科学探索

中国东北发现新人种“龙人”,距今至少14.6万年

6月26日,河北地质大学举办2021年度古人类研究重大成果交流会。以河北地质大学特聘教授季强博士为首席科学家的国际古人类研究团队宣布,他们于2021年6月25日午夜23时在《Cell》出版社旗下的《The Innovation》杂志上以封面文章报道了中国东北哈尔滨市发现的中更新世古人类头骨化石的研究成果,正式将该古人类头骨化石命名为人属的一个新人种:龙人(Homo longi sp. nov.),这为研究智人起源和人类演化提供了至关重要的证据。

这件头骨化石距今至少14.6万年

数十万年前,多个人种同时存在于亚洲、欧洲和非洲。在中国,大荔人、金牛山人、华龙洞人等古人类化石表现出原始性状和进步性状镶嵌演化特征。这些古人类化石究竟是独立的人种,是属于直立人和智人之间的过渡类型,还是智人的原始类型,国际上长期以来一直存在激烈的争论。

据季强教授介绍,收藏于河北地质大学地球科学博物馆的这件古人类头骨化石,是1933年修建哈尔滨市东江桥时被发现的。一名中国劳工在修建桥墩时挖出了一颗“人头”,就把这颗“人头”交给了负责看管他们的中国士兵。这位中国士兵听说过之前北京发现“古人头”的事,便没有将这事告诉日本人,而是偷偷地将“人头”带回家中,包裹好后丢进了院子里的水井中,并连夜用土将水井填埋。

沉默了几十年后,2017年,当年那位中国士兵的后人在广西遇到了季强教授,后来便将这件宝贝捐给了河北地质大学,作为固定资产永远收藏于该校的地球科学博物馆。

除下颌外,这件头骨化石保存完整精美。由于当时不是正常的化石发掘,而且历经了漫长的岁月,导致化石的准确产出地点和层位已然不可详考。

在研究这件古人类头骨化石过程中,以季强博士为首席科学家的国际古人类研究团队开展了复杂的地球化学分析,包括稀土元素对比、锶同位素比值分析、X-射线荧光谱学分析、以及铀系法测年等。

来自中国科学院的地化学者、科研团队成员葛俊逸博士说:“尽管现在的技术还不足以把这件头骨的产地和层位准确标定在地图上,但是所有的分析数据都表明这件头骨应该产自哈尔滨地区距今13.8万年——30.9万年的陆相地层。”另一位团队成员、来自南京师范大学地化学者邵庆丰博士补充说:“我们现在非常确信,这件头骨化石距今至少有14.6万年。”河北地质大学的季强教授认为,这件古人类头骨化石搬运的距离并不远,可能产自哈尔滨市向西15km的范围内,那儿出露了一套中更新世地层:上荒山组。

头骨巨大,被命名为“龙人”

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、河北地质大学客座教授倪喜军在描述这块头骨化石时提到,“可以说就是亚洲目前发现的、在这个时间段内的最完整的人类化石,如果放到全世界去比较的话,它也是最完整的古人类头骨化石之一。”

一般来说,古老的人类化石通常都会有一些原始特征,龙人的头骨也不例外。他具有长而低的脑颅,额骨不隆起,顶骨轮廓平缓,眉脊弯曲且异常粗壮。最初,这件古人类头骨化石曾被认为似海德堡人古人类头颅化石,但随着研究的逐步推进,科学家们有了新的发现。

“哈尔滨发现的古人类头骨可以说是巨大的。在我们对比的数据库中,这件古人类头骨的很多测量值都是数一数二大的,脑容量约为1420毫升,完全落入现代人的范围。”来自伦敦自然历史博物馆的古人类学家、团队主研成员Chris Stringer博士这样说,“他有扁平而低矮的面颊骨骼,犬齿窝较浅,面部似乎也缩短了,并且缩到脑颅的下边,这些都是与智人相似的特征。”研究人员认为,这块头骨来自一个成年男性,年龄大约50岁。

由于这件古人类头骨十分巨大,非常特别,同时具有原始性状和进步性状的镶嵌演化特征。季强教授和团队的一些成员认为,应该以这件头骨为模式标本命名一个新人种。经再三斟酌,他们将其正式命名为“龙人”(Homo longi sp. nov.)。“龙人”的名称来源于地理名称“龙江”。

与智人的亲缘关系比尼安德特人更近

古人类学家在研究古人类化石时通常会逐个地对比特征,或者使用基于“地标”的几何形态测量学方法来分析整体上的相似性。对这件来自哈尔滨的头骨化石,团队成员决定采用演化生物学中更为广泛应用的系统分析方法来研究。系统分析通过一系列数学方法来建立具有分枝的树形图,用来表示来自共同祖先的不同物种或不同生物机体之间的演化关系和演化历史。

多年来,河北地质大学客座教授、来自中国科学院的团队主研成员倪喜军教授一直致力于建立一个标准化的形态特征矩阵(MorphoBank Project 3385)。这个矩阵包含上千个离散和连续变量的特征,以及一百多个古人类的头骨和下颌化石。来自中国科学院的团队成员生物数学家张驰博士解释说:“基于这个矩阵,我们在超算系统上运行了多个算法程序,检验了数万亿次的分枝结构,找到了数学上最可能的拓扑结构作为反映人属演化的最佳模型。我们还利用数学模型估计了每个分枝事件的时间。”倪喜军教授补充说,“我们首次把人属中几乎所有的主要分支放在一起分析,通过把所有的化石作为时间校正点,可以看出人属的多样性分异时间比以前认为的更加古老。”

系统分析结果表明,哈尔滨发现龙人(新人种)以及大荔人、金牛山人、华龙洞人、夏河人等古人类化石同属于一个单独的演化支系,与智人有一个共同的祖先,这一支系与智人是一个姊妹群关系。“以往流行的观点认为尼安德特人是智人支系的姊妹群,但是我们的分析表明哈尔滨发现的古人类头骨化石和中国其他地区发现的一些古人类化石组成一个生活于东亚地区的第三支系,这个支系与智人的亲缘关系要比尼安德特人与智人的关系近得多”,Chris Stringer博士说。因此,哈尔滨发现的保存状态极佳的古人类头骨化石为研究人属的演化提供了新的线索。“这件古人类头骨化石的测年时代为中更新世,表明他与智人、尼安德特人以及谜团似的的丹尼索瓦人支系是同期演化的。”Chris Stringer博士补充说。

期待在中国境内发现龙人与智人的共同祖先

据介绍,龙人作为与智人、尼安德特人、丹尼索瓦人同期演化的一个新的人类支系的代表,并不支持智人的本地连续演化模型,因为龙人这个支系具有他自己的特征组合,并不是向现代人发展的过渡类型。

针对化石年龄校正的人属系统树,该研究团队检验了18个生物地理模型,结果并不支持单向的“走出非洲“模型。事实上,多方向的“穿梭扩散模型”可以更好地解释非洲、欧州和亚洲之间人属成员的复杂系统关系。“数十万年前,多个古人类支系尽管都处于较小的孤立种群的状态,但可能都具有很强的扩散能力。”倪喜军教授推测说,“与非洲和欧洲相比,亚洲可能是适合人属诸种和种群生存发展的一个‘人汇’之地,更多接收了来自于非洲和欧洲的人类扩散,要比扩散到欧洲和非洲的数量多得多。从沙漠到雨林,从沿海平原到青藏高原,亚洲多样性很高的古地理环境,也许是在人类演化过程中以生物地理之优势形成‘人汇’之地的主要原因”。

“人类的演化模型明显不同于其他生物的演化模型,人种越来越少但种群却越来越大,结果全球现在只有一个人种,那就是智人。”季强教授说,“各时期人类每次都从非洲走出来的单一模型是不可取。由于古人类化石非常稀少,只是目前还没有完全搞明白而已。龙人的发现为我们开了个好头,我期待着在东亚地区,更加期待在中国境内发现龙人与智人的共同祖先,以推动国际智人起源研究。”

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