古代DNA講述了人類與尼安德特人共存的新故事
對德國一處考古遺址進行的基因研究顯示,現代人生活在4.5 萬年前的北歐,與尼安德特人的生活區域重疊,改變了我們對該地區早期人類歷史的理解。對德國中部一處考古遺址出土的骨頭碎片進行的基因分析表明,現代人–智人–早在4.5 萬年前就已經到達北歐,在尼安德特人滅絕之前與尼安德特人重疊存在了數千年。
拉尼斯新發掘的人骨碎片。資料來源:Tim Schüler, TLDA
研究結果表明,德國拉尼斯附近的遺址以其薄片細密的葉形石器刀片而聞名,是歐洲中北部和西北部已確認的最古老的現代人類石器時代文化遺址之一。
智人和尼安德塔人並存的證據與基因組證據一致,即這兩個物種偶爾會雜交。這也讓人們更加懷疑,大約5 萬年前現代人入侵歐洲和亞洲,幫助將佔據該地區50 多萬年的尼安德特人趕盡殺絕。
最近發表在《自然》(Nature)和《自然生態與演化》(Nature Ecology and Evolution)雜誌上的三篇論文詳細介紹了基因分析以及拉尼斯遺址的考古學和同位素分析以及放射性碳定年。
拉尼斯LRJ 出土的石器。1) LRJ 特有的部分雙面葉片尖;2) 在拉尼斯,LRJ 也包含製作精細的雙面葉片尖。資料來源:約瑟芬-舒伯特,伯格-拉尼斯博物館
拉尼斯的石片被稱為葉片點,與在摩拉維亞、波蘭、德國和英國的幾個遺址中發現的石器相似。這些石器被認為是由同一文化生產的,該文化被稱為林孔比亞-拉尼斯-傑爾茲馬諾維亞(LRJ)文化或技術複合體。根據先前的年代測定,拉尼斯遺址距今已有4 萬年或更早的歷史,但由於沒有可辨認的骨骼來表明是誰製造了這些工具,因此尚不清楚它們是尼安德特人還是智人的產物。
《自然》論文的四位第一作者之一、加州大學柏克萊分校米勒研究員埃萊娜-扎瓦拉(Elena Zavala)說:”新的發現證明,智人製造了這種技術,而且智人在這個時期,也就是距今4.5萬年前,就在這麼遙遠的北方。因此,這些是歐洲最早的智人之一。”
2018 年,扎瓦拉還是萊比錫馬克斯-普朗克進化人類學研究所(MPI-EVA)的博士生,當時她剛開始參與該項目,該項目是由該研究所前所長、巴黎法蘭西學院教授讓-雅克-胡布林(Jean-Jacque Hublin)主導的一項重要工作。
“拉尼斯洞穴遺址為智人在歐洲高緯度地區的首次擴散提供了證據。事實證明,被認為是尼安德特人製作的石器實際上是早期智人工具包的一部分,」Hublin說。”這從根本上改變了我們以前對這一時期的認識:早在尼安德特人在歐洲西南部消失之前,智人就已經到達了歐洲西北部。
拉尼斯城堡下的Ilsenhöhle 洞穴遺址。圖片來源:Tim Schüler, TLDA
扎瓦拉對2016年至2022年期間在拉尼斯進行的新的和更深入的發掘以及20世紀30年代早期發掘的人骨碎片進行了遺傳分析。由於古人類骨骼中的DNA非常零碎,她採用特殊技術對DNA進行了分離和定序,所有DNA都是粒線體DNA(mtDNA),只從母體遺傳。
「我們確認這些骨骼片段屬於智人。有趣的是,有幾個片段共享相同的粒線體DNA序列–甚至是來自不同發掘地的片段。這表明這些片段屬於同一個人或他們的母系親屬,從而將這些新發現與幾十年前的發現聯繫起來。”
骨碎片最初是由另一位第一作者多蘿西婭-米洛波塔米塔基(Dorothea Mylopotamitaki)通過分析骨蛋白質(這一領域被稱為古蛋白質組學)確定為人類的,多蘿西婭-米洛波塔米塔基是法蘭西學院(Collège de France)的博士生,曾就讀於MPI-EVA。
在拉尼斯挖掘8 公尺深的LRJ 層是一項後勤挑戰,需要精心製作鷹架來支撐坑道。圖片來源:馬塞爾-魏斯
透過將拉尼斯人的粒線體DNA序列與從歐洲其他舊石器時代遺址的人類遺骸中獲得的mtDNA序列進行比較,札瓦拉建構出了歐洲早期智人的家譜。在13 個拉尼斯基因片段中,除了一個片段外,其他片段都非常相似,而且令人驚訝的是,它們都與在捷克共和國茲拉蒂克恩(Zlatý kůň)洞穴中發現的距今4.3 萬年的女性頭骨中的mtDNA 相似。唯一突出的是與來自義大利的一個個體的組合。
“這就提出了一些問題:這是一個單一的人群嗎?兩者之間有什麼關係?扎瓦拉說。”但對於線粒體DNA 來說,這只是歷史的一面。這只是母系的一面。我們需要有核DNA 才能開始研究這個問題。”
扎瓦拉擅長分析長埋骨、骨器和沈積物中的DNA。她對拉尼斯發掘地各層沉積物的研究發現了大量哺乳動物的DNA,但沒有發現類人猿的DNA。結合對骨骼碎片的形態學、同位素和蛋白質組分析,這些分析描繪出了當時的環境以及數千年來洞穴中人類和動物的飲食情況。
例如,馴鹿、穴熊、毛犀牛和馬骨的存在,顯示了典型的草原苔原寒冷的氣候條件,類似於今天西伯利亞和斯堪的納維亞北部的條件,以及人類以大型陸生動物為食的飲食習慣。研究人員得出結論,該洞穴主要被冬眠的穴熊和穴居的鬣狗使用,人類只是偶爾出現。
發表在《自然-生態學與演化》(Nature Ecology and Evolution)上的一篇論文指出:「這種較低密度的考古特徵與其他林孔-拉尼西亞-傑茲曼諾維期遺址相吻合,最好的解釋是,先驅智人的小規模流動群體進行了短期的權宜訪問。”
對來自拉尼斯的1000 多塊動物骨骼的分析表明,早期智人不僅處理鹿的屍體,還處理包括狼在內的食肉動物的屍體。資料來源:Geoff M.史密斯
西班牙拉古納大學博士後莎拉-佩德扎尼(Sarah Pederzani)說:「這表明,即使是這些早期散佈在歐亞大陸的智人群體,也已經具備了一定的適應能力,能夠適應如此嚴酷的氣候條件,直到最近,人們還認為對寒冷氣候條件的適應能力要到幾千年後才會出現,因此這是一個令人著迷和驚訝的結果。”她領導了對該遺址的古氣候研究。
拉尼斯遺址名為伊爾森霍勒(Ilsenhöhle),位於一座城堡的基座上,最初主要是在1932 年至1938 年期間發掘的。這裡發現的樹葉點最終被歸類為舊石器時代中期的最後幾年–距今約30 萬年到3 萬年之間,或者舊石器時代上期的開始,距今約5 萬年。
由於拉尼斯遺址對於了解LRJ 技術複合體以及歐洲中部與尼安德特人相關的舊石器時代中晚期向現代人舊石器時代上期的過渡非常重要,因此Hublin 和他的團隊決定使用現代考古工具重新發掘該遺址。
新的發掘工作一直延伸到地表下約8 公尺的基岩處,其中包括移除一塊可能是從洞頂掉落的岩石,這塊岩石阻礙了先前的發掘工作。在這裡,Hublin 的團隊發現了與LRJ 技術複合體一致的燧石工具碎片和石英岩薄片。隨後對數千枚回收的骨片進行的蛋白質體分析證實,其中四枚骨片來自類人猿。在1930 年代的發掘中發現的骨片中,有9 片來自類人猿。
扎瓦拉的DNA 分析證實,所有13 塊骨頭碎片都來自智人。研究小組還對遺址各層的人類和動物骨骼進行了放射性碳測年,以重建遺址的年代學,重點是表面有人類改造痕蹟的骨骼,這將它們的年代與洞穴中的人類存在聯繫起來。
「我們發現,兩次發掘採集的智人骨骼的放射性碳年代與新發掘的LRJ 地層中的改良動物骨骼的放射性碳年代非常一致,這使得人類遺骸與LRJ 地層之間的聯繫非常緊密。證據表明,早在47500年前,智人就已經零星地佔據了該遺址,”另一位第一作者、前馬克斯-普朗克研究員、現倫敦弗朗西斯-克里克研究所歐洲分子生物學組織(EMBO )博士後研究員海倫-費弗拉斯(Helen Fewlass)說。
德國魏瑪圖林根州歷史遺跡和考古保護局的蒂姆-許勒補充說:”拉尼斯伊爾森霍勒的研究結果從根本上改變了我們對阿爾卑斯山以北歐洲年代學和定居史的看法。”
編譯來源:ScitechDaily