘fully modern'(完全現(xiàn)代)的現(xiàn)代人,雖然還沒有直接觸及現(xiàn)代人是否起源于非洲的問題,但結(jié)合道縣以及這么多年國(guó)內(nèi)化石的發(fā)現(xiàn),一個(gè)比較合理的推測(cè)是,中國(guó)乃至東亞人從當(dāng)?shù)仄鹪吹目赡苄愿笠恍?。?/p>     發(fā)現(xiàn)牙齒還要靠運(yùn)氣

  2011年9月,由中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所、湖南省文物考古研究所、道縣文物管理局組成的聯(lián)合考古隊(duì)開始在福巖洞的第一次正式挖掘。湖南省文物考古研究所的李意愿當(dāng)時(shí)還是在讀博士,他的導(dǎo)師袁家榮因?yàn)樵?993、1995年兩次主持發(fā)掘道縣玉蟾巖遺址,發(fā)現(xiàn)目前世界上最早的陶片和水稻而蜚聲學(xué)界。

  玉蟾巖距離福巖洞僅6公里,同時(shí)出土的大量舊石器向新石器過渡的文化遺物,也表明湖南道縣確是古人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域。事實(shí)上,包括湖南、廣西、貴州、廣東在內(nèi)擁有眾多喀斯特巖溶(溶洞)地貌的華南地區(qū),為古人類提供了生存繁衍的極佳場(chǎng)所,近年來(lái)在這些地區(qū)不斷發(fā)現(xiàn)的人類化石也證明了這一點(diǎn)。1992~2005年,中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的研究員黃慰文等人在貴州省盤縣大洞發(fā)現(xiàn)4枚人類牙齒化石,這些測(cè)年為30萬(wàn)~13萬(wàn)年前的牙齒,古老與現(xiàn)代特征并存。2007~2008年,劉武的同事金昌柱帶領(lǐng)的考古隊(duì)在廣西崇左木欖山智人洞發(fā)現(xiàn)一件古人類下頜骨前部殘端和兩枚牙齒,年代測(cè)定為距今11.3萬(wàn)~10萬(wàn)年前,智人洞的發(fā)現(xiàn)具有明顯現(xiàn)代人的特點(diǎn),但仍呈現(xiàn)進(jìn)步與古老并存的混合特點(diǎn)。

  與華南其他地區(qū)相比,湖南的特點(diǎn)在于處于喀斯特地貌發(fā)展末期,洞穴發(fā)育完全。促使考古隊(duì)選擇福巖洞的原因還在于,早在1984年10月,全國(guó)第二次文物普查期間,上述三級(jí)考古隊(duì)就曾在這里進(jìn)行過摸查與挖掘,并發(fā)現(xiàn)一些哺乳動(dòng)物化石。為求穩(wěn)妥,2010年10月,考古隊(duì)還去踩了點(diǎn),再次發(fā)現(xiàn)大熊貓、野豬、獼猴、鼠類、長(zhǎng)臂猿等動(dòng)物牙齒化石。

  回憶起幾年前的那次考古,李意愿現(xiàn)在仍很興奮。起初大家定了很高的目標(biāo):發(fā)現(xiàn)古人類頭蓋骨、肢骨以及他們使用的石器工具。為此,考古隊(duì)成員的組合也堪稱夢(mèng)幻:中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的劉武和吳秀杰負(fù)責(zé)人類骨骼、牙齒化石的研究;來(lái)自同一單位的同號(hào)文和裴樹文分別負(fù)責(zé)哺乳動(dòng)物化石與地質(zhì)、地貌研究;李意愿負(fù)責(zé)石器方面的研究;來(lái)自中科院地球環(huán)境研究所的蔡演軍主要負(fù)責(zé)測(cè)年;道縣文物局副局長(zhǎng)楊雄心,則主要負(fù)責(zé)與各方面的聯(lián)絡(luò)及協(xié)調(diào)。

  楊雄心聯(lián)系當(dāng)?shù)卮逦瘯?huì),拉了一條100多米長(zhǎng)的電線進(jìn)洞,又雇用了4個(gè)民工,兩人負(fù)責(zé)洞內(nèi)挖掘,兩人負(fù)責(zé)化石淘洗,考古隊(duì)的挖掘工作就這樣開始了。

  進(jìn)洞后,大家首先選取了幾個(gè)堆積好、地形寬敞的地方布方。所謂“布方”,就是設(shè)置考古挖掘的基本工作單位。可是挖了十幾天,結(jié)果并不理想,除了大量動(dòng)物化石,并沒有發(fā)現(xiàn)絲毫人們期待中的人類化石或石器。距離考古計(jì)劃已近過半,大家開始動(dòng)搖,有了轉(zhuǎn)點(diǎn)的想法。就在這時(shí),“半路出家”的楊雄心建議大家去Ⅰ區(qū)右邊一個(gè)狹窄的支洞挖掘,因?yàn)槟抢镫m然不利于布方,但看起來(lái)更加干燥,而且堆積保存很好。

  半信半疑之下,領(lǐng)隊(duì)吳秀杰決定讓大家在那里試試。沒想到在第二天快中午的時(shí)候,就發(fā)現(xiàn)了第一枚牙齒。剛發(fā)現(xiàn)時(shí),大家還不敢確定是不是人類牙齒,拿給吳秀杰一看,她激動(dòng)地說:“沒錯(cuò),這是人牙!”這些牙齒與現(xiàn)代人的幾乎沒有區(qū)別,隊(duì)員們的心里有些打鼓,因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)第一顆牙齒時(shí)沒有太在意層位,仍不敢確定是否為古人的化石。

  在后面的挖掘中,大家非常注意牙齒發(fā)現(xiàn)的層位,隨即發(fā)現(xiàn)的另外4枚牙齒打消了大家的疑慮。福巖洞的地層保存完好,分為清晰的四層。第一層是灰白色的碳酸鹽鈣板層,厚約10厘米左右;第二層為黃褐色的黏土堆積層,厚30多厘米;第三層為礫石堆積層,厚80多厘米;第四層是灰黃色的粉砂黏土層,厚度超過1米。發(fā)現(xiàn)人類牙齒的地層是第二層。

    發(fā)現(xiàn)牙齒后,蔡演軍從西安趕了過來(lái),做了最初的取樣測(cè)試。2011年時(shí),根據(jù)最初的年代上限的取樣測(cè)試,牙齒年份初步判斷不老于14萬(wàn)年。

  2012、2013年秋天,考古隊(duì)又接連進(jìn)行了兩次挖掘,每次發(fā)掘的問題意識(shí)都很清晰,一方面為了尋找更多的人類化石,另一方面也要在測(cè)年方面做進(jìn)一步的研究與判斷。2012年,考古隊(duì)又挖出來(lái)20多枚人類牙齒,加上2013年的發(fā)現(xiàn),三年總共發(fā)掘47枚人類牙齒。在論文發(fā)表前的此后兩年,大規(guī)模挖掘的意義已經(jīng)不大,考古隊(duì)除了少量的取樣工作,將更多的精力放在化石的研究與分析上面。

  李意愿感到有些遺憾的是,他們最終沒有在洞里發(fā)現(xiàn)人類其他部位的骨骼化石和他們使用的石器。隨著對(duì)洞穴地質(zhì)與環(huán)境的不斷了解,這樣的結(jié)果似乎也在情理之中,與其他洞穴相比,福巖洞比較特殊,這里并不是古人生活、死后埋藏的地方,牙齒化石更可能是在人死之后,通過水流搬運(yùn)進(jìn)洞,不斷沉積而成,搬運(yùn)過程中,其他部位的骨骼可能已經(jīng)腐爛掉了。

  驚喜來(lái)自測(cè)年數(shù)據(jù)的不斷更新,每次發(fā)現(xiàn)牙齒后,蔡演軍都要從西安飛到桂林,然后再坐長(zhǎng)途汽車來(lái)到這里取樣。正是在2014年最后一次取到滿意的樣品后,蔡演軍將牙齒化石的年份定在12萬(wàn)~8萬(wàn)年前,這樣一來(lái),發(fā)現(xiàn)的意義便大不相同了。

  鈾系測(cè)年法

  “我的任務(wù)很簡(jiǎn)單,就是采一些樣品,幫助他們測(cè)年。”盡管蔡演軍非常謙遜,但誰(shuí)都知道,決定一次人類化石考古的意義如何,往往在于所得到的比較可信的測(cè)年數(shù)據(jù)。

  人類化石的測(cè)年極其復(fù)雜,隨著各個(gè)學(xué)科的發(fā)展,測(cè)年的方法也日趨豐富和先進(jìn)?!胺侵奁鹪凑f”的重要證據(jù),正是來(lái)自分子人類學(xué)的研究成果。1987年,美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的生物化學(xué)家阿倫·威爾遜和他的研究小組,分析了來(lái)自亞洲、歐洲、非洲、新幾內(nèi)亞以及澳洲土著在內(nèi)182人的線粒體DNA。線粒體位于細(xì)胞核與細(xì)胞膜之間的細(xì)胞液中,每個(gè)線粒體含有一條或多條攜帶人類遺傳特征的DNA鏈,只能由母親傳給孩子。觀察不同人群線粒體中DNA的突變情況,威爾遜繪制出了線粒體DNA的系統(tǒng)樹,其根部出現(xiàn)在非洲,時(shí)間約距今20萬(wàn)年。對(duì)此威爾遜詼諧地說:“我們也許可以將這位幸運(yùn)的女性稱為夏娃,她的世系一直延續(xù)至今?!边@一著名的“線粒體夏娃”學(xué)說,也招致了一些批評(píng),因?yàn)橹亟ㄗV系圖有很多種方法和很多可能的不同結(jié)果。

  而熱釋光法和電子回旋共振法,則在確定非洲和西亞一些更新世晚期(約12萬(wàn)~1萬(wàn)年前)的人類化石年代方面發(fā)揮了重要作用。在以色列斯庫(kù)爾(Skhul)和卡夫扎(Qafzeh)發(fā)現(xiàn)的人類化石,在20世紀(jì)80年代中期前被測(cè)定為距今約6萬(wàn)年前,近年來(lái)根據(jù)上述兩種方法,其測(cè)年被提前至距今12萬(wàn)~8萬(wàn)年前。

  熱釋光法和光釋光法,更適合測(cè)定在高溫或光照暴露之后再被埋藏起來(lái)的化石。對(duì)于南方喀斯特地貌的巖溶洞來(lái)說,鈾系測(cè)年法是最好的辦法。鈾系測(cè)年法的原理與碳14法類似,都利用了自然界中同位素原子衰變過程中的半衰期測(cè)年。蔡演軍在此次道縣的測(cè)年中,采用了230Th -234U不平衡鈾系法測(cè)年,他進(jìn)一步解釋道,鈾的衰變是一個(gè)多衰變而且不平衡的過程,由于半衰期比較長(zhǎng),可以測(cè)距今數(shù)十萬(wàn)年的年代?!?38U像一個(gè)非常大的水庫(kù),往下流水到234U的水池,再往下流到230Th的水池。234U的半衰期為24.56萬(wàn)年,230Th的半衰期為7.56萬(wàn)年,碳酸鹽開始沉積時(shí),不含230Th和234U,我們可以測(cè)定碳酸鹽樣品中238U、234U和230Th等的含量,進(jìn)而計(jì)算經(jīng)過了多少年?!?/p>    蔡演軍的方法是在發(fā)現(xiàn)人類牙齒的第二層上面的鈣板層和下方的礫石層,尋找到滿足測(cè)試的碳酸鹽樣品,以此卡住牙齒化石的年代范圍,因?yàn)槎逊e層越往下年代越老,越往上則年代越輕。

  樣品的選擇是測(cè)年的關(guān)鍵。每挖掘出一個(gè)新鮮面,蔡演軍都要去挑選適合測(cè)量的樣品。碳酸鹽樣品的純度越高,含鈾量越高,測(cè)年越準(zhǔn)確,誤差最低可達(dá)到千分之五。

  符合要求的樣品并不好找,蔡演軍先后在第二層和第三層找到9塊次生碳酸鹽碎屑樣品,它們的年代從12萬(wàn)年到大于50萬(wàn)年前不等,從而提供了化石不老于12萬(wàn)年的數(shù)據(jù)。然而,確定化石最年輕年齡的樣品卻一直沒有進(jìn)展,直到在2014年的一次取樣中,蔡演軍才找到了一個(gè)生長(zhǎng)在第一層上的小石筍,這個(gè)小石筍的兩個(gè)年代確定了牙齒化石老于8萬(wàn)年。至此,牙齒的年代范圍才終于被卡定在12萬(wàn)~8萬(wàn)年前。

  “fully modern”的東亞人

  測(cè)年結(jié)果的確定,意味著這47顆人類牙齒化石,是迄今為止在東亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最早的現(xiàn)代人化石。這一時(shí)間,比現(xiàn)代人在西亞和歐洲出現(xiàn)的時(shí)間至少提前了3.5萬(wàn)~7.5萬(wàn)年。

  據(jù)吳秀杰介紹,迄今為止,在亞洲和太平洋地區(qū)發(fā)現(xiàn)的早于4.5萬(wàn)年前年代確定、保存良好,而且可以將其明確歸入更新世晚期的現(xiàn)代人極少。此前在中國(guó)華北田園洞、南亞尼阿洞以及澳大利亞蒙哥湖發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代人化石均在5萬(wàn)~4萬(wàn)年前,讓劉武激動(dòng)的是,與此前在廣西崇左智人洞發(fā)現(xiàn)的測(cè)年為11萬(wàn)年前的化石相比,此次發(fā)現(xiàn)的人類牙齒化石是“fully modern”的,具備完全現(xiàn)代形態(tài)人類的典型特點(diǎn)。

  事實(shí)上,學(xué)界對(duì)從古老向現(xiàn)代轉(zhuǎn)變的早期現(xiàn)代人,尚未形成統(tǒng)一判斷標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說,人們會(huì)把一些現(xiàn)代人才具備的人類特征作為判斷依據(jù)。劉武舉了幾個(gè)例子:“比如下頜骨的形態(tài),現(xiàn)代人的下頜聯(lián)合中間部分的角度成直角或大于直角,而更古老的人類如北京猿人的下頜骨角度是傾斜的。再比如,北京猿人的頭骨是低平的,現(xiàn)代人則呈隆起。”

  從牙齒判斷現(xiàn)代人的特征,則相對(duì)容易。劉武稱,早期人類的牙齒很粗壯很原始,有許多復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與紋路特征,尺寸也比較大,而此次在道縣發(fā)現(xiàn)的47顆牙齒,尺寸明顯小于歐洲、非洲和亞洲更新世中晚期人類,具備簡(jiǎn)單的咬合面和齒冠側(cè)面形態(tài)、短而纖細(xì)的齒根等典型現(xiàn)代人特點(diǎn)?!芭c廣西崇左智人洞的發(fā)現(xiàn)相比,更現(xiàn)代了,我們可以說又前進(jìn)了一步?!?/p>

  劉武將此次發(fā)現(xiàn)的意義總結(jié)為以下幾點(diǎn):首先,在華南地區(qū)發(fā)現(xiàn)東亞最早的現(xiàn)代人牙齒化石,說明這里可能是東亞現(xiàn)代人起源、演化、擴(kuò)散的中心;其次,對(duì)比同處更新世晚期的華北地區(qū)比如許家窯等地發(fā)現(xiàn)的人類化石,道縣發(fā)現(xiàn)的人類化石形態(tài)則比較現(xiàn)代,說明人類演化的不同步,以及中國(guó)古人從華南向華北擴(kuò)散的可能;此外,在劉武看來(lái),盡管47枚牙齒還不足以完全推翻現(xiàn)代人均源于非洲的判斷,但結(jié)合國(guó)內(nèi)近年來(lái)人類化石的發(fā)現(xiàn),中國(guó)從直立人到現(xiàn)代人進(jìn)化鏈條上的人類化石無(wú)疑越來(lái)越豐富,當(dāng)?shù)仄鹪吹目赡苄砸沧兊酶蟆?/p>

  對(duì)于47顆牙齒的重大意義,不少學(xué)者也做出了自己的解讀。德國(guó)馬普所考古遺傳學(xué)系、美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系博士后王傳超在一篇文章中,做出幾種可能的解釋:一是“多地區(qū)進(jìn)化說”,中國(guó)乃至東亞古人類是連續(xù)進(jìn)化的,但這一論斷尚需更多不同時(shí)間尺度的化石證據(jù)支持;二是現(xiàn)代人從非洲起源,但分子生物學(xué)的時(shí)間估算過于晚近,其實(shí)在非洲演化出的現(xiàn)代人在十幾萬(wàn)前已到達(dá)東亞,因?yàn)榉肿隅娀谕蛔兟?,如何得到非常?zhǔn)確的突變率至今仍很困難。此外,尚不確定這些早期到達(dá)東亞的現(xiàn)代人對(duì)我們是否有以及有多少基因貢獻(xiàn)。無(wú)疑,這些推測(cè)還需要生物分子學(xué)方面的進(jìn)一步研究與判斷。

  論文發(fā)表后所引起的熱烈關(guān)注與探討,在劉武看來(lái),無(wú)疑會(huì)極大推動(dòng)他們對(duì)于人類起源演化問題的深入研究。而在道縣的發(fā)掘與研究告一段落后,劉武和他的團(tuán)隊(duì)在2014年便轉(zhuǎn)戰(zhàn)安徽省東至縣,在那里,一個(gè)直立人的化石地點(diǎn),更多的發(fā)現(xiàn)正等待他們續(xù)寫新的故事。

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