丹尼索瓦人终于“有脸”了
中国哈尔滨的龙人属于丹尼索瓦人。这一结果，为丹尼索瓦人曾在东亚地区广泛分布的假说再添证据。更为重要的是，哈尔滨人的头骨化石，除了缺少下颌骨外其余部分保存完整，若结合已经在青藏高原地区和台湾澎湖地区发现的丹尼索瓦人的两块下颌骨化石，我们将第一次完整看到丹尼索瓦人的容貌。（相关阅读：约4万年前，丹人出没于青藏高原；丹尼索瓦人现身中国台湾澎湖）
未完待续的是，中国出土的许多化石与哈尔滨人存在相似的形态特征，这意味着这些化石也很有可能就是丹尼索瓦人。这意味着中国的考古人员未来还有大量的工作要去做，去理清这些化石与丹尼索瓦人的关系，与曾经在东亚地区分布的直立人的关系。
欧洲有尼安德特人，东亚有丹尼索瓦人。前者的遗传信息在几乎今天所有的现代人身上都保留着痕迹，而后者对如今所有东亚的现代人和大洋洲人群都有基因贡献。
对于东亚人演化历史的追踪、分析，我们迈出了重要一步。
王晓波 | 撰文
90多年前，日占时期的东北黑龙江哈尔滨出土了一个硕大的古人类头骨化石。今天，中国科研人员确认，这个保存近乎完整的古人类头骨属于丹尼索瓦人，一个已灭绝、与现代人类及尼安德特人有着密切关系的古人类群体。
研究人员通过对该古人类头骨化石的牙结石的线粒体DNA确认其母系属于丹尼索瓦人，经古蛋白质组研究确认有丹尼索瓦人特有的位点。6月18日晚，关于该人类头骨化石的线粒体DNA和古蛋白质的研究分别在《细胞》[1]和《科学》[2]两大国际期刊在线发表。
“结合线粒体DNA和蛋白质反映的细胞核DNA，哈尔滨个体基本可以确定是丹尼索瓦人。”两篇论文的通讯作者之一、中国古人类与古脊椎动物研究所研究员付巧妹告诉《赛先生》。
这两项研究的鉴定结果，首次将一具近乎完整的古人类头骨与神秘的丹尼索瓦人群关联起来，有望破解困扰学界十五年之久的丹尼索瓦人形态之谜。
尘封90年的哈尔滨头骨化石
哈尔滨头骨最初发现于1933年。当时，一名中国工人在日本人的支使下参与修建横跨松花江的一座大桥，偶然发现河岸上有一个不同寻常的人类头骨。他没有告诉日本人上司，而是拿回家用土掩埋在井里，在那里保存了大约80年。无论风云变幻，他都没有告诉别人，直到临死前才把这个秘密讲给自己的孙辈，化石这才重见天日。2018年，这枚头骨被捐赠给河北地质大学。
这枚头骨非常大，而且十分粗壮，最为显著的特征是兼有原始和进步两方面的特征。原始的特征包括：眉脊厚而长，颅骨穹隆低矮，没有明显的球形隆起。不过其头骨后部连接肌肉的骨面明显朝向腹侧，也就是身体的前方或底部，颧骨较矮而平，具有浅的犬齿窝，吻部相对后缩，这些特征都是早期智人的特征。并且，它的脑容量达到1420毫升，已经接近甚至超过现代人类的平均水平。
早在2021年，河北地质大学教授季强、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员倪喜军和英国伦敦自然历史博物馆人类起源负责人Chris Stringer教授等人基于形态学的研究，将哈尔滨头骨确定为一个新的古人类支系，并命名为一个新物种“龙人”（Homo longi, 又称dragon man）[3-5]。
对于该头骨化石的测年较为曲折。
最初，因头骨的发现者已过世，研究人员仅从其后人处得知化石大致出土地位于哈尔滨市东江桥一带。自2018年7月起，季强先与黑龙江地质学家展开实地调查，试图确定具体出土地点。他们在距东江桥约一公里、位于江水沉积范围内的区域钻探取样，分析地下地层。随后，研究团队运用多种技术，对比了头骨鼻腔残留沉积物与钻孔沉积物的地球化学特征，并参考同区域哺乳动物化石的指标。最终推断，这枚头骨很可能出自上荒山组上部的湖相沉积层，地质年代为中更新世晚期，年龄约为13.8万年至30.9万年之间，正处于现代人与其他古人类分化演化的重要阶段。通过头骨铀系直接测年，明确该化石的最小年龄是14.6万年。
但直到本周论文的发表，哈尔滨头骨的身份才得到分子生物学研究的确认。
本周发表的《细胞》论文显示，研究人员没有在头骨或牙齿发现古DNA，却在附着在牙齿上的牙结石上发现了古线粒体DNA，通过分析确定这是丹尼索瓦人的线粒体DNA。
“DNA还从未从年代如此久远的古人类牙结石上提取过，这是一项重要的工作。”参与了2021年龙人研究的英国著名古人类学家Chris Stringer向《赛先生》评论道。
研究人员最初尝试从哈尔滨头骨的牙齿或岩骨中提取DNA，但失败了。随后，他们转向牙结石，也就是钙化的牙菌斑，它可以为DNA保存提供一个受保护的环境。研究人员对牙结石样本进行了处理，钻取了0.3毫克牙结石样本，并成功提取了DNA。通过测序，他们获得了覆盖人类线粒体基因组的独特片段，并发现这些片段中的C到T替换频率较高，表明存在古DNA分子。
提取0.3毫克牙结石样本的牙齿位置。图片：付巧妹
为了富集内源性DNA，研究人员选择了在末端具有C到T替换的片段，并检查了这些片段在相反末端的C到T替换频率。他们将捕获的DNA片段与重建的人类祖先线粒体DNA和丹尼索瓦人祖先线粒体DNA进行比对，并通过比对来自不同库的DNA片段，构建了哈尔滨头骨的线粒体DNA序列（consensus mitochondrial DNA sequence），也就是样本中最可能的线粒体DNA碱基组合。
系统发育分析结构显示，哈尔滨头骨的线粒体DNA属于丹尼索瓦人谱系范围内。通过不同支系的关键位点的分析发现，其27个变异位点只有所有丹尼索瓦人有，至少有5个变异位点与较早的个体（如丹尼索瓦2号、丹尼索瓦8号等）相同。
研究还指出，相较于岩骨，牙结石中的古人类DNA可能保存得更好，因此牙结石是研究中更新世古人类DNA的宝贵来源。这也为研究更古老的古人类提供了新的取样方向。
近乎完整头骨牙结石中的丹尼索瓦人线粒体DNA的演化图。图源：参考文献1
不仅如此，研究团队还对哈尔滨头骨中提取的古蛋白质进行了系统分析。
付巧妹团队和季强团队关于哈尔滨头骨古蛋白质组的《科学》论文，报道了从哈尔滨头骨中检出的95种内源性蛋白质，显示该个体具有三种丹尼索瓦人衍生的氨基酸变异，并与阿尔泰山的丹尼索瓦3号最为接近，表明哈尔滨个体属于丹尼索瓦人群体。
质谱技术的最新进展使得从早更新世开始回收古人类蛋白质成为可能，从而将丹尼索瓦人的研究从单一的基因组学扩展到蛋白质组学。蛋白质组分析的一个好处是蛋白质比DNA更为稳定，能够将分子研究扩展到被认为古DNA无法保存的时期。蛋白质组分析已经能够在西伯利亚以外的地区识别出更多与丹尼索瓦人相关的古老标本，包括中国甘肃夏河白石崖洞的部分下颌骨和肋骨、台湾澎湖海峡的丹尼索瓦人下颌骨，以及老挝眼镜蛇洞中可能属于丹尼索瓦人的臼齿。
研究人员首先尝试从该个体的岩骨和牙齿中提取古DNA，但均以失败告终。随后，研究人员从两个岩骨样本（分别为64.3和35.1 毫克）中提取出蛋白质。
接着，研究者通过搜索由现代人蛋白质组和从古人类基因组翻译的常见骨和牙本质蛋白质序列组成的数据库来恢复蛋白质组，总共检测到95种具有较高脱酰胺值的蛋白质，这被认为属于哈尔滨个体的内源性蛋白质组。
为了在蛋白质组水平上确定哈尔滨个体的种群归属，研究者计算了覆盖现代人、尼安德特人、丹尼索瓦人、黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩特有氨基酸替换的肽段数量，这些计算基于所有95种内源性蛋白质。结果显示，哈尔滨头骨与丹尼索瓦人之间存在明确联系。
研究还表明，哈尔滨个体与甘肃夏河的丹尼索瓦人下颌骨、台湾澎湖的丹尼索瓦人下颌骨，在蛋白质组特征上高度一致，这些样本构成了丹尼索瓦人在东亚广泛分布的初步图谱：从中国东北到青藏高原再到台湾，时间跨度从中更新世晚期到晚更新世。
“这次新发现帮助我们离解决‘中更新世的混乱’ （the muddle in the middle，古人类学界对中更新世人类物种多样性的描述）近了一步，至少我们把以前假设的古人类支系数目减少了一个。结果表明哈尔滨头骨很有可能是丹尼索瓦人。我也对他们提取了这么多古蛋白质留下深刻印象，这比以前我们能做的多得多。”多伦多大学古人类学家Bence Viola向《赛先生》评论道。
更新世古人类个体的地理分布及其蛋白质组特征（仅包含已报道的古蛋白质组相关研究）。图源：参考文献1
2010年，还在德国马克斯·普朗克演化人类学研究所读博的付巧妹，从俄罗斯阿尔泰山的丹尼索瓦洞发掘的一截幼年古人类指骨中提取出线粒体DNA (mtDNA)，首次鉴定出这属于一个新的人群——丹尼索瓦人，生活在距今3万-5万年前。
但是，丹尼索瓦人究竟长什么样？这一直是古人类学中的谜团。
他们没有留下完整的骨架，研究依赖于零星牙齿、指骨、下颌骨和洞穴沉积物中的微量DNA。即使后来在青藏高原、台湾澎湖、老挝眼镜蛇洞发现丹尼索瓦人的遗骸，但仍然以下颌骨、肋骨化石为主，缺少面部的主要部分。
15年后，已经独立工作的付巧妹与合作者将哈尔滨人确定为丹尼索瓦人，为丹尼索瓦人的形态特征补上了重要一块拼图。
Chris Stringer干脆说，“从结果来看，很可能哈尔滨头骨是迄今为止最完整的丹尼索瓦人化石，而龙人是这一种群的合适物种名。”
“此前的研究已经确定了哈尔滨头骨与夏河人下颌骨之间的密切关系，现在遗传学证据显示二者均为丹尼索瓦人，如果将哈尔滨头骨（无下颌骨）与夏河人下颌骨放到一起，我们就能知道完整的丹尼索瓦人头骨长什么样子了，这是非常令人惊喜和期待的！”主持甘肃夏河县白石崖溶洞的发掘和研究工作的兰州大学教授张东菊告诉《赛先生》。
瑞典乌普萨拉大学进化遗传学家Carina Schlebusch也评论说：“《细胞》论文是一篇开创性的论文，因为它第一次有可能揭示了丹尼索瓦人长什么样子。它也凸显了古DNA和古人类学的结合如何重塑了我们对人类演化的理解。我认为现有证据表明哈尔滨头骨很有可能是丹尼索瓦人。”
利物浦约翰摩尔大学（Liverpool John Moores University）的生物人类学家Laura Buck回复《赛先生》说：“哈尔滨头骨是一个美丽的重要的化石，具有稀有的完整性。如果它被归类于丹尼索瓦人，我们可以开始解释丹尼索瓦人这个一度成谜的人群的形态、变异和适应。这可以告诉我们很多关于他们和我们现代人的事。”
不仅如此，这两项研究为重新审视中国境内其他中更新世古人类化石提供了线索。
“这次新发现大大地帮助解决了‘中更新世的混乱’，它帮助在形态学上整理了亚洲化石记录，也给了丹尼索瓦人一张脸。但我们还有很长的路要走。”德国图宾根大学的古人类学家Katerina Harvati说。
德国马克斯·普朗克进化人类研究所的古人类学家Jean-Jacques Hublin兴奋地告诉《赛先生》：“从哈尔滨头骨第一次发表（指2021年研究）以来，我就坚信它是丹尼索瓦人，这两篇新论文加强了这一信念。事实上，我相信大多数——如果不是全部的话——40万年前到5万年前的中国人族化石是丹尼索瓦人或与之相关的。”
美国宾厄姆顿大学（Binghamton University）的人类学教授Rolf Quam也表示：“我同意哈尔滨个体是丹尼索瓦人。围绕东亚中更新世的古人类化石记录一向有大量讨论。人们很久以来就认识到有一些标本既不是直立人，因为他们有更大的脑袋和很多衍生性状，又不是现代人，因为他们保留了很多古老型人类性状。这些化石可能现在可以跟哈尔滨头骨一起归类为丹尼索瓦人，为澄清‘中更新世的混乱’做出贡献。”
新的发现也带来了新的问题。
如果确认哈尔滨头骨属于丹尼索瓦人，形态学上有类似特征的大荔人、金牛山人、华龙洞人、郧县人等很可能也是丹尼索瓦人，虽然如湖北的郧县2号因为距今百万年之久可能提取不了古DNA或古蛋白。
“对形态学类似的头骨做古DNA或古蛋白分析在未来肯定是一个努力的方向。”付巧妹告诉《赛先生》，形态学和分子人类学的交叉合作研究可以大幅度廓清“中更新世的混乱”这一复杂问题。
另外，如果像Hubin所说，Chris Stringer发表的预印本新研究[6]又表明百万年前的湖北郧县人在形态学上可能是丹尼索瓦人，那么中国的丹尼索瓦人在距今100-40万年前左右是如何和当时的直立人互动的？在5万年前左右是如何和现代人（就是我们自己）互动的？在这几十万年间他们是如何演化的？丹尼索瓦人是如何灭绝的？他们的基因又是如何渗入今天的亚洲和大洋洲人群包括中国人（汉族、藏族等）的基因？这些问题都等待着未来的研究来解答。
