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祖先身份的想象与现实

2009-04-21 13:46 作者:朱步冲 2009年第13期
——北京猿人发现80周年

3月12日,美国《自然》杂志的封面,以《更寒冷时代的北京人》为标题,登载了南京师范大学地理科学院教授沈冠军和中科院古脊椎动物及古人类研究所副所长高星的论文。他们历时5年,利用铝铍同位素质谱测量法对周口店遗址出土的石器和石英砂样本进行的研究证明,北京人的生存年代最早可以上溯至77万年前,而非之前普遍认为的50万年前。“这一发现拉长了东亚本土直立人的演化时序性,使得华北地区直立人的演化链条更加完整,证明了包括北京人在内的东北亚地区直立人,在较寒冷的地理年代的生存能力。”高星告诉本刊记者。

对中国古人类学家来说,有效年代探测手段缺乏,一直是制约他们对古人类遗址和化石施行进一步研究的瓶颈。沈冠军向本刊记者介绍,这次采取的铝铍同位素质谱测量法,最早来自1985年两位印度裔美国科学家D.Lal和J.R.Arnold提出的设想,并于1997年由美国普度大学地球与大气科学教授达里尔·格兰杰(Darryl Granger)正式提出。“在正常情况下,地表石英砂中铝26/铍10的比值为6.8比1,被掩埋后,这两种同位素的衰变损失得不到补充,且两者衰变速度不同,铝26比较快,铍10比较慢,所以石英砂中两种元素的比例开始变化,这种变化的表观半衰期是150万年。”沈冠军告诉本刊记者,这种方法的原理与之前广泛运用的碳14与铀质谱测定方法原理相同,然而有效年限却长得多,“碳14元素衰变速度太快,测量极限是5万年,铀谱系测量法的上限是60万年,而铝铍同位素测量法可以扩展至500万年”。

沈冠军和高星采取了严谨的“同步取样”法,除了从已探明的遗址剖面直接取样,还从原生地层中选择了4件30年代发现、已经有详细编号的石器做测试,然而研究工作并不一帆风顺。“铝铍同位素质谱测量法的缺陷在于单样品测试时,年代准确精度有待提高,误差在十几万年左右,并且需要探测遗址上部有足够厚的堆积层覆盖。”沈冠军表示,“周口店遗址上部地层中,粗颗粒石英砂数量比较少,在堆积层第3层以上,覆盖深度不够,铝26的含量就少得可怜。不仅如此,每次测量需要的样品大约是40至60克,完全依靠手工筛选。只好发动了许多本科生,一人一天8小时,只能出2克样品,2个量瓶就要处理一周。”

猎火纪

1921年,法国人类学家德日进发现北京人骨骼化石的洞穴毋庸置疑,这次被高星与沈冠军的发现所改变的,不仅是北京人在周口店地区活动的时间,也包括他们被争论不休的生活方式。

1985年,新墨西哥大学考古学家、新考古学派的创始人L.R.宾福和他的助手——华裔人类学家何传坤曾在美国《当代人类学杂志》第26卷第4期发表一篇名为《周口店是北京人的洞穴之家吗?》的论文,以新考古学派擅长的“埋藏学”分析方法,就北京人是否具备狩猎、用火特征,是否有同类相食习俗等问题,提出了全新的观点,并在同年对周口店遗址和化石标本进行了实地考察,认为现有发现的石器和骨器,以及有机物灰烬并不能成为北京人能够狩猎,并使用人工火加工食物的直接证据。鉴于古人类学界公认的人类最早用火遗址是10万年前的尼安德特人、早期智人,宾福推测,遗址的灰烬层是猫头鹰等其他动物粪便和遗骸的堆积,在长时间氧化后自燃而成。本刊记者这一次对宾福教授的结论提问,宾福教授在电子邮件中回答说:“这样的灰烬堆积层在许多天然洞穴中也可以找到,所以第四层虽然是一个很厚的灰烬层,然而没有任何直接证据证明在这一时期存在过人造火塘。”

宾福的支持者不乏其人。1998年7月,《科学》周刊发表了新考古学派另一位领军人物、以色列考古学家史蒂夫·魏纳等几位中外学者合作的论文《周口店的用火证据》。魏纳利用红外光谱和微形态法,对遗址西壁第十、第四剖面中提取的采样进行分析,也认为,在缺乏原生灰烬和火塘遗址的情况下,仅凭发现的烧骨和有机物沉淀很难直接证明北京人能使用人工火,这些灰烬甚至可能是自然火的产物,由流水带入洞内。

对于这些质疑,相当部分的中国学者显然从一开始就不认同,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、《周口店发掘记》的作者黄慰文就是其中之一。尽管已经退休,这位精神矍铄、身材瘦削的学者现在仍坚持每天上午来到自己的办公室做研究。“北京人掌握了火的使用,这是毫无疑问的。”黄慰文在接受本刊记者采访时,神色凝重地说。当时的研究者就已经把这些样品送到权威性极高的巴黎自然博物馆研究室和协和医学院药学科同时进行分析,独立进行的化验都表明这些木炭、烧骨、灰烬和石砾都是燃烧而非矿物沉淀或污染的可能,尤其是被人为砸碎的动物骨骼和剥离的野果内核、核模,排除了自然火的可能。

“77万年前的直立人能够初步掌握用火技术,并非没有证据。”高星告诉本刊记者,“比如以色列发现的Gesher Benot Ya-aqov遗址,就证明人类在79万年前,就曾经用人工火加工食物。”

那么,火塘遗址在哪里呢?登上龙骨山的顶峰,可以看见周口河舒缓地从群山中流出,绕过日益繁华的周口镇向东蜿蜒而去。在70万年前,它应该是一条桀骜不驯的大河,华北平原丰沛的降雨,使得它周期性泛滥成灾,让龙骨山的地下充满着一条条暗流。洪水和这些地下河流造就了周口店的洞穴,也周期性地冲刷着这个古人类和其他动物轮流占据的小天地。黄慰文告诉本刊记者,根据他的推测,火塘遗址应该是在这样的洞穴“定期清理”中不幸失踪的。如果把周口店龙骨山的地貌看作一块层次分明的蛋糕,按照地质年代分层法,周口店遗址在第14层以下,还是一个与外部河流相连的洞穴,从第13层开始,才出现了角砾岩、人类和动物化石、石制工具、灰烬、黏土。

狩猎人还是食骸者?

包括北京人在内的直立人是强大的狩猎人还是卑贱的食骸者?自从罗伯特·阿德里于1961年在《非洲的起源》中,利用新兴的骨痕学对我们祖先的食谱以及壁画上表现出的英勇行为发出质疑以来,这个问题一直是古人类学界争论不休的焦点。新考古学派认为,直立人智力水平和合作能力的低下,加上使用工具相对简陋,不可能对奔跑迅速的马、鹿等食草动物或者鬣狗这样凶猛的食肉动物进行捕猎。就像《人猿星球》等未来毁灭题材科幻片描述的那样,北京人实际上不得不为了生存,必须躲在隐蔽处胆战心惊地静候鬣狗、剑齿虎等大型食肉动物享用完盛宴后,才走出来领受遗留的一点残羹剩饭。美国人类学家、加州大学教授E.N.安德森在他的著作《中国的食物》中也认为,周口店内的大量动物骨骼是从鬣狗和狼每天血腥餐桌上倾倒出的厨房垃圾。在周口店博物馆展厅的一角,一具完整的鬣狗骨架占据了一个相当大的玻璃展示柜。它的确是当时周口店丛林中令人胆寒的捕猎者,它们的残骸分别在周口店遗址的1至3、以及5至11层中出现,50万年前的北京人肯定饱受其害,他们手中原始的梭镖和石器对这个凶猛的敌人根本不构成什么威胁。

的确,我们今日对早期直立人在生存游戏中的角色不宜估计过高。南非古人类学家、作为德兰士瓦博物馆驻馆研究员的开普敦大学古人类学博士布莱恩(C.K. Brain),曾在著名的斯瓦特克兰洞穴这个距今大约150万年的南方古猿化石遗址,进行了21年的发掘工作。在漫长的探索中,他逐渐怀疑这个洞穴不仅是人类的栖身地,也曾经是鬣狗与豹类血腥盛宴的厨房。他的理由是,在此发现的人类化石年龄非老即弱,而且头骨上都有令人生疑的伤痕,如果把在附近发现的豹类、鬣狗头骨化石与这些人类头骨进行比对,常常发现它们的牙齿可以与头骨上的伤痕完美吻合。同样在2005年8月,于格鲁吉亚出土,距今175万年前的直立人德玛尼西人也可能是剑齿虎捕猎的牺牲品。根据这些材料,纽约州立石溪大学的考古学家约翰·谢伊(John Shea)得出论断,人类大规模系统狩猎食草动物以获取食物的行为不可能早于6万年以前。

对中国读者来说,这种场景无疑很不令人愉快,它与周口店博物馆通过复原壁画和情景模型所描绘的北京人英勇、勤劳,通过狡黠的圈套和群体合作来猎取繁衍所需食物的想象大相径庭。而以黄慰文为首的许多中国古人类学家也不赞同“食骸者”观点。“我们不能笼统地以智力水平低下、工具简陋来否定直立人的狩猎行为。”黄慰文告诉本刊记者,“例如与北京人遗址中段地层时间相当,距今50万年前的许家窑遗址也有相当明显的狩猎活动证据。”在黄维文的著作《北京原人》中,试图为北京人的狩猎活动做出证明:在遗址出现的大型动物骨骼化石中,涉及棱齿象、披毛犀、三门马等54种,数量最多的是肿骨大角鹿和葛氏斑鹿,共计达到3000只以上,前者的鹿角大多自然脱落,而后者则相反,证明北京人在夏末至初秋主要猎取斑鹿,而在剩下的时间内猎取大角鹿,进而可以推测北京人已经掌握两种猎物在不同季节迁徙至周口店一带的规律,从而进行有效的捕猎。虽然一些学者认为,在周口店遗址中出土的众多食肉类动物如狼、剑齿虎、猎豹,都可能是这些碎骨的制造者,然而它们并非穴居动物,很难想象会改变自己天生的禀性,固定在这个进口不宽阔的山洞里享用一日三餐。而在周口店发现的2000具鬣狗骨架,则集中在遗址第13、11、10等下部地层中,显示洞穴长期被它们占有,而在北京人居住的上部地层则稀少得多。显然,上部地层中数量丰富的动物碎骨也并非完全是这些嗜血者饱餐后吐出的残渣。这些证据也使毕业于美国加州伯克利大学的古人类学专家尼尔·波亚兹和拉塞尔·L.石汉在《龙骨山——冰期时代的直立人传奇》中承认,无论这些肉食是狩猎所得,还是来自鬣狗慷慨的遗弃,北京人的饮食促使其大脑容量较之以往的直立人有了明显进步,从而使得他们的后继者可以沿着“食物充沛——脑容量扩大——制造更有效的狩猎工具”这一良性循环进化下去。

非洲还是周口店——遗传密码之争

尽管北京人的智慧与体力也许并非我们想象的那样,在自然界中占据统治地位,然而对它作为中国人直系祖先地位的质疑,更显得尖锐,这是一个科学复杂性与民族自尊心复杂地混合在一起的问题。许多中国人类学家坚持认为,北京人和非洲直立人都是人类进化枝条上并列的枝桠。“截至今日,与北京人同时代的非洲直立人化石已经相当丰富,有一部分跟北京人差别大,有一部分相当像。”中国科学院院士、中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员吴新智对本刊记者说,“我们可以从中演绎出两重考虑,首先是非洲直立人可能包括不同的形态,一部分走出非洲后,另一部分留在非洲发展,另一个考虑是直立人同时存在于世界的各个地方。”

然而从DNA分子生物学的角度,这种推测非常值得商榷。对于这一观点,中科院昆明动物研究所副所长、研究员宿兵并不赞同。“虽然从古代人类遗骸中提取的DNA极端容易受到污染,从而导致误读。而且DNA本身会随着时间推移降解、断裂,比如6万年前遗留下来的DNA可能只会遗留下100个碱基对。”他对本刊记者说,“但是我们可以利用其他方法来测定人类迁徙的途径。”换句话说,DNA本身虽然是一本以某种密码文字记载人类迁徙信息的书,然而它也会随着时间推移,字迹漫漶,书页散佚。要想借助基因相对完整地释读出它传达的进化与迁徙信息,则需要以基因突变为参照系,分析现代人DNA,好比借助水面涟漪产生的波纹,去追溯每一滴雨水溅落的位置。

1991年,宾夕法尼亚大学的分子生物学家琳达·维基兰特和他的助手分析了121位非洲人、20位新几内亚人、15位欧洲人、8位非裔美国人和24位亚洲人的线粒体DNA。鉴于线粒体中的DNA环非常小,突变非常罕见,且发生的时间相对固定,所以维基兰特以这种突变作为测量人类遗传序列的分子生物“时钟”,DNA发生突变次数越多,越证明它接近古老的人类祖先。实验结果表明,非洲人线粒体DNA突变次数明显高于其他群组。由于线粒体是依靠母亲遗传,所以分子生物学界认定,全球60亿人口的线粒体基因都来自一位“线粒体夏娃”,她生活在距今大约15万年前的东非。同样,世界上现存的30亿男性的Y染色体,也可以用类似方法回溯到一位身处东非的“Y染色体亚当”。据统计,现代人全部的DNA,都应当来自10至20万年前居住在非洲、人数在8.6万人左右的一个古人类群体。1994年10月的美国《新闻周刊》,就以一位黑皮肤夏娃接过一位黑色亚当递来的金苹果为封面,宣布了公众舆论对于人类非洲起源说的认可。

那么,中国人的祖先是否也来自遥远的非洲?1999年,宿兵与美国得州大学人类遗传研究中心合作,企图从基因分析角度理清中国人的来历。他利用19个涵盖了所有东亚和太平洋人群的Y染色体单倍型作为研究东亚人群演变的标记,结果发现,东南亚人群中的单倍型远比中国和东亚人群所拥有的丰富,用形象一点的语言说,后者是前者的子集。不仅如此,其中两个位点上的关键突变,其根源均可以在非洲人群中找到。利用分子钟与拓扑关系模型,可以认定东亚现代人的起源应当在非洲,且这些先行者到达东亚的时间不会早于10万年前。

支持中国人起源非洲说的基因研究者,还包括复旦大学生命科学院院长金力。2002年6月,金力和他的同事在《科学》杂志上发表论文,分析以东亚为主的亚洲和大洋洲男性个体12127个,包括来自于中亚、北亚、东亚、东南亚和太平洋岛屿的163个人群。“假如东亚人群的部分祖先可能是包括北京人在内的东亚直立人,那么他们的Y染色体中至少应该有异于其他地区的男性才对,然而试验结果是令人满意的。”金力告诉本刊记者,“东亚男性的Y染色体单倍型均衍生于目前仅在非洲群体中存在的祖先单倍型,而线粒体DNA来自一位“线粒体夏娃”,即大约在6万年前,非洲东部一位妇女线粒体DNA中发生的突变。这个研究结果完全支持东亚人非洲起源假说。”

化石提出的挑战

不过,如果抛却化石与地质学家的手铲,仅靠分子生物学并不能解释的问题还很多。1991年,考古学家在格鲁吉亚首都第比利斯附近的德玛尼西发现了一个保存完好的直立人下颌骨,距今175万年。这里曾被认为是早期人类“走出非洲”后首先涉足的地区之一。它们的脑容量远远低于直立人脑容量略少于1000毫升的平均值,对先前普遍认为只有较大脑容量,直立行走的非洲能人才具备向欧亚大陆迁移能力的说法提出了严重挑战——要么我们必须确定这些体质孱弱、头脑简单的史前人类能做出这样的惊人之举,要么承认他们根本生活在非洲之外。另外,在安徽繁昌发现的石器与骨器年代可能上溯至240万年前,甚至要早于迄今为止,在埃塞俄比亚戈纳地区发现的非洲最古老石器。这些证据都对人类非洲起源说构成了大小不一的挑战。就连被非洲起源说拥护者们视为重要证据的长者智人头骨,也引发了新的争议——这些形态介乎现代人与早期智人之间,距今大约16万年的人类祖先已经可以使用石器猎杀河马,然而他们的形态却与当代非洲居民大相径庭,反而与大洋洲人颇为相似。

那么,如果多地区起源说确实比非洲单一起源说更接近人类演化的真相,包括北京人在内的中国直立人是否是我们的直接祖先?吴新智认为,不排除这样的可能。在一篇名为《与中国现代人起源有联系的分子生物学研究成果的讨论》的论文中,吴新智认为,从古人类形态学上看,下颌圆枕、头骨中央矢状突隆、第三臼齿缺失、夹紧形鼻梁等特征,都是当代东亚人普遍具有而非洲人不具备的。如果非洲来的智人,在距今5万年的冰期后对东亚直立人进行了完全替代,那么为何这些特征反而在非洲当代居民身上难觅踪迹?而人类学家可以清楚地在北京直立人、蓝田人、柳江人等中国境内直立人头骨上发现这些特征。对于这些观点,宿兵认为,遗传信息丢失,很可能是造成这种现象的结果。换句话说,非洲很可能同样存在过拥有类似外貌特征的直立人,然而他们并没有能幸运地被自然选择为走出非洲的一群,在残酷的淘汰中,其血脉和基因都没能遗留下来。不仅如此,宿兵与金力等分子生物学家都指出,中国境内的直立人演进过程存在“断路”,即距今4万到10万年之间,出现了一个化石发现的断层,遗传学的解释认为,这种化石上出现的断层并非偶然,是由于处于第四纪冰川期笼罩下的东亚大陆,在这一时期内发生了大量的生物物种灭绝事件。在骤然变化的气候条件下,周口店这个曾经的生物乐园繁荣不再,冰川的剧烈延伸覆盖了植被,东亚原生直立人和他们身边的许多动物由于缺乏食物和抵抗寒冷的手段都没能够逃脱这一命运。

对于这种观点,高星却并不同意,他告诉本刊记者:“如果北京人的生存时期推到77万年前,那么就证明他们能够在寒冷的冰期生存下来。”他指出,被许多西方古人类学家和基因科学研究者津津乐道的“化石断层”也许并不存在,“在我们现有的发现中,就有距今7万年左右的三峡井水湾遗址,以及距今10万年的山西许家窑人,只不过这些发现被西方许多人类学家有意忽视了”。不仅如此,全新的理化测量法,也在不停地对中国境内古人类的进化序列进行改写、重组。2002年,沈冠军曾对广西柳江人类遗址运用热电离质谱(TIMS)铀系定年,结果表明该化石距今至少6.8万年,更可能已经11.1万~13.9万年甚至15.3万年,远远大于用经典的碳14方法定出的2万年。高星表示,在这种先进理化测量方法的帮助下,古脊椎动物和古人类研究所已经制定了一系列雄心勃勃的考察计划,包括对华北最早的早更新世人类遗址、距今大约一百六七十万年的河北泥河湾马圈沟遗址进行年代测量,以及2009年上半年,对周口店遗址第一地点进行一次全新的大规模清理与勘探发掘。

另一个能够作为解决这场北京人是否是我们祖先争端的旁证就是,他们曾经用不太灵巧的双手打制粗陋石器。“人类使用的石器按照形态、制作方法等分为四个模式,在非洲兴起的旧石器第二模式和第三模式传入欧洲和亚洲,毫无疑问应该伴随着人群的流动。第三模式大约出现在170万年前,第二模式则是在20万年前。”吴新智告诉本刊记者,“从第三模式开始,欧洲与非洲是一个一个模式进化了,然而在中国旧石器时代的上千个遗址中,95%以上是第一模式,简直是一以贯之。”如果来自非洲的现代人果真在6万至1.8万年前,完全取代东亚境内的智人,那么我们应该发现大量更先进的第三模式石器。由此说,从大约200万年前开始,东亚境内的直立人在不受打扰的情况下持续地演化着,悠闲地使用着他们从先辈那里流传下来的合手工具,直至在这片土地上诞生出文明的曙光,似乎也是一个可能的答案。

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