記者 馬純瀟
“是誰帶來遠古的呼喚……”，每當聽到她們唱起這首《青藏高原》，那蕩氣迴腸的追問便會直抵靈魂深處。然而多少年來，沒有人知道這個問題的答案。直到一位名叫張東菊的女考古學家用她震驚世界的發現告訴我們，青藏高原上最古老的呼喚，來自距今至少16萬年前的“夏河丹尼索瓦人”（以下簡稱“夏河人”）。
這一發現，為張東菊贏得多項世界級榮譽，近日，她又因此榮獲“第十七屆中國青年女科學家獎”。
那麼，“夏河人”究竟是什麼人？“夏河人”是如何被發現的？他們與現代人類是什麼樣的關係？又有哪些已解和未解之謎？這一切，需要從“X女孩”講起。
圖片說明：科學家復原的X女孩頭像
X女孩
2008年，俄羅斯考古工作者在西伯利亞南部阿爾泰山脈的丹尼索瓦洞發現一小段人類指骨化石，一同發現的還有一些石器。
科學家透過對指骨化石提取的DNA進行分析得出結論，指骨的主人是一名5到7歲的小女孩，被暱稱為“X女孩”。“ X女孩”並不屬於我們此前已知的任何一個人類種群，既不同於現代智人，也不同於此前已知的尼安德特人，而是屬於生活在幾萬年前的一支此前未知的古老型智人，被命名為“丹尼索瓦人”，其年代大約在距今7。6-5。1萬年。
丹尼索瓦人的發現，在學術界引起了巨大震動，該研究被《科學》雜誌（Science）評為2012年度十大科學突破之一。
丹尼索瓦人的發現為什麼如此轟動？因為它對於研究人類演化和現代人起源具有重要意義。
近年來，隨著分子生物學的發展，關於現代人起源的研究已經顛覆了許多我們原來的認知。比如，我們小時候課本上說，在中國發現的直立人，如藍田人、北京人，是我們的祖先。現在我們知道，他們很有可能不是我們的祖先或者直系祖先。國際學術界主流觀點認為我們的祖先是從非洲走出來的早期現代人，他們在走出非洲的過程中取代了當地的土著人群，如藍田人和北京人的後裔。那麼，我們的祖先在走出非洲以後，與遇到的非洲以外即歐亞大陸的古老型人類是什麼關係呢？他們之間曾經有過基因交流嗎？
丹尼索瓦人被發現之後，科學家把他們的基因與現生人群的基因進行對比。結果發現，丹尼索瓦人對大洋洲的某些人群有約5%的基因貢獻，對東亞、南亞及美洲的部分人群有約0。2%的基因貢獻，而對現代非洲、歐洲和中亞人群沒有任何基因貢獻。這些發現和研究，對於我們回答“我是誰，我來自哪裡”這一古老命題，無疑有著重要意義。
一項重大發現通常會伴隨著眾多的不解之謎。比如，科學家檢測到了丹尼索瓦人的DNA中含有一種特有的EPAS1變異型基因。在此前的研究中，科學家發現這種變異型基因是人類適應高海拔環境的關鍵基因之一。我國長期生活在青藏高原的居民一般都有這種基因，這使得他們不像外地人到達海拔較高的地區會產生高原反應。可是，丹尼索瓦洞所在的地區海拔只有700米，丹尼索瓦人身上怎麼會有這種高海拔適應基因呢？他們是從哪裡來呢？由於丹尼索瓦洞最先發現的只有一小段手指骨化石，雖然隨後又報道了幾件牙齒或牙齒斷塊，但學者們仍然無法據此復原丹尼索瓦人的形象。那麼，他們究竟又長什麼樣呢？
從此之後，關於丹尼索瓦人的發現與研究成為世界範圍內的學術熱點，而張東菊幸運地闖進了這個新的世界學術競賽場。
圖片說明：發現於白石崖溶洞的丹尼索瓦人下頜骨化石
一塊古老的化石
丹尼索瓦人的發現改寫了人們對人類演化歷史的認識。既然基因檢測發現，丹尼索瓦人對東亞、東南亞、大洋洲等地的現代人類有一定的基因貢獻，這說明丹尼索瓦人在滅絕之前與現代人類是有基因交流的，並且基因交流事件最可能發生在這些區域。因此，科學家們推斷，過去的幾十萬年間，這個古老人群曾遍佈歐亞大陸東部，在這期間與早期現代人有過頻繁的接觸。儘管如此，在此區域除丹尼索瓦洞外，考古學家卻一直未找到丹尼索瓦人的化石證據，而張東菊及其團隊幸運地成為破局者。
這要從一塊古老而又富於傳奇色彩的化石說起。
上世紀80年代，在甘肅省甘南州夏河縣的白石崖溶洞，一位僧人偶然撿到了一塊奇特的化石，化石形狀顯示可能是人類下頜骨，上面還有兩顆牙齒，但這塊下頜骨又比我們現代人的下頜骨大的多。僧人感覺這肯定是好東西，便將它交給了自己非常尊敬的六世貢唐活佛。
貢唐活佛看見了這塊奇特的化石，也覺得這個東西不簡單。他從上世紀80年代起，便與中科院寒旱所研究員、蘭州大學資源環境學院兼職教授董光榮有交往。知道董光榮在從事內蒙古的薩拉烏蘇遺址和“鄂爾多斯人”研究，並經常和化石打交道，活佛便將僧人送來的重似石頭的骨頭交給了他，希望對他的研究有所幫助。
董光榮把化石的事情告訴了蘭州大學的環境考古團隊的帶頭人陳發虎院士，希望能一起研究。但是由於二人的研究重點都在環境考古，所以對這塊化石的研究並沒有顧上。直到2010年張東菊博士畢業留校工作，作為陳發虎院士團隊的主要成員之一，她開始對化石進行真正的深入研究。
張東菊，現任蘭州大學資源環境學院教授。她本科畢業於山東大學考古學專業，保送到蘭州大學跟隨陳發虎院士攻讀環境考古方向的研究生，碩士和博士期間主要從事的舊石器時代環境考古研究。化石能交到張東菊的手中，對於她來說當然有幸運的成分，但這其實更多的得益於她的學術背景，由她來研究這件化石是再合適不過的了。
這是一枚長約12釐米、整體呈土黃色的人類右側下頜骨化石，這塊化石僅儲存了古人類下頜骨的右側，下頜骨附著第一臼齒和第二臼齒，其他的牙齒僅保留牙根部分，頜骨形態粗壯原始，臼齒較大。在沒有測量的情況下，研究人員可以很清楚地看到它是沒有下巴的，首先說明它不是現代人化石。
對於化石的研究，張東菊首先想到的是對化石進行古DNA分析。遺憾的是，研究人員發現，該化石並未儲存古DNA資訊。張東菊說，在生物死亡過程中，細胞會逐漸發生自溶，隨著大量蛋白酶、DNA酶等的釋放，DNA很快會被降解。
既然找不到DNA，研究團隊便將目光轉向了古蛋白分析。蛋白質比DNA“倖存”的時間要長，它們的化學和分子組成更穩定，分解速度沒有那麼快。而構成蛋白質的氨基酸化學結構最終由生物體DNA中特異的編碼序列所決定，因此，透過比較不同物種中相同蛋白的氨基酸組成，可以認識物種之間親緣關係的遠近。
古蛋白質分析結果最終令張東菊和整個研究團隊人員欣喜若狂。研究發現，該化石古蛋白中反映的遺傳資訊與丹尼索瓦洞的丹尼索瓦人親緣關係最近，由此可以確定，該化石為青藏高原的丹尼索瓦人，研究人員命名為“夏河丹尼索瓦人”。研究人員還透過測量化石碳酸鹽包裹體沉積的年代，確認該化石形成於距今至少16萬年前。
2019年，張東菊團隊的研究成果在國際頂級學術刊物的Nature（自然）雜誌上發表：這是至少16萬年前生活在青藏高原的丹尼索瓦人的化石！之後，基於這件化石和此前已知丹尼索瓦人的DNA資訊，研究人員畫出了第一幅丹尼索瓦人的頭像。
這距離丹尼索瓦人的發現已經過去了七年多時間，當全世界的科學家在世界各地苦苦尋找下一個丹尼索瓦人的線索時，張東菊及其團隊的成果立刻在國際國內古人類學界和考古學界引起巨大轟動，得到了國內外同行專家的廣泛肯定和支援，併入選教育部“2019年中國高等學校十大科技進展”、科技部“2019年中國科學十大進展”、Science雜誌評選的“2019年度十大科學突破”、Archaeology雜誌評選的“2019年度世界十大考古發現”、Science News雜誌評選的“2019年度世界十大科技新聞”等。
圖片說明：張東菊在考古發掘中。
深夜的發掘
榮譽紛至沓來，質疑也隨之而至。由於化石發現時間較早，具體出土層位資訊缺失，仍有部分學者對於環境考古團隊歷經近十年的調查以及研究結果懷有質疑：白石崖溶洞是否為化石的出土地點？古蛋白質分析顯示下頜骨屬於丹尼索瓦人這一結果是否可靠？
其實，田野考古出身的張東菊更知道這塊化石固有的“缺陷”：這並非考古發掘所得，沒有明確的出土地點更沒有明確的地層關係。要彌補這一缺陷，只有透過田野調查和發掘。因此，伴隨著對化石的研究，張東菊及其團隊從2010年就開始了田野調查。他們團隊用了六七年時間，以白石崖溶洞所在的甘加盆地為中心，逐一考察了方圓6000平方公里範圍內的大小二十幾個山洞，試圖找到更多舊石器時代考古遺址，以及夏河人在白石崖溶洞生活的證據。
而連續六七年，團隊成員每年都只能以遊客的身份去白石崖溶洞考察，“只能看，不能挖，不能採集。”為什麼呢？咱們前面曾經說過，那塊夏河人化石最初是由一名僧人撿到。而之所以被僧人撿到，是因為白石崖溶洞原本是個佛教場所，現在由當地的白石崖寺管理，平時也有許多僧人和信徒在此修行、朝拜。此外，這個溶洞也是夏河縣有名的旅遊景點，尤其夏季，遊客眾多。因此為了不影響當地僧眾和群眾的佛事活動，以及遊客的參觀，張東菊及其團隊的考察活動只能“偷偷摸摸”地進行，很難有大的收穫。
轉機發生在2016年。張東菊等再次“遊覽”白石崖溶洞時，偶然間在洞口通道處發現了一處並未覆蓋堅硬鈣板的鬆散土狀堆積，在群眾踏開的堆積物中，張東菊發現了幾塊石頭，仔細辨認，驚喜地發現竟然是打製石器！
他們據此確認，白石崖溶洞遺址儲存有史前考古遺存！
研究團隊向國家文物局提交了考古發掘申請，歷經兩年之後終於獲批。2018年12月上旬，蘭州大學環境考古團隊首次正式進洞進行考古發掘。
他們的發掘時間很特別——冬天的晚上。之所以選擇這樣一個特殊的時段，是因為擬定發掘區域位於洞穴較為狹窄的入口通道區域，而一年之中，只有這個時段溶洞裡佛事活動少，遊客也少，發掘活動才能夠正常進行，而也不會影響到僧眾和遊客的活動。
近二十天時間裡，張東菊帶領著研究生們一起發掘洞穴，每晚七八點進洞、清晨收工。雖然辛苦，但是收穫頗豐。“我們挖到了1。6米深，出土了大量的石製品和動物骨骼。”張東菊介紹。
之後，蘭州大學和甘肅省文物考古研究所又於2019年再次對白石崖洞遺址進行正式考古發掘，兩次共發掘T1~T5五個探方， 總髮掘面積為11 平方米。其中， T1~T4探方中出土了大量的石製品和動物骨骼，已發掘地層可分為11層（未見底），每一層位均有石製品和動物骨骼出土，底部第10層和第11層尤為豐富，反映了該洞穴曾被史前人類長期佔據。
圖片說明：張東菊團隊在2019年白石崖溶洞發掘時合影。
兩大重要成果
上面的說法專業而且籠統，你可能還難以明白張東菊和她的團隊到底收穫了什麼。概括來說，她們的主要成就一是在白石崖溶洞獲得了丹尼索瓦人的古DNA，同時獲得了豐富的史前人類活動遺存（石器和動物骨骼等），二是利用白石崖溶洞的出土樣本獲得了可靠的測年資料。
對張東菊來說，透過發掘獲得丹尼索瓦人的化石和DNA應該她最想得到的結果，獲取DNA最直接的方式是找到化石。然而，化石的形成和發現都是可遇不可求的。好在近些年科技的發展，讓他們有了另外獲取DNA的方法，那就是沉積物古DNA分析。
“動物或人死亡之後，線粒體中的遺傳物質——線粒體DNA也會降解，斷成一段一段，它能否經過數萬年的歷史演變儲存下來，則與儲存環境密切相關，一般來說越幹越冷的地方越有可能儲存。”張東菊介紹，沉積物古DNA分析是一種新興的DNA分析技術，可以獲得曾在遺址活動的古人群資訊，彌補人類化石可遇不可求的缺憾。
古DNA的提取是跨領域多學科協作的結果，與張東菊合作的是中科院古脊椎動物與古人類研究所的付巧妹團隊。既巧合又令人豔羨的是，不久前付巧妹和張東菊雙雙獲得“第十七屆中國青年女科學家獎”。
遺址發掘前，張東菊與付巧妹一起制定取樣計劃，考古人員身穿防護服把沉積物古DNA樣本提取到無菌袋裡，最大限度地減少接觸和汙染。就像用吸鐵石把一堆混雜的金屬中的鐵塊吸出來一樣，付巧妹團隊透過實驗捕獲釣取了樣本中242個哺乳動物和人類的線粒體DNA。分析顯示，沉積物中的動物古DNA包括犀牛、鬣狗等滅絕動物，與遺址發現的動物骨骼遺存一致，驗證了沉積物DNA分析的可靠性，同時成功獲得了丹尼索瓦人的DNA！
出土樣本的測年是張東菊團隊遇到的又一大難題，同時也是又一項突破。現在考古學研究中，碳十四測年是最常用的測年方法。張東菊研究團隊選擇了14件動物骨骼，在蘭州大學、北京大學和牛津大學進行了前處理和碳十四測試，但是遇到了問題，因為碳十四測年是有上限的（43500年），如果碳十四都放射的少到儀器無法檢測到了，年代肯定也沒法測了。結果發現，他們送檢的第4-6層的骨骼已經超出碳十四測年上限。
好在近年興起的單顆粒光釋光測年技術為他們提供了另一條測年途徑。“當石英或長石顆粒被埋藏在環境中，它就像一個計時器一樣開始積累輻射能量。有一天人類把它挖出來，用光去激發它，所釋放出的訊號就會告訴我們它已在那裡沉寂了多久。”張東菊這樣解釋這種新的測年法。
張東菊團隊將採集的12個光釋光樣品和澳大利亞李波團隊共同開展單顆粒光釋光測年分析，最終取得了突破性的進展。結合碳十四和光釋光測年結果，團隊建立貝葉斯年齡模型，為遺址建立了距今約19-3萬年的可靠年齡框架，將青藏高原史前人類最早活動歷史又提早了3萬年，也為化石出土於白石崖溶洞、夏河人下頜骨屬於丹尼索瓦人等結論提供了更確鑿的證據。
2020年10月30日，張東菊團隊白石崖溶洞的研究成果在Science（科學）雜誌線上發表，再次轟動世界，也回擊了此前對他們的所有質疑。
圖片說明：在白石崖溶洞出土的打製石器。
已知的和未知的
透過發掘和研究，關於夏河人的一些疑問被解開，而有更多的疑問仍然待解。
比如，夏河人使用什麼工具？他們吃什麼？張東菊團隊在發掘中發現了大量的打製石器，而石器又以刮削器為主，也就是相當於我們今天的刀。這又與夏河人的食物有關。發掘中出土了大量的動物骨骼，這反映夏河人吃了大量的肉類食物。但是，不同的地層也就是隨著時間變化，出土的動物骨骼又有很大的變化。下部地層也就是早期出土的多是犀牛、野牛、鬣狗等大型動物骨骼，而上部地層出土的多是羚羊、狐狸等小型動物骨骼。這反映出夏河人在十幾萬年的時間內捕獵物件發生了很大變化，這種變化到底是人類捕獵行為發生了變化，還是生活環境發生了變化，仍是待解之謎。
咱們前文曾經說過EPAS1基因。這是一種人類適應高原高寒缺氧環境的基因，我國青藏高原的居民普遍具有這種基因，而這種基因竟然也存在於丹尼索瓦人的身體裡，可是丹尼索瓦洞所在的海拔只有700米，這種基因是怎麼來的呢？如今在青藏高原發現夏河丹尼索瓦人之後，問題似乎很容易找到答案：長期生活在青藏高原地區的夏河人有足夠時間在適應高海拔環境的過程中出現基因突變並富集EPAS1基因。當然，這只是一種合理的猜想，還需要透過更多的發現和更深入的研究來證實。那麼問題又來了，我們今天青藏高原居民身上的EPAS1基因與夏河人有關嗎？
夏河人化石同樣還有許多未解之謎。夏河人下頜骨保留有完整的第一、二臼齒，第二臼齒有3個齒根，而第三臼齒先天缺失或未萌發，但留有臼齒後空間。其中， 臼齒第三齒根現象在中國現生人群和美洲土著人群中發生機率超過40%，而在其他非亞洲現代人中發生機率不超過3。5%。這又說明了什麼？
當然，還有更多更多的疑問。比如，當我們的祖先現代智人於四萬年前也來到青藏高原，他們和夏河人有沒有相遇？是爆發了血與火的戰爭還是相愛相殺？我們之所以成為今天的我們，夏河人是不是“亦有貢獻”？
這一個個疑問既令人困惑又讓人著迷。於是，剛剛從北京領獎歸來，張東菊立馬回到了發掘現場，她要繼續做“高原做題家”。