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中國發現向早期現代人連續演化的更新世中期人類頭骨化石

圖1. 安徽東至華龍洞出土的人類頭骨化石。A:頭骨化石出土狀況;B:去除地層堆積物后的頭骨化石碎片;C-F:3D虛擬復原的頭骨化石,分別為前面觀、右前面觀、頂面

圖1. 安徽東至華龍洞出土的人類頭骨化石。A:頭骨化石出土狀況;B:去除地層堆積物后的頭骨化石碎片;C-F:3D虛擬復原的頭骨化石,分別為前面觀、右前面觀、頂面觀和左側面觀.(吳秀杰供圖)

圖2.華龍洞遺址及其化石分布情況。A 華龍洞周邊地貌特征;B1-B3: 遺址形成過程模式圖;C:2014年華龍洞發掘前景象;D:2016年華龍洞遺址發掘后空中俯

圖2.華龍洞遺址及其化石分布情況。A 華龍洞周邊地貌特征;B1-B3: 遺址形成過程模式圖;C:2014年華龍洞發掘前景象;D:2016年華龍洞遺址發掘后空中俯視圖;E:出土人類頭骨化石點遺址縱向切面模式圖 (蔡演軍、裴樹文供圖)

圖3 華龍洞年代測定結果(蔡演軍供圖)

圖3.華龍洞年代測定結果(蔡演軍供圖)

圖4.華龍洞遺址動物化石堆積情況(A), 出土的石制品(B)及哺乳動物化石(C,D)(同號文、李強、裴樹文供圖)

圖4.華龍洞遺址動物化石堆積情況(A), 出土的石制品(B)及哺乳動物化石(C,D)(同號文、李強、裴樹文供圖)

圖5.華龍洞頭化石(A)及其與中國其他古人類化石的對比。B:周口店直立人;C:南京直立人 D:大荔人;E:金牛山人;F:馬壩人(吳秀杰供圖)

圖5.華龍洞頭化石(A)及其與中國其他古人類化石的對比。B:周口店直立人;C:南京直立人 D:大荔人;E:金牛山人;F:馬壩人(吳秀杰供圖)

(神秘的地球uux.cn報道)據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所:距今 30-13萬年的中更新世晚期是東亞古人類演化的重要時間段。直立人消失與古老型智人繁盛、演化多樣性與不同古人類成員出現以及古老型人類向早期現代人演化等一系列重要事件都發生在這一時期。由于以往發現的中更新世晚期人類化石大多破碎、或年代存在不確定因素,古人類學界對這一時期東亞古人類演化的許多問題一直存在爭議。因此,年代可靠、保存狀態良好的人類化石對于研究和論證這一時期人類演化過程尤為重要。近日,《美國國家科學院院刊》(PNAS) 發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所劉武、吳秀杰、裴樹文以及中國科學院地球環境研究所蔡演軍等對華龍洞中更新世人類化石的研究論文,為深入探討東亞古人類演化提供了新的證據。

2013年以來,該研究團隊對位于安徽省東至縣的華龍洞進行了連續5年的系統發掘,先后發現了30余件古人類化石、100余件古人類制作使用的石器、40余種哺乳動物化石。此外,還發現了動物骨骼表面切割、砍砸痕跡等反映古人類生存行為的多種證據。通過同位素測年、動物群組成分析及地層對比等多種方法的綜合研究,人類化石的年代被確定為距今33.1萬-27.5萬年之間。

華龍洞位于一處寒武系灰巖山坡的底部,含化石地層堆積物系古老洞穴坍塌形成,地質、地層及埋藏演化過程較為復雜。由于華龍洞遺址是由坍塌的洞穴形成,整個工作區域包含大量灰巖塊體及堅硬的膠結,發掘工作極其艱難。在連續5年的發掘過程中,團隊成員每年都需要克服采用工程破裂手段破碎巨石并清理現場等重重困難。在發掘過程中,針對膠結物不規則分布、地形起伏大和地層堆積非常復雜的特點,團隊采取國際洞穴和裂隙常用的發掘技術,運用頂部整體布方,全面揭露,全程記錄出土遺物三維信息的技術,自上而下發掘,發掘膠結物進行手選、干篩、水洗等多種程序,以便尋找古人類化石及相關標本。5年來,研究人員在發掘過程中對地層進行觀測和描述,原位采集了近百件年代測定樣品,并對早期洞穴的次生碳酸鹽堆積進行考察和測年樣品采集。在室內測試分析過程中,首先遴選適合年代測定的較為純凈的次生碳酸鹽樣品,然后分別在西安交通大學和美國明尼蘇達大學鈾系年代實驗室進行不平衡鈾系年代的測定,獲得了54個次生碳酸鹽樣本和兩個動物牙齒的鈾系年代數據,確定了華龍洞人類化石的年代。

在華龍洞發現的人類化石一共有30余件,代表大約16個古人類個體。其中編號為華龍洞6號(HLD-6) 的頭骨保存最為完整。這件化石發現時尚包裹在地層膠結中,僅露出眼眶和部分面部。在清理包裹化石的地層膠結后,發現了屬于同一個體的19件頭骨和下頜骨碎片。經過細致的修復、拼接、CT掃描、手工和虛擬復原,獲得較為完整的虛擬和實體頭骨、下頜骨和顱內模。復原后的華龍洞頭骨包含幾乎完整的面部和大部分腦顱部以及一側下頜骨, 代表一個大約14-15歲少年個體。近兩年來,該團隊對華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒形態特征、測量數據、腦形態、腦量、顱骨內部結構等特征進行了細致的研究并與世界范圍內古人類化石及數據進行了對比。

對華龍洞人類化石的研究發現:距今大約30萬年的華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒呈現與東亞中更新世直立人、更新世晚期人類及現代人類相似的混合特征。華龍洞人類頭骨具有一系列與周口店等東亞更新世中期人類一致的原始特征,包括低矮的顱穹窿、顱骨最大寬位置低、額骨矢狀脊、發達的眶上圓枕、寬而低矮的鼻部梨狀孔、緩坡型鼻腔底部結構、第三臼齒先天缺失等。這些解剖學特征與多數中國更新世人類化石特征相似,體現了東亞地區更新世人類演化的區域連續性總體趨勢。同時,華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒化石還呈現出一些與更新世晚期人類及現代人相似的的特征,表現為上面部扁平、顱穹窿部和面部形態纖細、下頜骨聯合接近垂直并出現頦三角、牙齒結構簡單及尺寸較小等。這些相對進步的特征揭示這一時期東亞大陸人類已經出現向早期現代人演化過渡的趨勢。因而華龍洞人類化石提供了東亞地區人類演化區域連續性以及從古老型人類向早期現代人演化過渡的新證據。

華龍洞古人類生存行為信息主要來自石制品和人類對動物資源的利用。古人類采取錘擊法對質地較好的燧石結核進行剝片和加工石器,而針對石英原料則采取砸擊法制作石制品,反映了多樣化的適應策略。在出土的燧石石片邊緣均顯示有古人類使用過的痕跡,這與出土多件動物骨骼表面保留割切和砍砸痕跡相吻合。未來對石制品、動物化石及痕跡標本的深入研究,將進一步揭示華龍洞的遺址性質及古人類對生態環境的適應策略等多方面的信息。

近10余年來,該研究團隊開展了大量的野外調查和發掘,先后在湖北鄖西黃龍洞、湖南道縣福巖洞以及安徽東至華龍洞等地發現重要古人類化石及古人類生存活動證據,并開展相關的多學科研究。華龍洞是繼周口店之后,在中國發現的出土人類化石最為豐富,同時還包含石器及其它古人類生存活動證據的綜合性古人類遺址。長期以來,古人類學界對支持東亞古人類連續演化以及現代人當地起源的化石形態特征一直存在爭議。華龍洞人類化石的發現和研究為探討這些問題提供了新的證據。對華龍洞人類化石的研究,發現了包括第三臼齒先天缺失等一些支持東亞古人類連續演化的區域性特征。此外,華龍洞人類頭骨、下頜骨、牙齒呈現一系列與現代人類相似的形態特征,暗示現代人在東亞大陸出現時間可能比以往認為的更早。這些發現也符合世界范圍古人類演化的纖細化及區域連續性的總體趨勢。目前對華龍洞人類化石的初步研究已經提供了論證東亞古人類演化的新的證據,標志著我國學者在人類演化研究領域取得的又一項突破性成果。

這項研究得到中國科學院和國家自然科學基金委的資助。

文章鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/04/24/1902396116

相關報道:我國學者發現“寶貴”頭骨化石 解密東亞古人類演化發展過程

(神秘的地球uux.cn報道)據西安日報(張瀟):“現代人起源主要學說有三個:‘非洲起源學說’、‘多地區進化學說’和‘同化吸收學說’,哪種學說能夠真正完美的解釋人類演化發展的過程,這就需要可靠的化石證據來證明。”中國科學院地球環境研究所蔡演軍研究員表示。5月3日記者從我市的中科院地球環境研究所獲悉,近日,《美國國家科學院院刊》(PNAS)發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所劉武、吳秀杰、裴樹文和中國科學院地球環境研究所蔡演軍等對華龍洞中更新世人類化石的研究論文,為深入探討東亞古人類演化提供了新的證據。

更新世人類化石研究意義重大

為何要研究更新世人類化石?深入探討東亞古人類演化有什么意義呢?原來,中更新世晚期指的是距今70-13萬年這個時間段,而距今 30-13萬年的中更新世晚期是東亞古人類演化的重要時間段。直立人消失與古老型智人繁盛、演化多樣性與不同古人類成員出現以及古老型人類向早期現代人演化等一系列重要事件都發生在這一時期。由于以往發現的中更新世晚期人類化石大多破碎或年代存在不確定因素,古人類學界對這一時期東亞古人類演化的許多問題,比如現代人在東亞大陸的出現與演化規律及細節過程等一直存在爭議。因此,年代可靠、保存狀態良好的人類化石對于研究和論證這一時期人類演化過程尤為重要。

2013年以來,該研究團隊對位于安徽省東至縣的華龍洞進行了連續5年的系統發掘,先后發現了30余件古人類化石、100余件古人類制作使用的石器、40余種哺乳動物化石。此外,還發現了動物骨骼表面切割、砍砸痕跡等反映古人類生存行為的多種證據。通過同位素測年、動物群組成分析及地層對比等多種方法的綜合研究,人類化石的年代被確定為距今33.1萬-27.5萬年之間。

從發現發掘到研究困難重重

據負責華龍洞發掘、洞穴地質、化石埋藏和年代測定的文章通訊作者裴樹文研究員和蔡演軍研究員介紹,華龍洞位于一處寒武系灰巖山坡的底部,含化石地層堆積物系古老洞穴坍塌形成,地質、地層及埋藏演化過程較為復雜。這么一塊科研“寶地”是如何被發現的呢?蔡演軍表示,安徽省文物考古研究所最早發現這一地點,并從2006年就開始進行發掘和研究。后期經過中國科學院古脊椎動物與古人類研究所系統勘測、發掘才發現人類頭骨化石。

由于華龍洞遺址是由坍塌的洞穴形成,整個工作區域包含大量灰巖塊體及堅硬的膠結,發掘工作極其艱難。在連續5年的發掘過程中,團隊成員每年都需要克服采用工程破裂手段破碎巨石并清理現場等重重困難。在發掘過程中,針對膠結物不規則分布、地形起伏大和地層堆積非常復雜的特點,團隊采取國際洞穴和裂隙常用的發掘技術,運用頂部整體布方,全面揭露,全程記錄出土遺物三維信息的技術,這是什么意思呢?蔡演軍表示,就是使用激光掃描,確定每個化石出土的位置和深度,自上而下發掘,發掘膠結物進行手選、干篩、水洗等多種程序,以便尋找古人類化石及相關標本。

5年來,研究人員在發掘過程中對地層進行觀測和描述,原位采集了近百件年代測定樣品,并對早期洞穴的次生碳酸鹽堆積進行考察和測年樣品采集。在室內測試分析過程中,首先遴選適合年代測定的較為純凈的次生碳酸鹽樣品,然后分別在西安交通大學和美國明尼蘇達大學鈾系年代實驗室進行不平衡鈾系年代的測定,獲得了54個次生碳酸鹽樣本和兩個動物牙齒的鈾系年代數據,確定了華龍洞人類化石的年代。

在華龍洞發現的人類化石一共有30余件,代表大約16個古人類個體。其中編號為華龍洞6號(HLD-6) 的頭骨保存最為完整。這件化石發現時尚包裹在地層膠結中,僅露出眼眶和部分面部。在清理包裹化石的地層膠結后,發現了屬于同一個體的19件頭骨和下頜骨碎片。經過細致的修復、拼接、CT掃描、手工和虛擬復原,獲得較為完整的虛擬和實體頭骨、下頜骨和顱內模。復原后的華龍洞頭骨包含幾乎完整的面部和大部分腦顱部以及一側下頜骨, 代表一個14-15歲少年個體。近兩年來,該團隊對華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒形態特征、測量數據、腦形態、腦量、顱骨內部結構等特征進行了細致的研究并與世界范圍內古人類化石及數據進行了對比。

兼具古老人類和現代人類特征

對華龍洞人類化石的研究發現:距今大約30萬年的華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒呈現與東亞中更新世直立人、更新世晚期人類及現代人類相似的混合特征。華龍洞人類頭骨具有一系列與周口店等東亞更新世中期人類一致的原始特征,包括低矮的顱穹窿、顱骨最大寬位置低、緩坡型鼻腔底部結構、第三臼齒先天缺失等。這些解剖學特征與多數中國更新世人類化石特征相似,體現了東亞地區更新世人類演化的區域連續性總體趨勢。同時,華龍洞人類頭骨、下頜骨和牙齒化石還呈現出一些與更新世晚期人類及現代人相似的特征,表現為上面部扁平、顱穹窿部和面部形態纖細、下頜骨聯合接近垂直并出現頦三角、牙齒結構簡單及尺寸較小等。

簡單地說,這樣的化石既有更新世“古老人類”的特征,也有與“現代人類”相似的特征,證明了這些相對進步的特征揭示這一時期東亞大陸人類已經出現向早期現代人演化過渡的趨勢。因而華龍洞人類化石提供了東亞地區人類演化區域連續性以及從古老型人類向早期現代人演化過渡的新證據。

據裴樹文研究員介紹,華龍洞古人類生存行為信息主要來自石制品和人類對動物資源的利用。古人類采取錘擊法對質地較好的燧石結核進行剝片和加工石器,而針對石英原料則采取砸擊法制作石制品,反映了多樣化的適應策略。在出土的燧石石片邊緣均顯示有古人類使用過的痕跡,這與出土多件動物骨骼表面保留切割和砍砸痕跡相吻合。未來對石制品、動物化石及痕跡標本的深入研究,將進一步揭示華龍洞的遺址性質及古人類對生態環境的適應策略等多方面的信息。

出土化石最豐富的古人類遺址

主持華龍洞遺址項目的劉武研究員和吳秀杰研究員指出,10余年來,該研究團隊開展了大量的野外調查和發掘,先后在湖北鄖西黃龍洞、湖南道縣福巖洞以及安徽東至華龍洞等地發現重要古人類化石及古人類生存活動證據,并開展相關的多學科研究。

華龍洞是繼周口店之后,在中國發現的出土人類化石最為豐富,同時還包含石器及其它古人類生存活動證據的綜合性古人類遺址。長期以來,古人類學界對支持東亞古人類連續演化以及現代人當地起源的化石形態特征一直存在爭議。華龍洞人類化石的發現和研究為探討這些問題提供了新的證據。對華龍洞人類化石的研究,發現了包括第三臼齒先天缺失等一些支持東亞古人類連續演化的區域性特征。此外,華龍洞人類頭骨、下頜骨、牙齒呈現一系列與現代人類相似的形態特征,暗示現代人在東亞大陸出現時間可能比以往認為的更早。這些發現也符合世界范圍古人類演化的纖細化及區域連續性的總體趨勢。

目前對華龍洞人類化石的初步研究已經提供了論證東亞古人類演化的新的證據,標志著我國學者在人類演化研究領域取得的又一項突破性成果。這項研究得到中國科學院和國家自然科學基金委的資助。




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