中国研究破解学界15年难题!这个古人类“露脸”了
中国研究破解学界15年难题!这个古人类“露脸”了
中国研究破解学界15年难题!这个古人类“露脸”了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹(fùqiǎomèi)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(zhìshǎo)14.6万年的哈尔滨(hāěrbīn)古人类(又名“龙人(lóngrén)”)头骨化石中“读取”出珍贵遗传信息(yíchuánxìnxī),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(lìng)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(kānchēng)业内罕见。
中国的龙人研究(yánjiū)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(dānní)索瓦人一张‘脸(liǎn)’”,丹尼索瓦人又是谁?与龙人有何关系?我们请中国科学院西南(xīnán)生物多样性中心生物学博士刘耀文来说一说。
龙人与丹尼索瓦人生存时间重叠(shíjiānchóngdié)
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(fāxiàn)了一块4万年前的古人类指骨碎片。按理说,发现古人类化石并不是(búshì)什么稀罕事,但这一发现在当时引发了极大轰动,原因很(hěn)简单:这块古人类化石保存着较为(jiàowéi)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(le)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,它竟然(jìngrán)是前所未知的古人类,遂(suì)被命名(mìngmíng)为丹尼索瓦人。
后来,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(gǔrénlèi)群体(qúntǐ),其时间跨度从40万年前(wànniánqián)延续到3万年前。既然如此,那(nà)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?
20世纪30年代(niándài)发现于哈尔滨的(de)龙人就是一个备受关注的存在。保存(bǎocún)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(quángǔ)矮而平,具有较浅的犬齿窝,吻部相对(xiāngduì)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(jiānjù)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”。
龙人(lóngrén)的生存时间(shíjiān)在距今30.9万年(wànnián)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。
2020年,科研人员考察青藏高原的(de)白石崖溶洞遗址(yízhǐ),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。首创(shǒuchuàng)“牙结石提取DNA”为龙人验身
那么,龙人(lóngrén)是不是丹尼索瓦人呢?
由于亚太地区的气候、环境总体上不太适合古人类化石(huàshí)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(pīncòu)不出其完整形象,缺乏最重要的头部(tóubù)特征。而龙人具有完整的头部,如果能够确定它(tā)是(shì)丹尼索瓦人,那无疑相当于“给了丹尼索瓦人一张‘脸’”。
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(shǐde)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(yájiéshí),这(zhè)是一种致密(zhìmì)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。用多种方案(fāngàn)反复提取后,研究人员最终构建(gòujiàn)出20个DNA文库,其中有7个文库包含了丹尼(dānní)索瓦人的特异性变异。这意味着,研究人员成功获取(huòqǔ)到了龙人的古DNA成分,这是一个非常重要的创举,为今后(jīnhòu)的古人类研究提供了全新的思路。
研究人员又进行了变异位点谱系识别(shíbié),论证了所发现的古DNA中有27个位点属于丹尼索瓦人特有(tèyǒu),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(zuǒzhèng)了哈尔滨龙人属于丹尼索瓦人。
蛋白质证据确认“龙(lóng)人为丹尼索瓦人”
为了确定(quèdìng)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(dànbáizhì)。
相比于DNA,蛋白质在古人类研究领域更(gèng)具有可行性。首先,蛋白质本身的留存(liúcún)时间更长。在常温下,古DNA往往仅能保存10万年(wànnián)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。其次(qícì),蛋白质本身结构中的肽键和(hé)疏水结构在沉积环境中可以更好地抵御降解。
研究人员(rényuán)从龙人(cónglóngrén)颅骨化石中得到了非常多的蛋白质,鉴定出308458个谱图(tú)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(bèi)。
依据蛋白质中的信息,在(zài)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(hé)人科祖先型100%匹配,在人属(shǔ)的15个位点里,龙人同样是(shì)100%匹配,所以,龙人在分类学上毫无疑问是人科人(rénkērén)属。而与(yǔ)丹尼(dānní)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(hái)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(lóngrén)的分类难题被破解。
丹尼索瓦人迁徙之谜仍待解(réngdàijiě)
可以说,中国(zhōngguó)的(de)这项研究直接破解了困扰学界15年之久的丹尼(dānní)索瓦人形态之谜,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。有了全新的技术,能更有成效地(dì)对其他区域发现的一系列古人类化石进行鉴定,从而展现(zhǎnxiàn)丹尼索瓦人曾经的分布、迁徙和生活,揭开其迁徙之谜。
未来,若能建立更多(duō)相对完整的(de)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(jíqí)与现生人群的关系等发挥关键作用。
来源(láiyuán):北京日报客户端
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹(fùqiǎomèi)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(zhìshǎo)14.6万年的哈尔滨(hāěrbīn)古人类(又名“龙人(lóngrén)”)头骨化石中“读取”出珍贵遗传信息(yíchuánxìnxī),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(lìng)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(kānchēng)业内罕见。
中国的龙人研究(yánjiū)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(dānní)索瓦人一张‘脸(liǎn)’”,丹尼索瓦人又是谁?与龙人有何关系?我们请中国科学院西南(xīnán)生物多样性中心生物学博士刘耀文来说一说。
龙人与丹尼索瓦人生存时间重叠(shíjiānchóngdié)
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(fāxiàn)了一块4万年前的古人类指骨碎片。按理说,发现古人类化石并不是(búshì)什么稀罕事,但这一发现在当时引发了极大轰动,原因很(hěn)简单:这块古人类化石保存着较为(jiàowéi)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(le)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,它竟然(jìngrán)是前所未知的古人类,遂(suì)被命名(mìngmíng)为丹尼索瓦人。
后来,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(gǔrénlèi)群体(qúntǐ),其时间跨度从40万年前(wànniánqián)延续到3万年前。既然如此,那(nà)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?
20世纪30年代(niándài)发现于哈尔滨的(de)龙人就是一个备受关注的存在。保存(bǎocún)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(quángǔ)矮而平,具有较浅的犬齿窝,吻部相对(xiāngduì)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(jiānjù)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”。
龙人(lóngrén)的生存时间(shíjiān)在距今30.9万年(wànnián)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。
2020年,科研人员考察青藏高原的(de)白石崖溶洞遗址(yízhǐ),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。首创(shǒuchuàng)“牙结石提取DNA”为龙人验身
那么,龙人(lóngrén)是不是丹尼索瓦人呢?
由于亚太地区的气候、环境总体上不太适合古人类化石(huàshí)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(pīncòu)不出其完整形象,缺乏最重要的头部(tóubù)特征。而龙人具有完整的头部,如果能够确定它(tā)是(shì)丹尼索瓦人,那无疑相当于“给了丹尼索瓦人一张‘脸’”。
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(shǐde)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(yájiéshí),这(zhè)是一种致密(zhìmì)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。用多种方案(fāngàn)反复提取后,研究人员最终构建(gòujiàn)出20个DNA文库,其中有7个文库包含了丹尼(dānní)索瓦人的特异性变异。这意味着,研究人员成功获取(huòqǔ)到了龙人的古DNA成分,这是一个非常重要的创举,为今后(jīnhòu)的古人类研究提供了全新的思路。
研究人员又进行了变异位点谱系识别(shíbié),论证了所发现的古DNA中有27个位点属于丹尼索瓦人特有(tèyǒu),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(zuǒzhèng)了哈尔滨龙人属于丹尼索瓦人。
蛋白质证据确认“龙(lóng)人为丹尼索瓦人”
为了确定(quèdìng)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(dànbáizhì)。
相比于DNA,蛋白质在古人类研究领域更(gèng)具有可行性。首先,蛋白质本身的留存(liúcún)时间更长。在常温下,古DNA往往仅能保存10万年(wànnián)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。其次(qícì),蛋白质本身结构中的肽键和(hé)疏水结构在沉积环境中可以更好地抵御降解。
研究人员(rényuán)从龙人(cónglóngrén)颅骨化石中得到了非常多的蛋白质,鉴定出308458个谱图(tú)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(bèi)。
依据蛋白质中的信息,在(zài)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(hé)人科祖先型100%匹配,在人属(shǔ)的15个位点里,龙人同样是(shì)100%匹配,所以,龙人在分类学上毫无疑问是人科人(rénkērén)属。而与(yǔ)丹尼(dānní)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(hái)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(lóngrén)的分类难题被破解。
丹尼索瓦人迁徙之谜仍待解(réngdàijiě)
可以说,中国(zhōngguó)的(de)这项研究直接破解了困扰学界15年之久的丹尼(dānní)索瓦人形态之谜,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。有了全新的技术,能更有成效地(dì)对其他区域发现的一系列古人类化石进行鉴定,从而展现(zhǎnxiàn)丹尼索瓦人曾经的分布、迁徙和生活,揭开其迁徙之谜。
未来,若能建立更多(duō)相对完整的(de)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(jíqí)与现生人群的关系等发挥关键作用。
来源(láiyuán):北京日报客户端



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