史前人类DNA被成功提取 揭密藏人耐高反基因的由来

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2020年10月30日,《科学》杂志在线刊发了兰州大学、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、青藏高原研究所等机构的最新联合研究成果,即曾于2019年入选美国期刊《科学》(Science)十大科学新闻、美国双月刊《考古学》(Archaeology)世界十大考古发现的甘肃省夏河白石崖溶洞夏河丹尼索瓦人下颌骨化石,兰州大学等团队在溶洞沉积物里成功提取丹尼索瓦人的线粒体DNA,这对丹尼索瓦人的生存年代定序、迁徙轨迹、遗传信息以及青藏高原史前史的重建,均提供十分重要的突破。

史前时代曾存在诸多人科物种,2008年于俄罗斯西伯利亚丹尼索瓦洞(Denisova Cave)被发现的“丹尼索瓦人”便是其中之一,其乃尼安德特人(Homo neanderthalensis)的姊妹群,双方约于距今20万至75万年前分开演化,但前者有些许基因残留仍于当今的亚洲人、美拉尼西亚人、澳大利亚土著身上。至于早在1980年代便被发现的夏河人下颌骨化石,则是直到2010年才正式着手调查其出土地在何处,最后于2019年确定属于夏河白石崖溶洞。

尽管该化石因降解的缘故导致DNA丧失殆尽,但研究团队通过古蛋白分析,测出化石里含有丹尼索瓦人特有的变异蛋白质,因而确定该下颌骨属于俄罗斯以外的第二个丹尼索瓦人化石,就此轰动考古学界。2019年,参与夏河人化石探源的兰州大学学者张东菊便曾说过:“中国境内此前发现的众多中更新世古人类都很难确定具体种属,尽管2010年丹尼索瓦人被提出,但我们一开始并未向这方面想,结果是一个惊喜”。加上俄罗斯所出土的丹尼索瓦人仅有一截指骨与两颗牙齿,但夏河人却是长约12厘米、含有两颗完整臼齿的半截下颌骨化石,故更显得弥足珍贵。

另名研究员陈发虎亦称“夏河丹尼索瓦人下颌骨化石的发现将青藏高原上的人类活动历史提前至距今16万年,向前推进了12万年,刷新了人们对青藏高原最早人类活动历史,以及史前人类高海拔环境适应的认识,更在人类演化史‘拼图’中拼上了关键的一块”。因此当丹尼索瓦人的化石在中国被确认,立刻引起全球考古学者的关注。

接着研究团队再利用近几年兴起的沉积物DNA技术,以在缺乏化石的遗址中寻找遗传信息,结果在中科院古脊椎所研究员付巧妹及其团队的努力下,成功于35个样品中钓取242种哺乳动物和人类的线粒体DNA。张东菊强调,这是中国考古学界在遗址沉积物中提取古人类DNA的第一个成功案例。而在这些宝贵的遗传密码中,除了丹尼索瓦人的基因之外,另有犀牛、鬣狗等在当地已灭绝的动物,这有助于重构青藏高缘的史前生态。

通过分析,夏河丹尼索瓦人的生存年代可能在10万年和6万年前后,最晚可能至距今4.5万年。付巧妹指出,“生活在青藏高原,又与俄罗斯‘亲戚’关系密切,这一切都说明,丹尼索瓦人那时可能适应了高寒缺氧环境,也进一步证实丹尼索瓦人曾广泛地分布于欧亚大陆东侧”。付巧妹还表示,会在白石崖溶洞中距今十几万年前的地层里多做些工作,因为“我的实验室做出来了当时古动物的DNA,所以它的环境是适合古DNA保存的。今后需要在这一层做更多点,看是否有希望做出更早的人类DNA”。

至于丹尼索瓦人与藏人有何关联?是因为丹尼索瓦人携有适应高寒缺氧环境基因(EPAS1),87%的藏人亦都带有此基因,使得自体血红蛋白含量较低,不易出现高原反应。由于3.4万年前的蒙古国Salkhit智人化石、与中国北京出土的4万年前田园洞人化石中,分别被发现7.5%与8.1%的丹尼索瓦人基因片段,显示丹尼索瓦人与亚洲现代人祖先早已相遇和混血,因此夏河丹尼索瓦人很可能是先演化出适应高原缺氧环境的变异基因,再通过交配将该基因传给迁来的现代人,由此造就藏族的特殊体质。

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