[榮耀] 現代古人類進入亞洲最早時間的爭論 台大地質系李紅春教授參與國際合作成果榮登《PNAS》
 
現代古人類進入亞洲最早時間的爭論
由台大地質系李紅春教授主持的科技部-台大貴儀中心加速器質譜碳十四定年實驗室（NTUAMS Lab）參與的中國南京大學等團隊關於現代古人類（anatomically modern humans， AMHs）最早進入亞洲的研究工作於2021年2月8日在PNAS線上發表（圖1）[1]，文章一刊出就引起了不少關注，美國有線電視新聞網CNN（Cable News Network）做了相關報道（圖2），考古界頂級期刊《Archaeology》進行了評論（圖3）。

圖1 PNAS期刊線上刊載截屏
 

圖2 CNN報道截屏
 

圖3 考古學期刊評論的截屏
 
十幾年前對相同解剖學現代人類（AMHs）的基因研究表明，全球人類都是起源於非洲古人類，經過多年的研究AMHs從非洲擴散至其他地區的線路圖也有一個大致的勾畫（圖4）。根據AMHs的DNA和遺傳分子學研究，科學家們認為現代人類走出非洲的時間大致是6.5~4.5萬年[2-3]。然而，在過去幾年從中國南方幾個洞穴發現的AMHs的考古遺址，根據鈾系（²³⁰Th/U）對覆蓋在文化層上的鈣板和石鐘乳（碳酸鈣）的定年，認為這些現代種人類（AMHs）最早在12萬年前就可能達到了中國南方[4-8]。這一觀點打破了AMHs非洲單一起源的假說，因為Homo Sapiens（智人，31.5萬年）的早期擴散（17.5萬年前）是被Homo neanderthalensis（Neanderthal，尼安德塔人，7.5~5.5萬年前）所取代，而他們與AMHs有著不同的基因。由於在中國南方12~7萬年前就出現AMHs定年結果的文章發表，引起了人類演化領域的爭議與關注。不過，這些洞穴遺址的定年都不是在化石樣品（如：動物和人類的骨頭、牙齒）上，而是在文化層的上覆沉積物樣品。這樣，就存在沉積物年齡是否能夠代表文化遺址的真實年齡的問題。這是因為，骨頭和牙齒在埋藏後，容易遭受地下水的浸泡，樣品中的鈾、釷容易丟失或者加入，從而不滿足封閉體系的定年前提條件，鈾系年齡不可用。因此，只能選擇地層指示意義的碳酸鈣（鈣板或石鐘乳）進行鈾系（定年範圍在70萬年以內）。
 

圖4 智人從非洲擴散的線路和時間（來自網絡）
 
碳十四定年（定年範圍在6萬年以內）是一種廣泛用於考古的絕對定年方法，任何6萬年之內含碳樣品都可以進行定年。以南京大學地理科學學院、復旦大學生命科學學院和考古研究所為首的研究團隊，在中國南方5個洞穴遺址採集了大量的動物骨頭化石和牙齒，人牙，以及古人燒過的炭屑等樣品，人牙經過DNA鑒定確認是AMHs。他們將骨頭、牙齒和炭屑樣品送往美國Beta實驗室用加速器質譜進行碳十四定年（AMS ¹⁴C），結果顯示¹⁴C年齡均在4萬年至4千年之間。2018年南京大學團隊將研究結果投稿《Science》被駁回，審稿人認為美國Beta實驗室為商業實驗室，學術研究的公信度不夠，碳十四定年需要加強。儘管中國也有3-4個學術單位擁有AMS ¹⁴C定年實驗室，2019年南京大學團隊選擇台大AMS ¹⁴C定年實驗室進行合作。對於骨頭定年，難度較高，需要提取樣品中的骨膠原（在新鮮骨頭或牙齒中只佔0.1~0.5%），而且需要測量樣品的碳氮比值以及d¹³C和d¹⁵N。由於骨頭或牙齒在埋藏後，其中的氨基酸可能流失，在過程中後期碳的加入會導致樣品的年齡偏輕。因此，有研究者認為當樣品的C/N超過2.9~3.6，N%低於0.2~0.7%時，骨頭樣品不適合¹⁴C定年。現實中，90%以上骨頭和牙齒的樣品難以達到上述條件，況且人骨和人牙相當寶貴，很少有足夠的樣品量來提取骨膠原。為了配合南京大學這一研究合作，台大AMS實驗室建立了提取骨膠原的方法，對現代牛骨和河南殷墟已知年齡的人骨進行了骨膠原AMS ¹⁴C定年，在確定我們的定年結果可信之後，將南京大學採集的樣品進行了AMS ¹⁴C定年。在對5個洞穴遺址的炭屑、動物牙齒和骨頭、人牙等樣品進行定年後，發現所有的年齡結果都小於4.5萬年，不少樣品的年齡都很年輕，只有幾千年，沒有任何證據顯示這些考古樣品是10萬年前埋藏的。很多牙齒樣品同時做了骨膠原和全有機碳的兩種組分的AMS ¹⁴C定年。結果顯示，全有機碳的年齡的確比骨膠原的年齡偏老，指示後期碳對樣品有污染，但污染不足以讓樣品的年齡從10萬年變到幾千年。
另外，幾個人牙樣品的¹⁴C年齡與aDNA定年結果一致。在三個遺址保存條件較好的洞穴（Yangjiapo, Fuyan, Luna Caves），文化層的¹⁴C年齡從上至下年齡逐漸變老，符合沉積次序。在保存條件最好、遺址最年輕的Luna洞，沉積物中石英的熱熒光定年與化石的¹⁴C定年相近。從aDNA分析和多種定年結果看，這些洞穴考古遺址的化石年齡都不老於5萬年，不支持AMHs在12-7萬年前出現在這些遺址。
那麼，如果解釋這些遺址覆蓋在文化層之上的鈣板年齡會遠遠大於文化層的年齡呢？圖5的沉積模式圖給出了解釋。在模式1的情況下，先埋藏文化層，再沉積鈣板，這樣的情況應該是鈣板的年齡比文化層年輕，鈣板年齡可以指示文化層的埋藏年齡。但是，如果是鈣板先沉積，之後鈣板下的沉積物被水掏空（或人為挖去），文化層是後來填充進去的（不少洞穴遺址都有這種可能），此時上覆鈣板應該比文化層偏老，鈣板年齡不能指示文化層年齡。
 

圖5 關於沉積物（flowstone鈣板）年齡與化石年齡兩種關係的解釋圖。模式1符合沉積次序，沉積物年齡比文化層埋藏年齡年輕，指示文化層形成時間早於沉積物定年。模式2不符合沉積次序，沉積物年齡早於文化層埋藏年齡，沒有指示意義。
 
這一研究成果說明在確定考古年代時，要選擇正確的樣品定年，使用沉積物年齡來指示文化層年齡需要謹慎。AMHs達到中國南方的時間可能不早於6.5萬年，之前在《Nature》等期刊上發表的關於AMHs在中國南方早於12萬-7萬年前的觀點需要修正。
 
參考文獻

1. Sun et al., Ancient DNA and multimethod dating confirm the late arrival of anatomically modern humans in southern China. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 118 No. 8 e2019158118. https://doi.org/10.1073/pnas.2019158118 (2021).
2. Fu, Q., et al., A revised timescale for human evolution based on ancient mitochondrial genomes. Curr. Biol. 23, 553–559 (2013).
3. Mallick, S., et al., The simons genome diversity project: 300 genomes from 142 diverse populations. Nature 538, 201–206 (2016).
4. Liu, W., et al., Human remains from Zhirendong, south China, and modern human emergence in East Asia. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 19201–19206 (2010).
5. Liu, W., et al., The earliest unequivocally modern humans in southern China. Nature 526, 696–699 (2015).
6. Shen, G., et al., Mass spectrometric U-series dating of Huanglong cave in Hubei Province, Central China: Evidence for early presence of modern humans in eastern Asia. J. Hum. Evol. 65, 162–167 (2013).
7. Bae, C. J., et al., Modern human teeth from late Pleistocene Luna cave (Guangxi, China). Quat. Int. 354, 169–183 (2014).
8. 8. Ge, J., C. Deng, Y. Wang, Q. Shao, X. Zhou et al., Climate-influenced cave deposition and human occupation during the Pleistocene in Zhiren Cave, southwest China. Quat. Int. 559, 14–23 (2020).

 
原文連結: https://www.pnas.org/content/118/8/e2019158118
 
原文轉載自國立臺灣大學地質科學系暨研究所【2021-02-26/公告 榮耀分享】
http://web.gl.ntu.edu.tw/index.php/announcements/geological-glory/item/4050-pnas