張東菊：我與“夏河人”的曠野奇遇

【科技答卷人】

我們是誰？我們從哪里來？我們將要到哪里去？人類自己的歷史和未來，從來都是我們最好奇也最關(guān)注的問題。

今日請隨中國科協(xié)之聲一起，走近蘭州大學(xué)張東菊教授，看她與科研團(tuán)隊如何以解密人類演化歷史為己任，扎根高寒、缺氧的青藏高原，探索人類征服高原的過程和動力→

我與“夏河人”的曠野奇遇

從我第一次踏上青藏高原，到現(xiàn)在，掐指一算都十幾年了！

在這漫長的時間里，可以說大半都泡在了高原上呼嘯的風(fēng)聲里。我們團(tuán)隊一直在啃一塊硬骨頭：人，這個物種，是怎么一步步走到今天，還散布到世界各個犄角旮旯的？尤其是他們怎么“闖”進(jìn)青藏高原，還能在這片空氣稀薄、氣候惡劣的禁區(qū)扎根活下來？

每次站在高原的曠野上，一邊喘著粗氣，一邊凝望遠(yuǎn)處寂靜的雪山，我就忍不住琢磨：這是什么玄機(jī)？我們這些平原“弱雞”，稍微多走幾步路就氣喘吁吁，頭暈眼花。可身邊的藏族同胞，卻能輕輕松松背著幾十公斤的重物爬坡，還一邊走一邊聊！這種體能上的巨大差異，像一記悶棍，一下一下敲醒我，提醒我這里埋藏著一段古人類征服高海拔的漫長史詩。

后來，遺傳學(xué)研究揭開了這個秘密。

藏族群眾體內(nèi)的EPAS1基因發(fā)生了神奇的變異，讓他們能在缺氧環(huán)境中更好地調(diào)節(jié)身體，對抗高反。更讓人拍案叫絕的是，2014年的研究居然發(fā)現(xiàn)，早已滅絕的丹尼索瓦人身上也存在類似的基因片段！這一下子就打開了我的腦洞：會不會是丹尼索瓦人曾經(jīng)把這段“高反適應(yīng)buff”傳給了現(xiàn)代藏族人群呢？

當(dāng)然，這目前還只是一個大膽的猜想，我們還不知道這出戲碼是否真的上演過，以及它究竟在何時、何地、通過怎樣的方式發(fā)生的。要想解開這些謎團(tuán)，就得去找化石證據(jù)！

真正讓一切有了著落的，是那件來自甘肅省夏河縣白石崖溶洞的古人類下頜骨化石。這件化石有一個傳奇的經(jīng)歷，上世紀(jì)80年代，它由當(dāng)?shù)氐囊晃簧嗽诎资氯芏葱扌袝r發(fā)現(xiàn)，后來交給六世貢唐活佛，多年后活佛將化石交給當(dāng)時的中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所的董光榮研究員，董老師又將這件化石交給了我的導(dǎo)師，蘭州大學(xué)陳發(fā)虎教授。2010年我博士畢業(yè)留校工作，考慮到我具有考古學(xué)的背景，陳老師把這件化石的研究重任交給了我，從而開啟了我們團(tuán)隊追尋青藏高原早期人類活動歷史的征程。能有幸開展這件化石的研究，離不開發(fā)現(xiàn)化石的僧人、六世貢唐活佛和董老師對化石的小心保存，更離不開陳老師對我的信任，我在深感榮幸的同時，也真切體會到肩負(fù)的使命。

第一次把它捧在手心里，我的心跳啊，差點漏了一拍！那塊骨頭沉得要命，摸上去幾乎像塊石頭。它的個頭比我們現(xiàn)代人的下頜骨粗壯多了，上面鑲嵌的牙齒也更大、更結(jié)實。直覺告訴我，它一定非常古老！可是，它究竟屬于誰？生活在哪個年代？那一刻，它就像一個壓在心里的巨大問號，讓人既興奮又忐忑。

經(jīng)過與陳老師進(jìn)行了多次討論研究，我們決定從兩個方面入手：一方面，盡可能細(xì)致地研究化石本身；另一方面，我們還要重返白石崖溶洞，去看看化石出土地周圍的環(huán)境，也許能發(fā)現(xiàn)更多線索。同時，我們還組建了多學(xué)科研究團(tuán)隊，合作者包括德國馬普進(jìn)化人類學(xué)研究所、澳大利亞伍倫貢大學(xué)、中科院古脊椎動物與古人類研究所、丹麥哥本哈根大學(xué)、臺灣大學(xué)等國內(nèi)外多個知名科研院所的頂尖研究組。

在實驗室里，我們對這件下頜骨的形態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)的測量和比對。結(jié)果顯示，它屬于此前未被識別的古老型人類！我們隨后嘗試提取古DNA，可惜失敗了。當(dāng)時，古蛋白質(zhì)技術(shù)剛剛興起，我們抱著試試看的心態(tài)引進(jìn)了這個“黑科技”，結(jié)果卻出乎意料：這件下頜骨與遠(yuǎn)在西伯利亞丹尼索瓦洞中發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人關(guān)系最為接近！這個鑒定結(jié)果讓我興奮得差點跳起來！最終，我們將這塊下頜骨命名為“夏河丹尼索瓦人”，簡稱“夏河人”。

接下來的時間，我要解決的問題是：它生活在什么時候？為了保護(hù)化石本身，我們通過采集和測試包裹在它外面的一層碳酸鈣結(jié)核進(jìn)行測年。結(jié)果顯示，這件化石距今至少有16萬年！這個時間，比此前我們所知道的人類最早踏上高原的時間（約4萬年前）要早十幾萬年！這簡直是一個爆炸性的發(fā)現(xiàn)！

現(xiàn)在，下頜骨化石的研究有了階段性的進(jìn)展。接下來，就是我們對白石崖溶洞的“地毯式搜索”了。從2010年至2016年，我和學(xué)生曾多次進(jìn)入白石崖溶洞，嘗試開展科學(xué)考察。這個溶洞距離附近的村莊不遠(yuǎn)，被當(dāng)?shù)厝艘暈樯袷サ淖诮虉鏊晕覀兊摹翱茖W(xué)考察”僅限于用眼睛觀察。每次進(jìn)洞，空氣中都彌漫著泥土與香火交織的氣息，洞口時常傳來僧人低沉的誦經(jīng)聲。我總會將頭燈調(diào)到最亮，目光像掃描儀一樣掠過每一寸地面，心里默默祈禱：“能不能找到一件石器？哪怕只是一小塊也好呀！”

2016年，我的“歐氣”終于爆發(fā)了！我們在一個小小的、剛剛被踩破露出的新鮮地表斷面上，撿到了幾件打制石器和動物骨骼！這個場景，我曾在腦海中描摹過無數(shù)遍，甚至無數(shù)次闖入我的夢鄉(xiāng)。當(dāng)夢想照進(jìn)現(xiàn)實，我無比激動，迫不及待想要看清它們的樣子。

如今再回想起那段時光——我們曾懷著滾燙的期待一次次入洞勘察，又曾伴著落空的失落一次次黯然折返。正是那份日復(fù)一日的鍥而不舍，才終于有后續(xù)一系列的重要發(fā)現(xiàn)。我總會由衷感嘆：功夫不負(fù)有心人！而這份信念，也化作了我此后乃至未來前行路上的底氣，每當(dāng)工作遭遇難啃的硬骨頭，它都在提醒我：莫輕言放棄，堅持終有回響。

真正的發(fā)掘，是從2018年冬天開始。因為白石崖溶洞白天有宗教和旅游參觀活動，所以我們只能把發(fā)掘工作安排在深夜進(jìn)行。冬天的高原夜晚寒冷刺骨，我們團(tuán)隊就在洞內(nèi)搭起簡易的工作區(qū)。洞內(nèi)比外面稍微暖和一點兒，但空氣潮冷，一蹲就是幾個小時，站起身時腰和膝蓋都僵硬得不行。探方里的燈光映在壁上，把每個人的身影拉得很長。

我和幾個學(xué)生輪流進(jìn)行發(fā)掘，石器上的片疤、骨骼的紋理，甚至一塊形狀略顯異常的石頭，我們都會認(rèn)真辨別，不敢輕易放過。這種體驗很難用幾句話概括：一方面，日常的動作不過是反復(fù)地挖土、收樣、篩土，看上去只是在完成一件瑣碎的體力勞動；另一方面，心里又非常清楚，我們的每一鏟每一篩，都是在跟萬年前的古人類對話，而重大發(fā)現(xiàn)也許就在某一瞬間。正是這種同時存在的單調(diào)與期待，沉靜與興奮，讓人在寒冷和疲憊中始終不想停止手中的動作。客觀上，野外工作是辛苦的，也是枯燥的，但是對于充滿好奇與科研熱情的我們，心里卻是甘甜的。

很快，漂亮的石器和大量的動物骨骼被不斷發(fā)現(xiàn)！

白石崖溶洞絕對是一座藏滿了古人類生活秘密的寶庫！

這個看法在我心里越來越清晰，我也就越來越感到重任在肩。對于這樣一個可能革新人類演化歷史認(rèn)識、將會轟動世界的考古遺址，我們的研究工作必須盡善盡美，我們講出的故事必須無懈可擊！

我們采用了最為精細(xì)的發(fā)掘方法，用全站儀測定每一件大于2cm的石器或骨骼化石的三維坐標(biāo)，并記錄它們的傾向傾角，對重要標(biāo)本進(jìn)行拍照畫圖。所有發(fā)掘清理出來的土，用孔徑約2mm篩子過篩，以收集所有大于2mm的骨渣、石器碎屑和小哺乳動物的牙齒或骨骼。

同時，我們還引進(jìn)了國際最前沿分析技術(shù)，包括2017年剛剛報道的考古遺址沉積物古DNA分析技術(shù)、適應(yīng)洞穴遺址復(fù)雜堆積測年的單顆粒光釋光測年技術(shù)、率先應(yīng)用到夏河人下頜骨上的古蛋白分析技術(shù)等。相應(yīng)地，我們在野外發(fā)掘中專門采集了各類分析樣品，對骨骼化石、石器標(biāo)本和沉積物古DNA樣品的收集，盡量避免任何一點可能的污染。

那些發(fā)掘的夜晚，我們每個人過得并不輕松。一晚工作結(jié)束，從洞穴出來的時候，大伙兒都是滿身泥土，鼻腔里全是灰、黑黢黢的。但是每次在凌晨四五點走出洞口，低頭看著收獲滿滿的樣品，再抬頭看看漫天的星星，我心里都會有一種莫名的安靜和興奮。

經(jīng)過后面幾年的發(fā)掘，材料一點點積累，遺址的整體情況也逐漸清晰。結(jié)合碳十四和光釋光兩種測年方法，我們?yōu)檫z址已發(fā)掘地層建立起了一個比較可靠的年代框架，結(jié)果顯示遺址年齡至少從19萬年前一直延續(xù)到約3萬年前。

最讓人難忘的事情之一，就是我們從洞穴沉積物中提取到了丹尼索瓦人的DNA！而且在不同年代的地層中都能檢測到！這說明，從至少16萬年前到大約4萬年前，丹尼索瓦人在這個洞穴多次、長期活動！結(jié)合形態(tài)學(xué)和古蛋白分析，我們一點點重構(gòu)出他們的生存策略：他們會獵取犀牛、野牛、巖羊等動物，進(jìn)行剝皮、割肉和敲骨吸髓等行為，并且會利用動物骨骼制作權(quán)宜性的工具。這是丹尼索瓦人適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的有力證據(jù)！

此外，我們還獲得了意外之喜！通過古蛋白質(zhì)分析，我們在地層中發(fā)現(xiàn)了一小塊丹尼索瓦人的肋骨化石，它的年代為距今約4.2萬年！這是現(xiàn)在已知最晚的丹尼索瓦人化石！

而大約4萬年前，在東亞地區(qū)，甚至在青藏高原上，現(xiàn)代人已經(jīng)出現(xiàn)。這一新發(fā)現(xiàn)表明，丹尼索瓦人和現(xiàn)代人在東亞甚至青藏高原曾經(jīng)是有生活時間重疊的，這為他們之間產(chǎn)生基因和文化的交流提供了可能，也為之前發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人對現(xiàn)代人有基因貢獻(xiàn)提供了一個合理的解釋！

總的來說，我們這些年的工作主要圍繞丹尼索瓦人、青藏高原早期人類活動歷史及其高海拔環(huán)境適應(yīng)等問題展開，將古人類擴(kuò)散至青藏高原的時間推前至約19萬年前，并為厘清東亞古老型人類的演化格局和人類的高海拔環(huán)境適應(yīng)過程提供了關(guān)鍵證據(jù)。

基于這些發(fā)現(xiàn)，我們團(tuán)隊陸續(xù)發(fā)表了一系列獲得國內(nèi)外同行廣泛認(rèn)可的研究成果，包括在Nature（2篇）、Science（2篇）、Nature Sustainability、Quaternary Science Reviews、《科學(xué)通報》（中英文）、《中國科學(xué)：地球科學(xué)》（中英文）、《人類學(xué)學(xué)報》等期刊上發(fā)表的30余篇論文。部分成果先后入選Science等國際權(quán)威媒體和機(jī)構(gòu)評選的“2019年世界十大科學(xué)突破”“2019年世界十大考古發(fā)現(xiàn)”“2019年世界十大科技新聞”和“2020年人類起源研究十大新認(rèn)知”等，并被評為“2019年中國科學(xué)十大進(jìn)展”等多項國內(nèi)年度重大科技成果。

回望這十余載光陰，我們的時間大致是這樣劃分的：一部分，耗在高原野外的探方里，日復(fù)一日俯身發(fā)掘；另一部分，便輾轉(zhuǎn)在各項實驗測試分析及其之后奔赴高原野外的漫漫路途上。許多結(jié)論，都不是一蹴而就的成果，而是歷經(jīng)數(shù)年反復(fù)推敲、反復(fù)推翻、反復(fù)驗證，才最終塵埃落定的。

科學(xué)研究從來容不得半點浮躁，既要耐得住坐冷板凳的寂寞，沉下心專注鉆研；也要扛得住一次次推翻重來的磨礪，守得住那份深耕不輟的執(zhí)著。這是我的導(dǎo)師陳發(fā)虎教授一直教導(dǎo)我們的，更是他一直身體力行的，而這份堅持和執(zhí)著也在我們開展夏河人下頜骨和白石崖溶洞研究的過程中，進(jìn)一步傳承給了新的年輕的學(xué)生們。

實際上，從上世紀(jì)90年代開始，陳老師就在蘭州大學(xué)開拓了環(huán)境考古研究領(lǐng)域，篳路藍(lán)縷、以啟山林；今日，這個團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)展成為即將成立的蘭州大學(xué)“環(huán)境考古與文物科學(xué)中心”的核心力量，我領(lǐng)導(dǎo)的舊石器考古正是中心的主要方向之一。我進(jìn)入團(tuán)隊的二十余年，見證了蘭州大學(xué)環(huán)境考古團(tuán)隊發(fā)展壯大的過程，能作為其中一員并有所貢獻(xiàn)，我深感榮幸和自豪！

說回到青藏高原的早期人類活動歷史，通過這些年的求索，我們或許解答了一部分問題：是誰、在什么時候登上了青藏高原，他們在這里停留了多久。但同時，新的問題也隨之浮現(xiàn)：他們每天具體怎么生活？季節(jié)變換時會如何調(diào)整？他們?yōu)槭裁磿罱K消失？他們和稍后來到高原的現(xiàn)代人之間究竟發(fā)生過什么樣的故事？在整個青藏高原上，還有多少像白石崖溶洞這樣的遺址仍然等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)？

雖然這些問題注定不是一代人能夠完全解答的，但對我和我的團(tuán)隊來說，只能在自己有限的時間內(nèi)把能做的工作盡量做好，然后交給后來人。

在這里積累的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識，不僅屬于所有生活在這片土地上，守護(hù)和關(guān)心它的人，更代表著人類從遠(yuǎn)古走來，與自然和諧共生的壯麗篇章。

而我們，只是歷史長河中的一滴水，盡力折射出一些光芒罷了。

身邊人說

“張東菊扎根西部，是在勇敢探索和解密青藏高原史前神秘人群生活生存過程中成長起來的青年科學(xué)家典范。”

——導(dǎo)師陳發(fā)虎院士

“與張老師相識近六年，其間，跟隨張老師一起參加各類學(xué)術(shù)會議和大大小小的野外無數(shù)，也時常跟張老師討論實驗數(shù)據(jù)和論文至深夜。長期相處下來，最讓人敬佩和感動的，無疑是她對科研，對考古工作近乎癡迷的熱愛和追求極致的學(xué)術(shù)態(tài)度，以及對學(xué)生極大的耐心和超強(qiáng)的指導(dǎo)能力。除此之外，張老師對學(xué)生的生活和心理狀態(tài)更加關(guān)心，讓在異鄉(xiāng)求學(xué)的我們也能感受到來自家庭的溫暖和大家長的關(guān)懷。2022年的冬天，我們出完野外回到蘭州，疫情肆虐，被封控在宿舍一個多月。期間，因為種種事情，難免心態(tài)會有起伏。張老師主動發(fā)消息過來，大概意思是說，別的她現(xiàn)在也管不了，她能操心的就只有我們和她自己。短短兩句話，沒有雞湯。卻像漫長極夜里的一束光，讓人又感動又振奮。后來，在不同的場合，不同的時間，我也聽到過她對其他同學(xué)說類似的話。這句話，張老師說到了，也做到了。她會在面對困難和危險時，把學(xué)生擋在身后，自己挺身而出；也會在結(jié)束一天忙碌的發(fā)掘工作后，給大家做自己的拿手菜……”

——博士生李源新

“青藏高原調(diào)查那兩年里，我總是跟在張老師身后，看著她頂風(fēng)冒雨仍走在隊伍最前面。一次下山時我踩進(jìn)亂石崴了腳，落在后面，她很快察覺，停下等我，隨后一路放慢腳步，陪我一步一停走到山腳。那一刻我真切感到，她不僅把路探在前面，也把學(xué)生放在心上。”

——碩士生王林雪儀

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