仅凭六块化石 科学家就画出丹尼索瓦女孩的模样?

2019-10-23 18:42:18
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通过表观遗传学研究绘制的杰尼索夫女孩的肖像。图片来源:科学,官方网站

杰尼索夫人发现的最大化石。图片来源:自然,官方网站

记者杨雪

最近,以色列和西班牙科学家在细胞杂志(Cell magazine)上报道,他们基于表观遗传信息重建杰尼索夫人的外貌,这是杰尼索夫人骨骼解剖特征的首次恢复。

杰尼索夫人是生活在最后一个冰河世纪的人类物种,他们的名字来自西伯利亚的杰尼索夫人洞穴。今年5月,《自然》杂志公布了中国科学院青藏高原研究所所长陈发虎院士领导的环境考古团队的最新研究成果,“青藏高原中更新世晚期杰尼索夫人的下颌骨化石”,引起了人们对杰尼索夫人的关注。

由于迄今为止发现的杰尼索夫人化石如此之少,这个古老的人类一直是神秘的。陈发虎告诉《科学日报》,迄今为止只发现了六颗杰尼索夫人的化石:两颗破碎的臼齿和一颗来自俄罗斯西伯利亚杰尼索夫人洞穴的几乎完整的臼齿,一个小方阵的最后一段的大部分,两个可连接的头骨碎片,以及一颗来自青藏高原白沙亚洞穴的右下颚。

“看起来”比尼安德特人更宽

通过研究表观遗传学的变化,计算生物学家为杰尼索夫人画了一幅解剖学草图。他们发现杰尼索夫人的脸很宽,类似于尼安德特人的面部特征,但有一些细微的区别,比如杰尼索夫人的颚骨和头骨更宽。

耶路撒冷希伯来大学负责修复的遗传学家里兰·卡梅尔(Rilan Carmel)教授表示,从隐藏在dna中的信息中,可以得出解剖特征,并可以重建个体基因活动模式来确定某些生理特征。他的方法主要是比较分析脱氧核糖核酸甲基化模式。

dna表观遗传修饰对生命过程中的发育、疾病和大多数生物学性状都有重要影响。学术界研究最多的表观遗传变化之一是在dna碱基中添加了一个甲基。当它与dna分子结合时的变化过程可以决定基因的表达方式。比较现代人、尼安德特人和杰尼索夫人的甲基化模式,我们可以发现这三者之间的异同。

该方法对外观的预测是定性的、相对的。例如,可以说谁的手指更长,但不可能指定它们有几毫米长。研究发现杰尼索夫人有56个不同于现代人和尼安德特人的解剖特征,其中34个位于头骨中。总的来说,杰尼索夫人可能具有与尼安德特人相似的骨骼特征,如长脸、宽骨盆、低前额、宽胸部等。但是杰尼索夫人比尼安德特人和现代人有更宽的头骨和更长的牙弓。

科学家最终发现杰尼索夫人是一个瘦瘦的女孩,前额低,下巴丰满,下巴小,牙齿比尼安德特人和现代人长得多。虽然不知道这幅画像有多准确,但化石遗迹的证据支持了一些预测。

杰尼索夫化石记录的主要特征之一是巨大的臼齿。尽管研究小组使用的数据库不包括臼齿的大小,也无法预测,但他们认为杰尼索夫人的长牙弓可能是对大牙的适应。同时,青藏高原杰尼索夫下颌骨化石的四个特征中有三个与他们的预测一致。此外,加拿大多伦多大学的古人类学家本斯·维拉(Bens Villa)在会上展示了杰尼索夫人洞穴的头骨。可以看出,它的头部非常宽,这也与表观遗传的重建结果相一致。

可能生活在10多万年前的青藏高原

以前的研究发现杰尼索夫人对现代东亚的高海拔种群,特别是青藏高原的藏族和夏尔巴人种群有少量的遗传贡献,这反映在高山缺氧环境中的epas1基因上。然而,发现杰尼索夫人的西伯利亚杰尼索夫人洞穴仅高于海平面700米,而杰尼索夫人化石保存了这种适应高海拔缺氧的epas1基因。现在,这个谜题终于在青藏高原甘佳盆地北侧甘肃夏河县白石崖洞脚下解开了。

洞穴中发现的人类下颌骨化石约12厘米长,包括第一和第二磨牙的两颗完整牙齿。基于对化石年代、物理形态和古老蛋白质的分析,研究人员确定它为杰尼索夫人,年龄约为13-18岁。

古蛋白质分析方法是在古dna高度降解的情况下,通过分子信息来判断古化石的归属。蛋白质中的氨基酸序列包含一些关于个体进化的信息。尽管这种遗传信息与dna信息相比非常小,但研究人员在夏河化石中发现了丹尼索瓦人独有的蛋白质。

夏河白石崖溶洞海拔3200米。只有长期生活在高海拔地区,才能选择耐缺氧基因。Epas1是缺氧诱导调节途径中的一个重要基因,存在于青藏高原目前的人群中。研究人员推测epas1基因可能起源于夏河的杰尼索夫人,并传递给现在的藏族和夏尔巴人。

白石崖溶洞是青藏高原已知最早的考古遗址。2018年,研究人员挖掘了两个总面积为4平方米的勘探场地,按地层划分为10层,收集了1400多件石器和600多件动物骨骼。石材产品主要由石屑、石芯、工具和碎片组成。动物骨骼保存不良,主要是断肢骨,已鉴定的动物种类有犀牛、野牛、野马等。,与晚更新世欧亚大陆北部草原环境中广泛分布的“猛犸象-长毛犀牛动物群”非常相似。

研究人员在犀牛和鬣狗的骨头上发现了敲击和切割的痕迹,这些痕迹被认为是人类活动的结果。白石崖溶洞内有旧石器时代的遗迹,年龄样本正在测试中。初步结果表明,该遗址人类活动造成的文化积累至少形成于4万年前,底层文化层可以追溯到10万多年前。

目前,无法推测具体的迁移路线。

陈发虎说,杰尼索夫人的化石证据和相关研究仍然非常有限,不足以讨论杰尼索夫人的起源。从杰尼索夫人化石的已知形成时间来看,夏河中杰尼索夫人化石的最小年龄是16万年前,杰尼索夫人洞穴中最古老的杰尼索夫人化石可能是19.5万年前。这两个地方的化石年代没有什么不同,所以很难说哪个出现得更早。

然而,确切的迁移路线无法从发现杰尼索夫化石的两个地点推断出来。根据这两个地方的自然环境、杰尼索夫人和现代藏族人口的基因研究结果以及他们的epas1基因携带情况,推测杰尼索夫人可能有一条大致从南到北的传播路线,但没有直接证据证明这一点。

基因研究表明杰尼索夫人和尼安德特人是姐妹,有共同的祖先。他们与现代人类分离的时间是77万到55万年前。杰尼索夫人与尼安德特人分离的时间是470,000-380,000年前,这表明可能还有更老的杰尼索夫人尚未被发现。此外,他们分离后,进行了基因交换。例如,在杰尼索夫人洞穴中发现的混血女孩有杰尼索夫人的父亲和尼安德特人的母亲。

陈发虎认为,目前杰尼索夫洞穴的杰尼索夫基因组研究可以反映出它们可能已经广泛分布在东亚。未来在东亚的一些新发现将促进我们对这一古老群体的理解,包括其起源和迁徙路线。



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