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古DNA技术解析中华文明繁衍播迁 ——访西安交通大学生命科学与技术学院教授张虎勤
2022年10月05日 17:13 来源:中国社会科学网 作者:陆航 字号
2022年10月05日 17:13
来源:中国社会科学网 作者:陆航

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  人类总是感兴趣于我们自身的起源:我们是谁?我们从哪来?我们走向何方?10月3日,据诺贝尔奖官网消息,斯万特·帕博(Svante Paabo)因为对已灭绝古人类基因组和人类进化的发现做出的贡献,获2022年诺贝尔生理学或医学奖。斯万特·帕博对现代人类的一种已灭绝的亲缘——尼安德特人,进行基因组测序。此外,他还是一种之前不为人知的古人类——丹尼索瓦人——的发现者。重要的是,帕博还发现,随着智人在大约7万年前离开非洲,基因从这些现已灭绝的古人类身上转移到了智人身上。这种基因在很久以前流向了现代人,它们在今天同样具有重要的生理意义,比如影响着我们的免疫系统会如何应对感染。斯万特·帕博的开创性研究产生了一门全新的学科——古基因组学。通过揭示所有现存人类与已灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。

 

 

  人类作为社会活动的主体,创造了形态多样的历史文明,不同来源人群的迁徙和流动带来的文化相互交流和融合,是推动文明产生与发展的原动力之一。作为历史学科的重要分支,考古学是根据古代人类通过各种活动遗留下来的实物以研究人类古代社会历史的一门学问,从文化本质上揭示古代居民某一时期的活动样态与价值,具有重要的社会与政治意义。而古基因组学运用DNA实验技术分析古代生物的谱系、分子演化,展现人类的起源和迁徙过程。中国科学院、复旦大学、西安交通大学、厦门大学、吉林大学等国内研究机构和高校实验室,也对国内及周边国家和地区重要考古遗址的人骨开展了大量的研究工作。中国学者联合国外同行,通过生物学、分子生物学、化学、地学、物理学等前沿学科的最新技术分析我国古代遗存,人类生物谱系研究与文化谱系研究相互补充、相互印证,使中华文明探源有了坚实的科技分析依据,切实丰富了我们对中国五千多年文明史的认知,进一步确认了中华文明发生、发展的系统性进程,有效深化了中华文明起源、迁徙与融合的研究,呈现出一幅全新的中华文明源流史:山顶洞人与现代中国人形态学具有一致性,田园洞人与东亚人群具有遗传相关性和连续性,仰韶族群与现代中国人具有相近关系,陕西新石器人类与中国人具有相近关系……

  近日,本报记者就借助古DNA技术多学科解析中华文明起源、迁徙与融合历程,采访了西安交通大学生命科学与技术学院教授张虎勤。

 

史前文化形成中华文明起源的原始驱动力

 

  1923年,瑞典地质学家安特生发表的《中华远古之文化》提出一种假说,中亚安诺文化与仰韶文化同源,仰韶文化可能从西方经中亚传入:“以河南与安诺之器物相较,其图形相似之点既多且切,实令吾人不能不起同出一源之感想”。安特生阅读美国考古学者庞贝利1904年在中亚土库曼斯坦首都阿什哈巴德附近发掘安诺遗址的报告,发现安诺彩陶与仰韶文化彩陶类似,但安诺彩陶早于仰韶彩陶。为了验证自己的假说,安特生赴甘肃、青海等地考察发现当地出土的彩陶,比仰韶彩陶工艺技术更为先进,因为当时中国并没有比仰韶彩陶更早的彩陶出土,而欧洲、中亚多有史前彩陶发掘。西方学者由此推断,华夏文明是次生文明,华夏文明由西方传入,这一观点在世界上产生极大反响。东亚人群的遗传连续性和传承性等一系列科学问题引起中国学者的关注。

 

 

  然而,中国一代又一代考古学者对仰韶文化源头的不懈探寻,印证了中国史前文化的原创品格和本土性格。多区域、多特点、多形式的人类生存发展模式,逐步形成了中华文化多元一体的文明模式。

  1937年,中国历史学家尹达发现仰韶村遗址实际上包含仰韶和龙山两种文化类型,否定了安特生仰韶文化单一类型的观点。1945年,夏鼐在甘肃齐家坪遗址发掘时,发现了齐家文化晚于仰韶文化的地层学证据,再次推翻了安特生关于甘肃青海史前文化早于中原仰韶文化的观点。新中国成立后,师从夏鼐的石兴邦1954年主持对半坡遗址进行发掘,区分出属于仰韶文化早期类型的半坡文化,提示仰韶文化的源头可能在陕西一带。1973年,经过对陕西汉中李家村遗址第一批标本的碳-14多次检测,确定李家村文化年代为距今7000年以上,早于仰韶文化,至此,考古学者终于在中国大地找到了比仰韶文化更早的文化遗存。随后,考古学者相继在河南省发现裴李岗文化遗存、河北省发现磁山文化遗存,在陕西省、甘肃省发现老官台文化遗存,年代断定均在距今8000年以上。以河南西部、山西南部、陕西东部为中心,诸多新石器文化类型相互作用、相互依赖、相互制约,在中国远古大地上开枝散叶,发扬光大,演化为中国分布地域最为广泛的史前文化,形成了中华文明起源生机勃勃的原始驱动力。

  在20世纪90年代末,科学家几乎完成了整个人类基因组的测序。这项了不起的成就为后续研究不同人类种群之间的遗传关系提供了条件。DNA存在于细胞的两个不同区域。核DNA包含了大部分遗传信息,而小得多的线粒体基因组则有成千上万个拷贝。在生物死亡后,DNA会随着时间的推移而降解,最后仅仅剩下非常少量的存留。它也会被来自其他生物的DNA污染,比如细菌和现代人的DNA。线粒体是细胞中一种含有自身DNA的细胞器,线粒体基因组很小,只包含细胞中的一小部分遗传信息,但它存在于成千上万个拷贝中,这就增加了成功的机会。由于对小小的线粒体基因组进行分析所能获取的信息有限,在德国莱比锡的马克斯·普朗克研究所工作的斯万特·帕博和他的团队逐步稳健地改进了从古老的骨遗骸中分离和分析DNA的方法。他们利用改善过的技术,使DNA测序变得非常高效。

  西安交通大学生命科学学院教授张虎勤带领的生物信息人类学团队与厦门大学教授王传超及哈佛医学院大卫·里奇(David Reich)教授展开深度合作,联合全球43家单位,85名共同作者在《自然》期刊上发表文章《基因组学分析东亚人种的形成》。文章揭示早在4万年前,以田园洞人古人样本为代表的现代人已与现代欧洲人的祖先分离,呈现亚洲人遗传特征。

  以田园洞人为代表的现代人,曾广泛分布和生活在中国北方和东北亚地区,形成了与印度洋、东南亚和远太平洋岛屿上的安达曼人、巴布亚人等亚洲南方谱系明显不同的北方遗传谱系。末次冰期之后,黑龙江流域到蒙古高原从约14000年前至今,就广泛存在着全基因组水平上的遗传连续性。

  “由于独立地理结构板块形成具有地域特色的族群,具有独特的生存生活方式,仅仅表现为服饰不同、语言发音不同、生产方式不同、饮食结构不同,华夏诸多族群都对中华文明发生和发展起到重要作用。”张虎勤说,5000年前黄河流域的农业人群(五庄果墚古人类)在中国北方传播农耕、汉藏语言和相关技术,在遗传上成为了藏族和汉族的共同祖先人群之一。

 

分子生物学研究展现汉藏语系的扩散与农业传播途径

 

  在漫长的岁月里,人类不同群体的相遇、交流、分离,他们的语言也碰撞、融合、分化。基于此,分子生物学的研究展现汉藏语系的扩散与农业传播途径十分引人入胜。张虎勤介绍,陈发虎院士、董广辉教授、张东菊教授等为主的研究团队,从2008年至今调查了青藏高原东北部的200余处史前遗址,分析了考古地层保存完整的53个新石器——青铜文化遗址开展了动物和植物遗存。研究团队用炭化植物种子测定了63个AMS碳-14年龄,并开展了骨骼碳氮同位素的分析工作。距今5200—3600年间,与青藏高原毗邻的黄土高原西部(陇西黄土高原)的农业人群,沿黄河及其支流河谷扩散至青藏高原东北缘。这部分人群以种植粟(谷子)黍(糜子)为主,由于粟黍的生长受温度限制,此时古人类主要生活在海拔2500米以下地区。根据遗址数量和考古遗存(农作物、驯化动物、建筑遗迹等)判断,该阶段古人类大规模永久定居至青藏高原东北部河谷地带,形成了以粟作农业社会为主的村落,少部分人群季节性到高海拔地区狩猎采集;在纬度较低、气候温暖的青藏高原东南部地区,粟作农业扩展到海拔3000米左右地区,如距今4700—4300年人类定居至西藏昌都地区的卡若遗址。

 

 

  距今3600年以来,人类大规模向高海拔地区扩张,永久定居至海拔3000米以上。大麦、小麦等西亚起源的农作物和家畜羊,在距今4000年左右传入到甘肃、青海地区,并在3600年前后开始成为青藏高原高海拔地区人类的重要食物来源。

  南岛语系是主要由南岛民族所使用的语言,也是迄今为止唯一主要分布在岛屿上的一个语系,包括约1300种语言。其分布主要位于南太平洋群岛,包括台湾、越南南部、菲律宾、马来群岛,东达南美洲西方的复活节岛,西到东非洲外海的马达加斯加岛,南抵新西兰。20世纪60年代,张光直、格雷斯(G. Grace)与索尔海姆(W. G. Solheim)合作撰写的《Movement of the Malayo-Polynesians: 1500 B.C. to A.D. 500》,就将考古学与语言学方法“结合”起来,探索华南与太平洋群岛之间土著居民迁徙的路线、年代,开始将华南的绳纹陶文化与“南岛语族”祖先联系起来。

  “分子生物学研究发现3000—2000年前台湾地区的古人与大陆壮侗语人群有紧密的遗传关系,南岛语人群形成过程中还受到来自北方农业人群的基因混合影响,南岛和壮侗的祖先人群向南扩张,传播南岛语和壮侗语,并对南亚语人群有遗传贡献。”张虎勤告诉记者,Peter Bellwood研究发现了“南岛语”从华南的台湾到大洋洲扩张路线,即距今5000年以前从以闽台为中心的中国东南海岸出发,5000—3000年间扩张到南海海域的东南亚群岛,3000—1000年间传播到太平洋群岛。

  青藏高原、东南亚等新石器到铁器时代的古人群有遗传上的联系,表明他们的一部分祖先人群可能来自共同的早期沿海岸迁徙路线,这与早期分子人类学上所观察到的旧石器时代Y染色体单倍群D的分布相吻合。台湾地区古代样本和现代南岛语人群,都与大陆东南沿海古代人群和现代侗台语人群在全基因组水平上共享更多的等位基因位点。这些证据都有力地支持了南岛语人群与华南侗台语人群同源,表明南岛语人群直接起源于大陆华南沿海地区。

  张虎勤以新石器时代陕西五庄果墚遗址、青海喇家遗址、昌都卡若遗址、拉萨曲贡遗址、辽宁牛河梁遗址进行新石器文化遗存人骨样本的古DNA取样,展开基因组学层面的新石器人类关联多维度分析,系统地研究藏蒙汉祖先族群之间和历史时期的起源、迁徙、融合和发展关系,证实了黄河流域中上游新石器时代中晚期农业人群在遗传上的连续性,而这一具有连续遗传特征的人群与考古学在文化上观察到的仰韶文化及其人群西向扩张过程具有一致性。

  张虎勤研究发现,中国新石器人类在骨骼形态结构分析和古DNA遗传结构分析上,表明蒙古高原、甘青地区、青藏高原、黄河与长江流域、南部疆域的广大地域以及南岛区域,都具有遗传相关性和继承性,属于东亚人类,同源同根。

  在张虎勤看来,新石器人类与现代中国人形态学高度一致,新石器人类与现代中国人遗传信息分析展现了密切的承传关系,陕西新石器人类与现代中国人遗传信息分析同样具有毋庸置疑的承传关系。据此,田园洞人一路风尘仆仆走来,构建了地域辽阔的旧石器文化,建立了灿烂辉煌的新石器文化,催生了夏商周国家文化格局形成,成就了中华文明独立起源的科学论断。

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