常見的碎骨化石中可能藏有寶貴的人類遺存，竅門在于如何把它們挑出來。

科學家發明了一項新技術，能夠鑒定出微小的人科骨頭化石碎片，幫助我們了解史前不同人種的戰爭、交融和消亡。

撰文 |  托馬斯 · 海厄姆（Thomas Higham）、卡特琳娜 · 杜卡（Katerina Douka）

翻譯 | 楊益民、胡松梅

抵達西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴后，我們感覺如釋重負。經過 11 個小時的顛簸車程，從新西伯利亞市往東南方向開，穿過草原，再越過阿爾泰山脈的山麓丘陵，當野外營地突然出現在泥巴路的一個拐彎后面時，所有關于長途旅行的不快全都消失了。目之所及，只見陡峭的山谷、湍急的河流和當地阿爾泰人的傳統木屋在眼前展開，還有金雕在天上翱翔。幾百米外，一個石灰巖洞穴坐落在阿努伊河上方，在那里，科學家正進行著最令人激動的研究，有望揭開人類起源的謎題。

要了解在舊石器時代，人類祖先有著什么樣的行為以及如何互動，丹尼索瓦洞穴無疑是最熱門的研究地點。我們所屬的智人，幾十萬年前起源于非洲，當他們后來開始擴散到歐洲和亞洲時，遭遇了其他人種，比如尼安德特人，并與之一起在地球上生存了幾千年，直到這些人種最終滅絕。

科學家之所以知道這些不同的人種有過交集，是因為今天的人類攜帶著來自我們已經滅絕的親戚的 DNA ——這正是早期智人與其他人種雜交的結果。我們不知道的，也是我們迫切想了解的是，這些不同的人種在什么時候、什么地方相遇，混種的程度有多高，以及他們在文化上對彼此的影響。事實上，一些重要的考古遺址正是屬于這一過渡時期，并且包含有石器工具和其他人工制品。但是，包括丹尼索瓦洞穴在內的許多遺址都缺少足夠完整的人類化石，讓科學家能夠根據骨骼的形態特征判斷它所屬的人種，正是這種缺失讓我們無法確認各個人種制作了哪些工具，以及在何時制作的。

在采集樣本進行 ZooMS 分析和放射性碳 -14 測年之前，考古學家先檢查丹尼索瓦洞穴中的考古沉積物。

辨別人科化石的利器

從上世紀 80 年代開始，俄羅斯的考古學家就一直在發掘丹尼索瓦洞穴遺址。但 2010 年的一項發現，才真正讓丹尼索瓦洞穴名聲大噪。那一年，德國馬普進化人類學研究所的科學家，公布了他們對 2008 年在丹尼索瓦洞穴出土的一塊人骨的 DNA 分析結果。他們從這塊人骨化石（一塊指骨）提取的 DNA，揭示了一個前所未知的人種（或者說人科成員）。這個人種和我們一樣，與尼安德特人的關系非常密切。這塊骨頭來自一位年輕的女性，最初被稱作 "X 女人 "，她屬于科學家現在稱為丹尼索瓦人的人種。從那以后，考古學家繼續發掘出一些人類的骨頭和牙齒化石，它們來自于丹尼索瓦人和尼安德特人。

來自丹尼索瓦洞穴的發現表明，現代基因鑒定技術能夠從骨頭化石中收集到非常有用的信息：不僅能發現未知人種的存在，還能告訴我們，這些人種如何與人類祖先互動。舉例來說，通過 DNA 分析，我們知道在過去 10 萬年里，尼安德特人和現代人的祖先至少雜交了三次，而且尼安德特人和丹尼索瓦人，以及現代人的祖先和丹尼索瓦人之間也發生了雜交。這樣一來，關于現代人的起源，我們長期公認的理論——智人走出非洲并輕松取代了其他的古老人種，很快就讓位于一個更加復雜、還不太完善的理論，即不同人種群體之間進行雜交和基因流動。然而，丹尼索瓦洞穴出土的大多數骨頭化石都非常破碎，我們無法分辨出它們屬于哪些人種。除此之外，丹尼索瓦洞穴的年份是出了名的難以鑒定。

2014 年，本文作者都來到當地，參加了丹尼索瓦洞穴遺址研究團隊的一次會議。我們當時提出了一個想法，可能有助于了解現代人祖先、尼安德特人和丹尼索瓦人之間互動的細微場景。丹尼索瓦洞穴遺址最明顯的一點就是，所有已知的人屬骨頭化石都非常破碎，只有 3～5 厘米長，主要原因是鬣狗等食肉動物的活動：鬣狗在洞穴中撫養幼崽并嚼碎骨頭喂食。2008 年以來，丹尼索瓦洞穴遺址發掘出了超過 135 000 塊骨頭，但 95% 的骨頭都因為過于破碎，而無法根據形態學特征來判斷其所屬物種。相比之下，這些碎骨中生物分子——包括構成 DNA 的分子——卻保存得異常完好。我們在想，有沒有一種方法能從這些骨頭碎片中篩選出更多的人屬骨頭？如果有的話，也許我們就能獲取更多的 DNA 數據和測年數據，甚至還能發現隱藏在這個洞穴遺址里的新人種。就在那時，我們意識到 ZooMS 技術是開展這項篩選工作的不二人選。

這塊來自西伯利亞丹尼索瓦洞穴遺址的碎骨，是通過 ZooMS 技術鑒定為人類或類人猿種屬的最新標本。

ZooMS 技術，也叫膠原蛋白肽質量指紋圖譜，可以通過分析膠原蛋白（一種對骨骼、毛發和指甲形成至關重要的蛋白質），來確定碎骨的種屬。膠原蛋白是由幾百個被稱為多肽的化合物組成，在不同種類的動物身上，這些多肽的種類也有少許差異。將未知種屬的骨頭的肽段特征與已知種屬動物的肽段特征庫進行比較，就有可能對未知骨頭進行正確鑒定，弄清楚它們在分類學意義上的科、屬，有時甚至可以鑒定出它們屬于哪個種。

據我們所知，當時還沒有人用 ZooMS 技術來篩選人類骨頭。但我們相信這值得嘗試。根據我們的判斷，即使是小碎骨也可能有用，因為在丹尼索瓦洞穴遺址，里面的年平均氣溫很低，在零攝氏度以下，所以骨頭中的膠原蛋白和 DNA 都保存良好。我們也清楚，僅利用 ZooMS 技術是無法鑒定樣本屬于哪一個物種。比如，人類和類人猿骨頭膠原蛋白的多肽特征就因為太相似而無法區分。但在舊石器時代，沒有類人猿曾在這一地區活動。因此，如果我們能鑒別出一塊骨頭屬于包含類人猿和人類的人科，我們就可以相當肯定地說，它屬于某種人類，然后開展后續的 DNA 分析，從而確定它屬于哪個人種。

使用 ZooMS 技術，需要從每個小樣品上鋸下 20 毫克樣品

馬普進化人類學研究所的古 DNA 專家斯萬特 · 帕博（Svante Pääbo）也參加了 2014 年在丹尼索瓦洞穴的會議。我們一拍即合，他立即給予了支持。隨后，我們與俄羅斯科學院、主管丹尼索瓦洞穴遺址研究的阿納托利 · 德列維揚科（Anatoly Derevyanko），以及此次發掘工作的負責人邁克爾 · 順科夫（Michael Shunkov）討論了我們的計劃。他們兩人都很感興趣。同年晚些時候，我們便開始了取樣，從該遺址最近發掘出來的、從哪個角度看都 " 無用 " 的骨頭中，采集了大約 3000 塊小碎骨。

從理論上說，這項工作似乎很快就能做完。但實際上，我們面臨的是一項大型工程：我們必須費力地從每塊碎骨上摳出一小塊樣本進行分析，小心翼翼地避免使用任何有可能帶來污染的材料來接觸有潛在價值的樣本。

當我們準備好了 700～800 個骨頭樣本時，布朗就把它們送往巴克利的實驗室進行分析。結果很有趣：樣品中有猛犸象、鬣狗、馬、馴鹿和披毛犀——典型的冰河時代動物，但遺憾的是，沒有一個樣品的多肽特征與人科相符。盡管結果令人失望，但我們還是決定再試一批樣品，看能否從這一大堆碎骨中找到哪怕一塊人骨。

2015 年夏天的一個晚上，我們收到了巴克利的一封電子郵件。他注意到，我們的一個樣本——DC1227 有著人科特有的多肽特征。我們終于找到了一塊人類碎骨，真像是大海里撈著了針，我們為此欣喜若狂：瘋狂的想法奏效了。

第二天一早，我們就去了牛津大學的實驗室，在存檔的標本中找到了樣本 DC1227 對應的骨頭。當看到那塊碎骨時，我們有點失望，因為即使按照丹尼索瓦洞穴的標準，它也太小了，只有 25 毫米長，都可能不夠后續研究。

但考慮到丹尼索瓦洞穴遺址出土的骨頭中的生物分子保存得十分完好，我們認為這足以讓我們使用其他技術從這塊碎骨上獲取更多信息。我們拍攝了骨頭的高分辨率照片，對它進行了 CT 掃描，還鉆取了一些粉末樣品用于年代測定和同位素分析，然后布朗把這塊骨頭的剩余部分拿到帕博的實驗室進行 DNA 分析。

幾周后，測年結果出來了。樣品中沒有任何可追蹤的碳 -14，這意味著我們這塊小骨頭的年代已經超過 5 萬年了。不久，帕博告訴我們，這塊碎骨的線粒體 DNA（位于細胞中制造能量的細胞器中，并由母親傳給孩子）表明，這塊骨頭的主人有一位尼安德特人媽媽。接著，帕博的團隊計劃從骨頭中提取細胞核基因組，以獲取更多信息。現在，這塊人骨在該遺址中被命名為 " 丹尼索瓦 11 號 " 化石，我們也叫它 " 丹尼 "。

混血兒的發現

最令人興奮的發現來了。2017 年 5 月，我們在馬普進化人類學研究所會見了帕博實驗室的資深成員，其中包括馬蒂亞斯 · 邁耶（Matthias Meyer）和珍妮特 · 凱爾索（Janet Kelso）。我們想知道丹尼索瓦 11 號骨頭化石的進展，以及他們是否成功地提取了它的細胞核基因組，后者將提供更詳細的信息，告訴我們丹尼索瓦 11 號到底是誰。

用于碳 -14 測年分析的樣品

在科學界，" 大新聞 " 可遇而不可求。但這次，邁耶和凱爾索就弄出了這樣一個大新聞。他們說，丹尼索瓦 11 號的細胞核基因組很奇怪，有兩個來源：一半屬于尼安德特人，另一半屬于丹尼索瓦人。他們就此認為丹尼索瓦 11 號是兩種古人類的混血后裔。為了排除所有可能的錯誤，他們再次分析了樣本來確認這個驚人的發現。幾個月后，他們獲得了最終數據，并證實了最初的發現。起初，線粒體 DNA 只提供了母系遺傳信息。但細胞核 DNA 表明，我們發現的并不是一個尼安德特人，而是一位擁有尼安德特人母親和丹尼索瓦人父親的個體——用遺傳學家的話說，丹尼索瓦 11 號是第一代混血兒。

DNA 分析告訴我們，丹尼索瓦 11 號人是一名女性，生活在距今 9 萬～10 萬年前。我們在多倫多大學的同事本斯 · 維奧拉（Bence Viola）利用 CT 掃描分析了樣本的骨密度，初步估計她的死亡年齡為至少 13 歲。她的丹尼索瓦人父親，有一個幾百代之前的尼安德特人遠親。當然，我們永遠無法知道史前時期這些結合是怎么發生的，只知道它們確實發生了。我們也無從知道丹尼索瓦 11 號是如何死亡的，只知道她的遺骸可能是被一種食肉動物（可能是鬣狗）帶入到洞穴，進入了沉積層。我們永遠無從知道她是死后被親人舉辦儀式埋葬，后來又被鬣狗搶食，還是被食肉動物奪去了生命。上萬年來，她的一小片遺骸就靜靜地埋在洞穴里。如果不是最新的技術讓我們得以講述她的故事，她可能還要繼續默默無聞下去。我們期待著 ZooMS 技術將幫助我們解開更多像這樣的骨頭中的秘密。

托馬斯 · 海厄姆是牛津大學牛津碳 -14 加速器質譜部的負責人，他主要研究歐亞大陸舊石器中晚期考古遺址的骨骼年代測定。

卡特琳娜 · 杜卡是德國馬普人類歷史科學研究所的科技考古學家，她正帶領一個團隊，從亞洲遺址出土的種屬不明的碎骨中尋找尼安德特人和丹尼索瓦人的骨頭。