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中國山羊的起源與擴散研究

摘要:家養(yǎng)動物的起源與擴散與農(nóng)業(yè)起源、古代貿(mào)易、文化交流密切相關(guān),一直是考古學(xué)研究的核心問題。山羊(Capra hircus)是人類最早馴化的家畜之一,為早期人類提供了重要的肉食資源、奶、羊毛和毛皮,在古代社會發(fā)展過程中扮演了一個重要的角色。在中國,由于早期動物考古研究的局限性,動物考古學(xué)家并沒有仔細區(qū)分考古遺址中出土的綿羊和山羊,而是籠統(tǒng)地以羊來代替,導(dǎo)致我們對山羊在中國的起源、馴化及其傳播情況并不十分清楚。本文系統(tǒng)整理了中國古代遺址中出土的山羊資料,同時結(jié)合現(xiàn)代山羊分子生物學(xué)研究成果以及古代山羊的古DNA研究,闡述了中國古代山羊的起源與擴散過程,為今后的深入研究提供了一個新的研究思路。

一、前言
 
山羊是人類最早馴化的家養(yǎng)動物之一,為早期人類提供了重要的肉食資源、奶、羊毛和毛皮,在古代社會發(fā)展過程中扮演了一個重要的角色。大量的考古證據(jù)表明家養(yǎng)山羊是距今約10000年前在近東新月沃地由野山羊Bezoar(Capra aegagrus)馴化而來,但具體的馴化中心尚不清楚,因為土耳其東南部和中部、塞浦路斯、敘利亞幼發(fā)拉底河河谷和大馬士盆地以及伊朗扎格羅斯山脈地區(qū)的多個遺址都出土了萬年左右的山羊遺骸。2000年,Zeder等對扎格羅斯山脈中部克爾曼沙赫地區(qū)(Kermanshah)甘吉·達維(Ganj Darech)新石器時代早期遺址(公元前8000年)出土的山羊進行了骨骼形態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)其處于早期馴化階段,這表明扎格羅斯山脈中部地區(qū)是一個重要的馴化中心。2008年,Naderi等對遍布近東地區(qū)的現(xiàn)代野山羊進行了大規(guī)模線粒體DNA分析,指出安納托利亞東部是另一個重要的馴化中心。
 
山羊被馴化后,通過古代人群的遷徙、貿(mào)易交流向歐洲、非洲和亞洲傳播。山羊向歐洲傳播的情況比較清楚,主要有兩條途徑:一條被稱為多瑙河路線(Danubian route),通過愛琴海向北到達匈牙利盆地;另一條被稱為地中海路線(Mediterranean route),通過海上運輸從西亞到達地中海沿岸地區(qū),然后到達中歐和西歐(圖一)。山羊通過北非路線(North African route)從埃及西奈半島進入東非,沿著地中海北非沿岸由東向西部和南部傳播(圖一)。美洲和大洋洲的現(xiàn)有山羊主要是近代由歐洲殖民者從歐洲和非洲帶入的。

 
山羊向亞洲傳播的路線比較復(fù)雜,考古證據(jù)表明東西方的交流路線主要有三條:(1)歐亞草原通道,從橫貫歐亞大陸的草原地帶經(jīng)過中亞地區(qū)到達蒙古高原,繼而向南進入中原地區(qū);(2)綠洲通道,經(jīng)中亞進入河西走廊,向東擴散到達黃土高原;(3)通過巴基斯坦與阿富汗之間的開伯爾山口(khyber pass)進入印度河谷,到達南亞次大陸、東南亞等廣大地區(qū)。最近的研究顯示小麥、黃牛和綿羊就是通過歐亞草原通道和綠洲通道傳播到東亞地區(qū)。
 
在中國,由于早期動物考古研究的局限性,動物考古學(xué)家并沒有仔細區(qū)分考古遺址中出土的綿羊和山羊,而是籠統(tǒng)地以羊來代替,導(dǎo)致我們對山羊在中國的起源、馴化及其傳播情況并不十分清楚。因而,本文希望系統(tǒng)整理中國古代遺址中出土的山羊資料,同時結(jié)合現(xiàn)代山羊分子生物學(xué)研究成果以及古代山羊的古DNA研究,闡述中國古代山羊的起源與發(fā)展過程。
 
二、中國山羊的動物考古學(xué)研究
 
探尋中國山羊的起源與擴散最有效的方法是進行動物考古學(xué)研究。中國遠離山羊的馴化中心,而且缺乏野山羊的資源(野山羊的棲息地范圍從西部的土耳其和高加索地區(qū)到東部的土庫曼斯坦、阿富汗和巴基斯坦),獨立馴化的可能性極小,很明顯中國現(xiàn)有的山羊是從外域引進輸入的。
 
山羊是何時從何地傳入中國,尚難確切斷定。從目前的考古資料上看,有關(guān)山羊遺骸的考古記錄年代都比較晚,集中出現(xiàn)的時間大約在新石器時代晚期(3000BC~2000BC),地點主要分布在西北地區(qū)(表一,圖二)。本文統(tǒng)計的有關(guān)山羊的考古記錄中,有部分研究目前尚存爭議,焦點是山羊種屬的鑒定問題。傅羅文等指出西北地區(qū)一些屬于??频膸r羊、蒙古瞪羚、喜馬拉雅斑羚和鬣羚等野生動物骨骼形態(tài)與山羊和綿羊有相似之處,這大大增加了研究者鑒定的難度。此外,一些早期的研究缺乏對動物骨骼形態(tài)、年齡結(jié)構(gòu)、馴化狀態(tài)以及考古學(xué)文化現(xiàn)象等的綜合系統(tǒng)分析,導(dǎo)致鑒定結(jié)果不可信。左豪瑞曾指陜西榆林火石梁遺址、陜西神木新華遺址、河南湯陰白營遺址等鑒定出的山羊都存在問題。

 
目前經(jīng)過系統(tǒng)骨骼形態(tài)學(xué)鑒定的家養(yǎng)山羊出自龍山晚期的陜西神木石峁和木柱柱梁遺址。胡松梅等對陜西神木石峁(距今4300~3800年)遺址出土的山羊骨骼進行了系統(tǒng)分析,鑒定為家養(yǎng)山羊。楊苗苗等對陜西木柱柱梁(距今2500~2000年)遺址出土的山羊遺骸進行了形態(tài)和死亡年齡分析,指出古人飼養(yǎng)山羊除了用于肉食以外,還食用其羊奶。與西北地區(qū)相比,山羊在中原地區(qū)出現(xiàn)的時間稍晚,目前中原地區(qū)出土山羊最早的遺址是河南偃師二里頭遺址(距今3700年前)。在商周時期,山羊開始在北方地區(qū)大量出現(xiàn),并逐漸散布各地。綜上所述,我們推測家養(yǎng)山羊可能在距今4000年前后的龍山晚期從甘青地區(qū)進入中國,在距今3700年前左右的二里頭文化時期被引入中原地區(qū)。
 
三、現(xiàn)代山羊的分子生物學(xué)研究
 
(一)  山羊的多母系起源
 
線粒體DNA序列結(jié)構(gòu)簡單、進化速率快,嚴(yán)格遵循母系遺傳,而被廣泛地應(yīng)用于山羊的起源進化研究。當(dāng)前線粒體DNA研究結(jié)果表明,現(xiàn)代家養(yǎng)山羊中存在6個線粒體DNA世系:A、B、C、D、F和G。2001年,Luikart等通過對來自近東地區(qū)、歐洲、非洲和亞洲的406只山羊進行了線粒體D-loop區(qū)序列分析,揭示了三個高度分化的母系世系A(chǔ)、B、C,其中A占絕對統(tǒng)治地位。2003年,Sultana等分析了來自巴基斯坦13個品種的44只山羊,揭示了一個新的世系D。2004年,Joshi等分析了自印度10個品種的363只山羊的線粒體D-loop區(qū)序列,發(fā)現(xiàn)了新的世系E。2006年,Sardina等在西西里島的山羊中識別出新的世系F。2007年,Naderi等對遍布舊世界的2430只山羊進行了線粒體D-loop區(qū)序列分析,揭示了一個新的世系G,同時發(fā)現(xiàn)先前識別出的世系E只是世系A(chǔ)的一個亞群。至此,人們明確山羊存在6個世系:A、B、C、D、F、G(圖三)。

 
近東地區(qū)的野山羊Bezoar群體擁有現(xiàn)代山羊的所有世系,因而被確認(rèn)為現(xiàn)代家養(yǎng)山羊的野生祖先。Colli等對歐亞大陸現(xiàn)代、古代和野山羊的大規(guī)模線粒體DNA分析顯示山羊的線粒體DNA世系呈現(xiàn)較弱的地理結(jié)構(gòu),表明山羊群體之間存在較強的基因流動。世系A(chǔ)是所有現(xiàn)代群體的主要世系,頻率最高,在整個歐亞大陸世系A(chǔ)的頻率由西向東是逐漸衰減的,這暗示世系A(chǔ)起源于歐亞大陸西部。世系B主要分布在亞洲,少量分布在南非。世系C和D在整個歐洲和亞洲都有分布。世系G主要分布在近東地區(qū)和北非。世系F僅分布在西西里島的山羊中(圖五)。

 
(二)  山羊的父系起源
 
Y染色體DNA分子標(biāo)記嚴(yán)格遵循父系遺傳、突變率比線粒體低,可以準(zhǔn)確反映馴化遷移過程中雄性介導(dǎo)的基因流事件。Y染色體上的SRY基因是雄性的性別決定基因,廣泛用于家養(yǎng)動物的父系起源與馴化研究中。2005年,Lenstra等在歐洲和土耳其山羊SRY區(qū)找到四個診斷位點,確定了四個Y染色體世系Y1A、Y1B、Y1C和Y2。2009年,Pereira等分析了北非馬格里布和伊比利亞半島的山羊Y染色體,兩個地區(qū)山羊群體的Y2和Y1B的分布頻率非常接近,暗示兩地的山羊通過直布羅陀海峽發(fā)生了基因交流。2015年,Cinar Kul等在土耳其山羊中識別出Y染色鋅指蛋白ZFY基因上的一個SNP,確定了一個新的Y染色體世系Y2C。2015年,Waki等對全世界山羊進行了父系群體遺傳結(jié)構(gòu)分析(圖四),發(fā)現(xiàn)了一個新的多態(tài)性位點SRY:g.2670A>G,確定了一個亞洲獨有的新型Y2B,原來的Y2被重新命名為Y2A。亞洲山羊群體主要以Y1A(62%)和Y2B(30%)為主。2017年,Vidal等發(fā)現(xiàn)瑞士山羊主要以Y1世系為主,其中Y1A:24%,Y1B1:15%,Y1B2:43%,Y1C:18%,而意大利和西班牙的山羊以Y2A為主,頻率高達77%,兩個地區(qū)截然不同的遺傳結(jié)構(gòu),暗示兩地的山羊可能是通過多瑙河和地中海路線分別擴散的。

 
(三)  中國山羊的線粒體DNA研究
 
2003年,張紅平測定了中國16個家養(yǎng)山羊品種的線粒體D-loop區(qū)全序列,構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,證明家養(yǎng)山羊有多個母系來源。2005年,劉寧分析了中國南方11個家養(yǎng)山羊品種72個個體的線粒體D-loop區(qū)全序列,結(jié)果顯示中國南方山羊品種沒有出現(xiàn)過群體擴張,另外中國家養(yǎng)山羊的遺傳多樣性較豐富,品種間遺傳結(jié)構(gòu)弱。同年,Chen等分析了18個中國山羊地方品種368只山羊的線粒體D-loop區(qū)序列,發(fā)現(xiàn)了4種線粒體DNA世系A(chǔ)、B、C、D,呈現(xiàn)了豐富的母系遺傳多樣性,其中世系A(chǔ)高頻,世系B中頻,世系C、D低頻。該研究在世系B中識別出兩個亞世系B1和B2,其中B1東亞所獨有的世系(主要是分布于中國,特別是中國的西北部),B2世系與東亞和南亞山羊共享,該結(jié)果支持中國古代的西南山區(qū)可能是山羊馴化中心的假說。此后,楊忠誠等、劉若余等、王杰、武艷平、季香等、Wang等、Zhong等、Zhao等、Wang等、郝榮超等、E等對中國多個地區(qū)的山羊地方品種進行了線粒體DNA分析,與之前的研究相類似,在中國山羊群體具有多樣化的母系來源,最主要的世系為A(大約75%)和B(大約22%),其次是C(大約2%)和D(大約0.9%),G極度稀少(0.1%),F(xiàn)沒有在中國山羊中觀測到。
 
四、山羊的古DNA研究
 
現(xiàn)代山羊的分子生物學(xué)研究只能反映山羊現(xiàn)今的遺傳結(jié)構(gòu),而對其遺傳結(jié)構(gòu)歷史形成過程,我們并不清楚,例如早期進入中國的山羊的母系類型及其與現(xiàn)代山羊的關(guān)系如何,我們尚不了解。古DNA技術(shù)可以從時間跨度上研究家養(yǎng)動物群體歷史變化,通過分析不同時期、不同地點家養(yǎng)動物群體的遺傳結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,重建古代動物譜系演變的時空框架,能夠準(zhǔn)確地反映家養(yǎng)動物起源與馴化過程及其與現(xiàn)代群體的親緣關(guān)系。
 
西方很早就開展了古DNA研究,早在2002年,Kahila Bar-Gal等就分析了以色列Abu Gosh新石器時代遺址前陶(距今約9500~8000年)和陶器(距今約7500~5500年)兩個時期的山羊線粒體DNA,結(jié)果顯示家養(yǎng)山羊是在陶器時期,揭示了新石器時代野生山羊向家養(yǎng)山羊的轉(zhuǎn)變過程。2003年,Kahila Bar-Gal等利用古DNA技術(shù)在以色列前陶新石器Hatoula遺址出土的動物骨骼中識別出山羊,而此前這些骨骼被認(rèn)為是綿羊,該研究改寫了當(dāng)?shù)厣窖虻钠鹪礆v史,同時表明古DNA是強有力的物種識別工具。2006年,F(xiàn)ernández等分析了來自歐洲西南部最早的新石器時代遺址Baume d’Oullen出土的19個古山羊骨頭(距今7300~6900年)的線粒體DNA序列,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個高度不同的譜系A(chǔ)和C共存,這些結(jié)果表明歐洲新石器時代早期的山羊種群之間存在大量基因流動,世系A(chǔ)和C可能在近東地區(qū)經(jīng)歷了獨立馴化過程。
 
中國最早的山羊古DNA研究始于2009年,韓璐等對內(nèi)蒙古春秋戰(zhàn)國時期涼城縣忻州窯子和小雙古城墓地出土的11例古代山羊樣本進行線粒體DNA分析,獲得10個長度為289bp的山羊線粒體DNA控制區(qū)序列,分別屬于已定義的世系A(chǔ)(頻率70%)、B1(20%)、D(10%),其中一只山羊共享世系B1的建立者,而B1和B2的建立者單倍型的共享序列主要分布在中國。這些結(jié)果表明,包括B1和B2亞群在內(nèi)的世系B可能起源于中國,并進一步支持了中國可能是山羊馴化中心之一的假說。此外,內(nèi)蒙古的古山羊與中國現(xiàn)代山羊遺傳密切相關(guān),這表明內(nèi)蒙古的古山羊?qū)χ袊F(xiàn)代山羊具有遺傳貢獻。
 
2016年,蔡大偉等對寧夏春秋戰(zhàn)國時期九龍山、王大戶和中莊墓地出土的7個古代山羊進行了線粒體DNA分析識別出4個世系:A(頻率58%)、B2(14%)、C(14%)和D(14%),而先前內(nèi)蒙古古代山羊為世系A(chǔ)、B1和D,兩者遺傳結(jié)構(gòu)組成不同,系統(tǒng)發(fā)育樹(圖六)清晰顯示了兩個遺址古代山羊的差異,這表明山羊并不是古代人群貿(mào)易交流的主要對象。值得注意的是,世系C起源于東安納托利亞,并沒有在內(nèi)蒙古古代山羊中存在,卻在寧夏的古代山羊中存在,暗示其先到達了西部地區(qū)。

 
2016年,Schroder等測定了中國新疆五堡墓地(公元前1500~800年)中出土的皮革進行了線粒體DNA分析,識別出山羊和綿羊,其中山羊?qū)儆谧钇毡榈氖老礎(chǔ)。此外,青銅時代從哈密和吐魯番綠洲馴養(yǎng)的山羊和綿羊具有與該地區(qū)現(xiàn)代家畜相同或密切相關(guān)的單倍型,表明畜牧業(yè)在該地區(qū)持續(xù)發(fā)展,占有極為重要的地位。
 
五、山羊的核基因組研究
 
近年來,隨著二代測序技術(shù)的迅猛發(fā)展,山羊的遺傳學(xué)研究進入基因組時代,核基因組研究日益增多。2013年,Dong等通過全基因組定位技術(shù)(wholegenome mapping technology)對1只雌性云南黑山羊進行測序和組裝,首次完成了高質(zhì)量的山羊全基因組圖譜。2015年,Dong等獲得了第一個野山羊(Capra aegagrus)的參考基因組,并識別出多個與毛色相關(guān)的基因,其中ASIP基因重復(fù)有助于在家山羊中產(chǎn)生淺毛色表型。2017年,Bick Hart等利用單分子測序和染色質(zhì)構(gòu)象捕獲等技術(shù)重新組裝了高分辨率的山羊參考基因組(ARS1)。
 
2018年,Daly等首次對近東地區(qū)舊石器時代至中世紀(jì)時期的83只古代山羊進行了全基因組分析,揭示了多種不同的古代野山羊在近東地區(qū)被馴化,從而導(dǎo)致了遺傳和地理上不同的新石器時代山羊種群。
 
2020年,Zheng等對來自于世界各地的現(xiàn)代家山羊進行全基因組測序,發(fā)現(xiàn)世界家山羊以地域可劃分為東亞、西南亞-南亞、非洲和歐洲這四大類群,歐、亞、非洲家羊群體兩兩之間的分化時間早于馴化時間,支持山羊多起源地馴化的假說,結(jié)合古代數(shù)據(jù),推測被馴化的山羊主要以攜帶線粒體世系A(chǔ)的雌性個體為主向其他地區(qū)擴散。該研究還發(fā)現(xiàn)與免疫功能相關(guān)的MUC6基因通過雜交在7200年前滲入山羊基因組中,在此后千余年,迅速擴散到世界60%以上的家養(yǎng)山羊基因組中。MUC6基因編碼胃腸道表面黏膜上的黏蛋白,能夠減輕各種寄生蟲在胃腸黏膜中存活寄生的作用,從而有效提高動物體的免疫功能,這對于山羊在馴化初期適應(yīng)擁擠的人工圈養(yǎng)環(huán)境至關(guān)重要。
 
2020年,Cai等首次對中國北方九個考古遺址發(fā)掘的約450年到3900年前的古代山羊樣本進行全基因組分析,通過與現(xiàn)有西亞地區(qū)的古代山羊基因組以及全世界的現(xiàn)代山羊品種進行全基因組序列比較,發(fā)現(xiàn)中國山羊具體發(fā)源于古代的伊朗西部,最可能在伊朗的紅銅時期(約6000~7000年前)從該地出發(fā),在距今4000年左右擴散到西北地區(qū),經(jīng)歷數(shù)千年的演化,分化為適應(yīng)北方干冷和南方濕熱環(huán)境的兩個大群體。該研究還鑒定與絨毛性狀相關(guān)的重要基因FGF5和EDA2R,為中國絨山羊的起源提供了新的線索。
 
六、展望
 
家養(yǎng)動物的起源與擴散與農(nóng)業(yè)起源、古代貿(mào)易、文化交流密切相關(guān),一直是考古學(xué)研究的核心問題。與其他動物相比如馬、牛、狗等,有關(guān)山羊的研究比較薄弱。本文希望通過梳理和回顧山羊起源與擴散問題的相關(guān)研究資料,對家山羊的研究進展有一個較為清晰的認(rèn)識,便于今后更好地開展工作,深化研究水平。
 
在先前的研究中,我們發(fā)現(xiàn)黃牛、綿羊可能經(jīng)過歐亞草原和沙漠綠洲兩條通道進入中國,在西北和東北地區(qū)距今5000~4000年的多處遺址都發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的動物遺骸,并進行過古DNA分析。關(guān)于山羊的起源與擴散,盡管目前我們只發(fā)現(xiàn)甘青地區(qū)一條路線,并且在歐亞草原通道上的相關(guān)遺址中很少發(fā)現(xiàn)山羊遺骸,但我們不能忽視歐亞草原通道的考古研究,希望今后的考古發(fā)掘工作重點關(guān)注歐亞草原通道上的新石器時代晚期遺址。
 
在分子生物學(xué)研究方面,近年來全基因組測序技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到山羊經(jīng)濟性狀、表型性狀等的研究中,一系列與山羊毛色、體型、生產(chǎn)繁殖、產(chǎn)絨以及環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的候選基因被篩選出來。這些基因的出現(xiàn)與人類在馴化過程中的嚴(yán)格篩選密切相關(guān),通過對不同時代古代樣本的全基因組分析,我們能夠了解山羊馴化的歷史過程以及古人的馴化選擇策略,對于今后中國山羊遺傳資源的保護、遺傳育種具有重要的現(xiàn)實意義。

(作者:蔡大偉 吉林大學(xué)邊疆考古研究中心、吉林大學(xué)西蒙菲莎大學(xué)生物考古聯(lián)合實驗室,張乃凡 吉林大學(xué)邊疆考古研究中心,趙欣 中國社會科學(xué)院考古研究所;原文刊于《南方文物》2021年第1期;此處省略注釋,完整版請點擊左下方“閱讀原文”)

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