人類最早走出非洲是在185萬(wàn)年前，中國(guó)境內(nèi)最早古人類是170萬(wàn)年前的元謀人。隨著《自然》新出爐的文章，這些認(rèn)知可能被改寫。
文/記者 劉辛味 編輯/丁林
新媒體編輯/呂冰心
人類走出非洲的時(shí)間又提前了？近日，《自然》（Nature）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家在黃土高原舊石器時(shí)代考古方面的研究成果——他們?cè)陉兾魉{(lán)田縣上陳村發(fā)現(xiàn)了距今212萬(wàn)年的石器工具，比公認(rèn)的非洲之外最古老的德瑪尼斯古人（185萬(wàn)年）提前了27萬(wàn)年。古人類遷移和擴(kuò)散的經(jīng)典模式可能會(huì)被改寫。
中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的朱照宇研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在我國(guó)陜西省藍(lán)田縣上陳村一帶發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更新世早期的古人類舊石器遺址。在這片黃土高原南部、秦嶺北麓的遺址中的17個(gè)黃土-古土壤序列原生層位中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了96件石器，這些舊石器早期的產(chǎn)物涵蓋的年代從126萬(wàn)年到212萬(wàn)年。
▲研究者在陡峭的山坡上進(jìn)行作業(yè)。（來(lái)源：New York Times）
此前國(guó)際公認(rèn)的非洲以外最早的古人類（直立人）遺址位于格魯尼亞的德瑪尼斯（Dmanisi）?？茖W(xué)家在那里挖掘出了距今185萬(wàn)-178萬(wàn)年的人類化石和石器。中國(guó)的新發(fā)現(xiàn)比其提前了27萬(wàn)年。
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中國(guó)還有比元謀人更早的古人類？
陜西的新發(fā)現(xiàn)，是否能真正地把人類離開非洲的時(shí)間提前？在這項(xiàng)研究之前，中國(guó)最早的古人類記錄距今大約170萬(wàn)年，也就是出現(xiàn)在我們歷史課本上那兩顆云南元謀人牙齒化石。那么我們是否有理由相信在中國(guó)還有比元謀人更早的古人類？
▲元謀人據(jù)以命名的兩顆牙齒化石，也是元謀人化石僅有的兩件標(biāo)本（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
其實(shí)，我國(guó)距今200萬(wàn)年左右遺跡的發(fā)現(xiàn)可不止這一次，在我國(guó)就有多處遺址發(fā)現(xiàn)了距今200萬(wàn)年左右的石器。例如在重慶龍骨坡洞穴沉積物中發(fā)現(xiàn)了舊石器，在安徽繁昌人字洞和湖北建始縣的洞穴遺址均被認(rèn)為距今都有200多萬(wàn)年。本次論文通訊作者朱照宇表示，這些遺址所含有的人類活動(dòng)遺跡的沉積物多屬于“洞穴堆積”，沉積作用較為復(fù)雜，不太連續(xù)，測(cè)年技術(shù)比較復(fù)雜，所以存在著爭(zhēng)議。他說：“據(jù)我有限的了解，這些研究成果盡管已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外發(fā)表，但在國(guó)際上始終存在著爭(zhēng)議?！?/p>
▲陜西省藍(lán)田縣上陳村附近的一處黃土層，黃土剖面非常典型（來(lái)源：Nature）
科學(xué)上認(rèn)定一個(gè)人種的出現(xiàn)，要有無(wú)可辯駁的證據(jù)。其一是找到能夠證實(shí)物種的化石。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的人類學(xué)家John Kappelman表示“只需一根手指骨就可記錄人的存在”，但人類古化石極其罕見。二是給出相應(yīng)的地質(zhì)學(xué)證據(jù)。
雖然經(jīng)過數(shù)十年的積累，科學(xué)家已確定了幾個(gè)人種，但至今仍不能明確界定這些不同人種的骨骼特征。而從地質(zhì)學(xué)定年的角度看，年代學(xué)上可能會(huì)有數(shù)十萬(wàn)年到數(shù)百萬(wàn)年的誤差。對(duì)于地質(zhì)歷史來(lái)說，幾百萬(wàn)年或許只是個(gè)小誤差，但這對(duì)于僅存幾百萬(wàn)年的物種，這種誤差范圍過大。另外，對(duì)于第四紀(jì)（距今約258萬(wàn)年）以來(lái)的沉積物定年，還沒有一種絕對(duì)可靠的方法。
這次朱照宇研究團(tuán)隊(duì)能將論文的發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上，也經(jīng)歷了重重考驗(yàn)。“我們的論文在2016年12月投稿，歷時(shí)一年半時(shí)間，經(jīng)過了5次正式修改，20多次自己的修改才被接受。”盡管他們的團(tuán)隊(duì)也未發(fā)現(xiàn)古人類化石，但他們?cè)谶z址黃土的斷代和原地埋藏的石器——人類活動(dòng)的有一個(gè)直接證據(jù)——給了他們一個(gè)較為明確的時(shí)間，這也是他們的工作能被承認(rèn)的主要原因。即便如此，朱照宇清楚“還是會(huì)面對(duì)很多質(zhì)疑” 。
所以，要認(rèn)定一個(gè)新的人種，或是判斷他們何時(shí)走出非洲都十分困難。國(guó)內(nèi)的幾處遺址，要么缺少古人類化石，要么石器類型有爭(zhēng)議，同時(shí)有定年上問題。所以盡管有古生物化石的證據(jù)，但“超過200萬(wàn)年”的諸多遺跡都沒能得到國(guó)際廣泛的認(rèn)可。
這次朱照宇研究團(tuán)隊(duì)能將論文的發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上，也經(jīng)歷了重重考驗(yàn)?！拔覀兊恼撐脑?016年9月投稿，歷時(shí)一年半時(shí)間，經(jīng)過了5次正式修改，20多次自己的修改才被接受。”盡管他們的團(tuán)隊(duì)也未發(fā)現(xiàn)古人類化石，但對(duì)遺址黃土的斷代給了他們一個(gè)較為明確的時(shí)間，這也是他們的工作能被承認(rèn)的主要原因。即便如此，朱照宇清楚“還是會(huì)面對(duì)很多質(zhì)疑” 。
▲在黃土剖面工作（來(lái)源：Science）
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與藍(lán)田遺址一衣帶水的發(fā)現(xiàn)
陜西的黃土通過“古地磁定年”能很好地測(cè)出年代。目前公認(rèn)的黃土沉積主要成因是“風(fēng)成說”：黃土顆粒經(jīng)過長(zhǎng)距離的風(fēng)力搬運(yùn)，在特定的環(huán)境下（如我國(guó)的半干旱環(huán)境）堆積而成，堆積高達(dá)數(shù)百米，形成眾所周知的黃土高原。黃土的堆積是連續(xù)的，不同年代的黃土和古土壤一層層疊了起來(lái)，形成了一個(gè)漂亮的剖面。朱照宇的團(tuán)隊(duì)正是在位于黃土高原的灞河北岸，發(fā)現(xiàn)了黃土和古土壤的連續(xù)剖面——上陳遺址。
在灞河對(duì)面的南岸，就是曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)“藍(lán)田人”的遺址。新剖面的發(fā)現(xiàn)，和藍(lán)田人遺址不只是地理位置上靠近而已。
1964年，科學(xué)家在陜西省藍(lán)田縣公王嶺發(fā)現(xiàn)了“藍(lán)田人”頭骨。這塊藍(lán)田人頭骨最新的年代測(cè)定是朱照宇團(tuán)隊(duì)完成的——距今約163萬(wàn)年。這比之前測(cè)定的115萬(wàn)年還久遠(yuǎn)很多。他們?cè)诘貙又羞€發(fā)現(xiàn)了石器，于是想到這里應(yīng)該還有更早的人類活動(dòng)遺址。可惜公王嶺的遺址剖面有缺失而不連續(xù)，他們就向周邊尋找，結(jié)果在附近路上發(fā)現(xiàn)了一條紅白黃相間的剖面，是一處典型的黃土-古土壤剖面。標(biāo)志層如此明顯，又發(fā)現(xiàn)了其中有石器，這令他們非常興奮。
▲朱照宇團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的部分石器（來(lái)源：Nature）
為了給出更加精準(zhǔn)的測(cè)定，研究團(tuán)隊(duì)的工作長(zhǎng)達(dá)十余年。從第一次踏上公王嶺，到測(cè)出最古老地層是212萬(wàn)年，再到發(fā)表論文已經(jīng)過去了14年。“2007年7月18日發(fā)現(xiàn)了上村遺址，每年都去兩、三次，采樣帶回來(lái)測(cè)試”，朱照宇說。長(zhǎng)期的堅(jiān)持工作最終有了這項(xiàng)漂亮的研究成果。
上陳村陡峭的土層沒有讓任何一位參與者幸免——他們都摔過跟頭。當(dāng)吳翼博士認(rèn)為野外作業(yè)十分辛苦時(shí)，朱照宇研究員說：“冬天極冷，夏天像蒸籠，但這些困難我們都可以通過毅力克服。” 已經(jīng)年近七旬的朱照宇研究員還站在科研一線，在他心中，作為地質(zhì)學(xué)者的辛苦是“可以解決的困難”。朱照宇笑稱，“我們最大的困難是經(jīng)費(fèi)”。
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古人類在86萬(wàn)年跨度里曾在黃土高原反復(fù)居住
朱研究員詳細(xì)介紹了他們的研究思路：在野外勘察認(rèn)清黃土后，與古土壤標(biāo)志層進(jìn)行對(duì)比、建立土壤地層序列，同時(shí)對(duì)黃土進(jìn)行粒度分析、化學(xué)分析和礦物分析以確定為風(fēng)成沉積物，發(fā)現(xiàn)與典型黃土一致。再研究這些沉積物是否可用巖石磁學(xué)的方法進(jìn)行定年測(cè)試（發(fā)現(xiàn)適合），最終得到了距今的年代。
古地磁定年是地質(zhì)學(xué)定年的重要方法。沉積物中的磁性顆粒形成時(shí)受地磁場(chǎng)的磁化，保留了當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)方向。地質(zhì)歷史中，地球磁場(chǎng)極性會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)（北極變成南極，或相反），現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)確知道地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的時(shí)間。對(duì)比地層中地磁場(chǎng)方向的倒轉(zhuǎn)序列與地磁倒轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)，就都能得到地層形成的年代。
▲在S27-L28層發(fā)現(xiàn)的石器（來(lái)源：Nature）
團(tuán)隊(duì)中主要負(fù)責(zé)古地磁定年的吳翼博士介紹，學(xué)術(shù)界內(nèi)中國(guó)黃土磁性研究是比較成熟的，1982年時(shí)《自然》雜志發(fā)表了中國(guó)黃土奠基性的磁性地層序列，，2002年建立了經(jīng)過古地磁定年和粒度標(biāo)定并使用天文軌道調(diào)諧建立的黃土模式年代序列，“黃土的古地磁測(cè)定和模式年代得到國(guó)際公認(rèn)”。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)黃土進(jìn)行了高密度高分辨率的古地磁定年分析后，建立了上陳剖面古地磁年代學(xué)序列，與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比得到了很好的時(shí)間年代——頂部第五層的40萬(wàn)年，到下部28層的214萬(wàn)年，而且這20多個(gè)層位里發(fā)現(xiàn)了舊石器。論文中主要介紹了古土壤層S15（Palaeosol,S）到黃土層（Loess ,L）L28的情況，時(shí)間跨度從126萬(wàn)年到212萬(wàn)年。這表明在距今126萬(wàn)年到212萬(wàn)年的長(zhǎng)達(dá)86萬(wàn)年的時(shí)間里，黃土高原就有早期人類反復(fù)（不一定是連續(xù)）居住。
為什么選擇古地磁定年，而不用其他的測(cè)年方法，比如人們常聽到的同位素測(cè)年法？吳翼博士解釋：“對(duì)沉積物的定年方法有很多，但像同位素、光釋光等方法年代上限達(dá)不到要求，碳同位素定年只有3萬(wàn)-5萬(wàn)年。也有近年來(lái)發(fā)展比較好的鋁鈹同位素定年，但這種方法對(duì)樣品要求很高，黃土里缺少能夠測(cè)定的物質(zhì)，所以也不能使用?！?/p>
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這些古老石器屬于誰(shuí)？
因?yàn)榇舜蔚男掳l(fā)現(xiàn)與藍(lán)田人遺址十分接近，是否這些石器是藍(lán)田人（直立人）留下的？朱照宇給出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕卮?，“藍(lán)田人是公認(rèn)的直立人，但從年代上看，他們遠(yuǎn)早于目前認(rèn)定直立人（德瑪尼斯人）離開非洲的時(shí)間，所以是什么人種還不清楚。上陳遺址沒有找到古人類化石，所以是否是直立人制造了這些工具，或是其他古老的人種（比如能人），還要進(jìn)一步研究?！?/p>
朱照宇同時(shí)表示，他們通過地磁定年對(duì)比發(fā)現(xiàn)的石器能屬于兩種典型的類型。上陳村出土的96塊石器，主要是奧杜威石器類型，也有小部分屬于更后期的阿舍利（Acheulean）石器類型。這里面有石核、石片、刮削器、尖狀器、鉆孔器和石錘，還有手鎬和阿舍利文化中的兩面器等。
什么是“石核”？?jī)蓚€(gè)鵝卵石互相敲擊打磨下很多石片，原來(lái)的鵝卵石就有很多凹陷，也就是石核。石核繼續(xù)加工成為“砍砸器”，可以用來(lái)砸東西。打磨下來(lái)的石片也可以繼續(xù)加工，成為“刮削器”，它們比較鋒利，可以用來(lái)割肉。另一些石片可以加工成“尖狀器”，一些較為鋒利的石塊，被猜測(cè)為是綁在木棍上，當(dāng)成矛等武器使用。
科學(xué)家如何認(rèn)定出土的石器是人造工具？一方面，這部分黃土是本層堆積，非常完整，土壤十分細(xì)膩，而且周圍也沒有河流沉積物，所以可認(rèn)定這些工具本不是原始就存在的。另一方面，石器本身有明顯的銳化現(xiàn)象，在未打磨的地方還有原始的風(fēng)化表層，而打磨過的缺口相對(duì)新鮮。這些石器形狀最小直徑幾厘米，大的有幾十厘米——只能是人工制成。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這些石頭原本可能來(lái)自秦嶺山麓。
▲在上陳遺址拍下的石器（來(lái)源：insidescience）
團(tuán)隊(duì)還在附近發(fā)現(xiàn)了一些不完整的動(dòng)物化石，包括遠(yuǎn)古的牛、羊、馬、豬和獵狗、劍齒虎的牙齒。雖然我們可以猜測(cè)，古人用工具處理過這些動(dòng)物的尸體，但研究團(tuán)隊(duì)出于嚴(yán)謹(jǐn)并未在論文中給出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。John Kappelman認(rèn)為，骨頭上是否有切痕，被人為破損的標(biāo)記，或是石器上檢測(cè)出微生物標(biāo)記可以作為證據(jù)。不過，團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的遺骸都是殘缺的，并且在黃土中風(fēng)化嚴(yán)重。想要做出關(guān)聯(lián)判斷，還需要更多的探索。
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考古研究不只是“比誰(shuí)最老”
到底是誰(shuí)最早走出了非洲，最先拿起了工具？
目前為止，全世界發(fā)現(xiàn)古人類遺址的時(shí)空分布不連續(xù)，這極大地限制了人類演化的研究。而朱照宇團(tuán)隊(duì)的研究開拓了新的研究方向——全球變化下的黃土-古土壤序列和古人類的演化能夠聯(lián)系起來(lái)。在團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究的17個(gè)包含石器的黃土-古土壤地層中，11層古土壤指示了暖濕氣候期，6層黃土指示了干冷氣候期，這反映出：早期人類可能比較適應(yīng)暖濕的氣候環(huán)境。
距今260萬(wàn)年以來(lái)，世界至少經(jīng)歷了33次冰期和間冰期的交換。黃土能夠連續(xù)地沉積下來(lái)，但人不一定能夠連續(xù)在這里居住，可能有反復(fù)遷徙——這讓亞洲對(duì)于人類進(jìn)化有了更重要的意義。
地質(zhì)學(xué)和古人類學(xué)結(jié)合的研究具有重要的科學(xué)意義，因?yàn)椴煌瑢又g的石器，可能揭示了人類思維和文化的發(fā)展過程，以及人類是如何適應(yīng)氣候變化的。朱照宇認(rèn)為，“中國(guó)黃土高原是研究古人類起源和演化的天然試驗(yàn)場(chǎng)，它開拓了黃土-古土壤序列和古人類文化演化序列研究的新途徑，人們有必要重新審視早期人類起源、遷徙、擴(kuò)散、演化的經(jīng)典模式。” 對(duì)于未來(lái)的工作，朱照宇表示還要繼續(xù)更廣泛地調(diào)查，希望找到古人類的化石遺骸，找出他們居住的場(chǎng)所，探索那些動(dòng)物是否是他們狩獵的。
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