管窥人类历史,古老儿童

  1984年在肯尼亚北部特卡纳湖西岸,科学家发现了死于160多万年前的直立人“特卡纳男孩”,当时推测他的年龄为9岁。这个发现曾轰动一时,因为他是目前为止人类发现的最完整的古人类骨骼,包括头骨片、下颌骨、牙齿、臂骨、腿骨、脊椎骨、肋骨、骨盆。

职称:研究员

图2 河南栾川孙家洞古人类遗址发掘现场

  研究人员指出,这个发现的意义在于,它进一步支持了中国古人类连续进化学说。

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中国科学院古脊椎动物与古人类研究所赵凌霞研究员等与洛阳市文物考古研究院合作的河南栾川古人类化石研究最新成果发表于近期《人类学学报》。文章报道了栾川孙家洞出土的中更新世直立人化石,尤其重要的是发现了直立人儿童化石,为解读东亚地区古人类演化提供了宝贵证据。

  直立人是人类演化史上非常关键的一个种。他们最早开始用火,以狩猎作为生活的重要部分,他们可以制造石器,还能像现代人那样奔跑。

  (作者:赵凌霞,系中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员)

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  不过,赵凌霞也提到,想要真正了解这一古老型人类的生长模式和生活史特征,必须对栾川儿童的年龄作更精确的鉴定,借助无损微观技术进一步观察其内部的结构。

     (来源:《光明日报》 作者:赵凌霞)

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  再比如,西班牙阿塔普埃尔卡山格兰多利纳洞穴中曾被发现了人类最早达到欧洲的证据,距今80万~120万年的“先驱人”。其中,大部分个体属于儿童,包括前额骨、一个完整的面部骨骼、下颌、牙齿、手臂和脚以及膝盖骨。许多骨头上面布满划痕,科学家认为它们是被石制工具所切削过的。

  更重要的是,栾川孙家洞发现了两个少年儿童化石标本。儿童的年龄鉴定及牙齿发育特点对于探讨直立人及现代人生长发育特征的演化过程非常重要。根据这些儿童标本的观察分析,初步判断栾川古人类儿童的第一臼齿萌出年龄接近6岁,而且第一臼齿和第二臼齿的萌出时间间隔比较长,这两项重要生理指标,提示栾川直立人儿童的牙齿生长模式已经与现代人接近或相当。考虑到现代人和现生灵长类第一臼齿萌出年龄与其生活史重要参数(如新生儿脑量、成人脑量、幼儿生长期、青少年及性成熟年龄、初次生育年龄、寿命等)有密切相关性,初步推测栾川直立人可能已经具有接近或相似于现代人的生长发育模式和生活史特点,体现了栾川直立人的进步性以及中更新世直立人生物学特征的镶嵌性,即原始特征与进步特征并存。

图1 河南栾川孙家洞古人类遗址外景

  那么,至少在东亚,人类的演化模式还远没有定论。(图片来源:中科院古脊椎所 图文转自《中国科学报》 2018-08-24第3版科普)

  ●具有重要意义

图6 栾川孙家洞发现的动物化石之二

  事实上,在中国的古人类牙齿中,淅川直立人、丁村人等都有转向皱纹的特征。已有的研究显示,现代东北亚人群中转向皱纹的出现率明显高于其他地区。因此,科学家认为,下臼齿转向皱纹可能是出现于中国从直立人到现代人类各阶段人类牙齿的共同特征。

  河南栾川孙家洞位于秦岭东端支脉伏牛山区,在栾川乡湾滩村的哼呼崖上,伊河南岸。洛阳市文物考古研究院2012年在孙家洞做抢救性发掘,于原生层位发现古人类化石,同时伴有大量的哺乳动物化石以及少量人工石制品。出土的6件古人类化石,包括上颌残块(附带第一臼齿)、下颌残块(附带第一臼齿)和4枚牙齿(分别是上颌第二前臼齿,下颌外侧门齿,两个下颌第二臼齿)。这些标本代表三个古人类:一个成年人和两个未成年人,其中未成年人的牙齿生长状况分别与现代人6岁至7岁和11岁至12岁的儿童相当。

图5 栾川孙家洞发现的动物化石之一

  此外,在与更广泛的直立人、尼安德特人及晚期智人牙齿数据比较后,栾川古人类牙齿的测量值均高于尼人和智人的平均值,相比之下,与直立人的平均值更接近。因此,通过这些比较,研究人员认为,栾川古人类应该被归入直立人的变异范围。

  古人类化石稀少珍贵,而古人类的幼年化石标本,是探秘现代人独特的生长模式及生活史特征起源问题的关键证据,更是“比稀少还多一分稀少,比珍贵还多一分珍贵”。日前,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员赵凌霞等与洛阳市文物考古研究院合作,在河南栾川孙家洞出土的中更新世直立人化石,尤其重要的是发现了直立人儿童化石,为解读东亚地区古人类演化提供了宝贵证据,成果发表于近期《人类学学报》(第37卷第2期)。本期,我们邀请赵凌霞研究员解读这一发现。

图4 栾川孙家洞发现的古人类下门齿和臼齿化石

  此次在栾川孙家洞中,考古学家总共发现了6件古人类化石,包括上颌残块、下颌残块和4枚牙齿,分别是上颌第二前臼齿、下颌外侧门齿、2个下颌第二臼齿。这些化石分别属于三个个体,其中有两个是未成年个体。

姓名:赵凌霞 工作单位:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

主持这项研究的赵凌霞研究员说,“下一步将对栾川儿童的年龄做更精确鉴定,需要借助无损微观技术观察内部结构。此外,栾川孙家洞古人类化石的地质年代测定,以及伴生动物群与生态环境的深入分析尚在进行之中”。

  尽管这种观点始终备受争议,但在东亚地区,能够直接证明非洲起源说的化石证据并没有被发现。相反,更多中国境内的古人类化石证据表明,包括直立人、早期智人、现代人在演化时间分布上具有连续性,一些体质特征也有明显的延续性。

  ●孙家洞里的“宝贝”

围绕东亚直立人演化与现代人起源问题争议依然激烈,中更新世古人类化石是解决这一难题的关键。河南栾川孙家洞位于秦岭东端支脉伏牛山区,在栾川乡湾滩村的哼呼崖上,伊河南岸。洛阳市文物考古研究院2012年在孙家洞作抢救性发掘,于原生层位发现古人类化石,同时伴有大量的哺乳动物化石,以及少量人工石制品。出土的6件古人类化石,包括上颌残块、下颌残块和4枚牙齿(分别是上颌第二前臼齿,下颌外侧门齿,2个下颌第二臼齿)。这些标本代表3个古人类: 1个成年人和2个未成年人,其中未成年人的牙齿生长状况分别与现代人6-7岁和11-12岁的儿童相当。与人类化石相伴的哺乳动物化石非常丰富,初步鉴定有肿骨大角鹿、李氏野猪、中国鬣狗、梅氏犀、葛氏斑鹿等中国中更新世时期常见的代表性种类,同时还有大熊猫、貘、梅氏犀、竹鼠等华南更新世常见种类,栾川孙家洞动物群反映了南北气候地理过渡区的森林生态环境。

  这一学说与人类的起源息息相关。

  我们下一步将对栾川儿童的年龄做更精确鉴定,需要借助无损微观技术观察内部结构。此外,栾川孙家洞古人类化石的地质年代测定以及伴生动物群与生态环境的深入分析尚在进行之中。

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  与人类化石相伴的哺乳动物化石非常丰富,初步鉴定有肿骨大角鹿、李氏野猪、中国鬣狗、梅氏犀、葛氏斑鹿等中国中更新世时期常见的代表性种类,同时还有大熊猫、貘、竹鼠等华南更新世常见种类。栾川孙家洞动物群反映了南北气候地理过渡区的森林生态环境。

研究发现,栾川孙家洞古人类牙齿具有一定的原始性,明显区别于现代人,表现在牙冠尺寸大,牙根长而粗壮。前臼齿和臼齿咬合面皱纹复杂,副脊和附尖发育,下臼齿具有下原附尖等特点。相比之下,栾川古人类牙齿与我国发现的古老型智人和直立人更接近,位于周口店直立人变异范围内,可归入直立人的形态范畴。此外,栾川孙家洞3个下颌臼齿均具有转向皱纹的形态特征,这一特征在现代东亚蒙古人群比例高,也普遍存在于周口店直立人,中国其他直立人、古老型智人和晚期智人化石中,这一现象类似铲形门齿的地区性特点,支持古人类学家吴新智院士提出的中国古人类连续进化说。

  古老儿童生长发育接近现代人

     【科普小博士】

图3 栾川孙家洞发现的古人类上下颌骨与牙齿化石

  “考虑到现代人和现生灵长类第一臼齿萌出年龄与其生活史重要参数,比如新生儿脑量、成人脑量、幼儿生长期、青少年及性成熟年龄、初次生育年龄、寿命等有密切相关性,初步推测栾川直立人可能已经具有了接近或相似于现代人的生长发育模式和生活史特点。”

  ●洞里的是什么人

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  根据赵凌霞的介绍,栾川古人类儿童的第一臼齿萌出年龄接近6岁,而且第一臼齿和第二臼齿的萌出时间间隔比较长,这两项重要生理指标揭示了,栾川直立人儿童的牙齿生长模式已经与现代人接近或者相当。

  古人类幼年化石标本稀少而珍贵,是探秘现代人独特的生长模式及生活史特征起源问题的关键证据。著名的北京周口店直立人化石也发现过幼年个体,遗憾的是已全部遗失。南非著名的南方古猿汤恩小孩牙齿发育规律与猿类更接近,而区别于现代人。但是早期人属成员、直立人、古老型智人、尼安德特人等生长模式情况,如非洲肯尼亚特卡纳男孩、欧洲西班牙先驱人儿童的生长模式,是否与现代人一致还难以确定,更多儿童及未成年化石发现及其年龄鉴定是解决这一问题的关键。由于牙齿生长与一系列生命指标及生理功能如大脑发育、生长期、学习成长期、寿命、适应性等密切关联,栾川古人类儿童化石的发现,为我们探讨东亚地区直立人及古老型人类的生长模式和生活史特征,现代人一系列独特的生物学特征的起源演化过程,提供了难得的化石依据,具有重要意义。

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  对现代人和现生灵长类研究发现,现代人具有独特的牙齿生长模式和生活史,明显区别于其他灵长类动物,表现在牙齿萌出顺序不同、恒齿萌出时间及间隔延长、第一臼齿萌出年龄延迟、儿童生长期延长、性成熟晚、首次生育年龄大、寿命长等特点。

  研究发现,栾川孙家洞古人类牙齿具有一定的原始性,明显区别于现代人,表现在牙冠尺寸大,牙根长而粗壮。前臼齿和臼齿咬合面皱纹复杂,副脊和附尖发育,下臼齿具有下原附尖等特点。相比之下,栾川古人类牙齿与我国发现的古老型智人和直立人更接近,位于周口店直立人变异范围内,可归入直立人的形态范畴。此外,栾川孙家洞3个下颌臼齿均具有转向皱纹的形态特征,这一特征在现代东亚蒙古人群中比例高,也普遍存在于周口店直立人,中国其他直立人、古老型智人和晚期智人化石中,这一现象类似铲形门齿的地区性特点,支持古人类学家吴新智院士提出的中国古人类连续进化说。

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更重要的是,栾川孙家洞发现了2个少年儿童。儿童的年龄鉴定及牙齿发育特点对于探讨直立人及现代人生长发育特征的演化过程非常重要。根据5件儿童标本的观察分析,初步判断栾川古人类儿童的第一臼齿萌出年龄接近6岁,而且第一臼齿和第二臼齿的萌出时间间隔比较长,这两项重要生理指标,提示栾川直立人儿童的牙齿生长模式已经与现代人接近或相当。考虑到现代人和现生灵长类第一臼齿萌出年龄与其生活史重要参数(如新生儿脑量、成人脑量、幼儿生长期、青少年及性成熟年龄、初次生育年龄、寿命等)有密切相关性,初步推测栾川直立人可能已经具有接近或相似于现代人的生长发育模式和生活史特点,体现了栾川直立人的进步性,以及中更新世直立人生物学特征的镶嵌性,即原始特征与进步特征并存。

  但在东亚地区,另一个学说也很受关注——多地起源。100多年前,直立人扩散到了旧世界的各个地区,他们逐渐开始演化出了现代的特征以及地区性差异,而这种地区性的差异则奠定了现代人类种族差异的基础。这种观点强调,不同地区的直立人种群与他们在当地的现代人后代在时间和空间上是连续的。

古人类幼年化石标本稀少而珍贵,是探秘现代人独特的生长模式及生活史特征起源问题的关键证据。南非著名的南方古猿汤恩小孩牙齿发育规律与猿类更接近,而区别于现代人,但是早期人属成员、直立人、古老型智人、尼安德特人等生长模式情况如何?如非洲肯尼亚特卡纳男孩、欧洲西班牙先驱人儿童的生长模式,是否与现代人一致还难以确定,更多儿童及未成年化石发现与及其年龄鉴定是解决这一问题的关键。由于牙齿生长与一系列生命指标及生理功能,如大脑发育、生长期、学习成长期、寿命、适应性等密切关联,栾川古人类儿童化石的发现,为我们探讨东亚地区直立人及古老型人类的生长模式和生活史特征,以及现代人一系列独特的生物学特征的起源演化过程,提供了难得的化石依据,具有重要意义。

  栾川孙家洞出土的化石中,还包含了丰富的哺乳动物化石。比如,肿骨大角鹿、李氏野猪、中国鬣狗、梅氏犀、葛氏斑鹿等中国中更新世时期常见的代表性种类,同时还有大熊猫、貘、梅氏犀、竹鼠等华南更新世常见种类。科学家也是凭此判断,栾川古人类化石的时代应该是更新世中期。

  在同一时期,周口店第一地点的古人类化石是直立人的典型代表,其牙齿标本数量最多,测量数据及变异范围能够更好地反映直立人的牙齿特点。于是,研究人员首先将栾川古人类与周口店发现的直立人牙齿作比较,结果栾川人牙齿的长宽测量值均落在周口店直立人牙齿的变异范围之内。

  目前,学界关于现代人的起源问题长期持有两种不同的观点。最经典的当然是非洲起源说,认为解剖学上的现代人在非洲起源,然后向其他地区扩散,取代当地古人类,或者与之有少量基因融合。现有的无论是化石证据还是遗传学证据,也的确更多地支持这一说法。

  2012年,洛阳市文物考古研究院在河南栾川孙家洞进行抢救性发掘,在原生层位发现了古人类化石。尔后,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所与洛阳市文物考古研究院合作,在其中惊喜地发现了十分珍贵的直立人儿童化石。近期,这一研究成果发表在了《人类学学报》上。

  不过,直立人与早期智人牙齿大小和形态并不容易区分,栾川孙家洞古人类究竟更接近哪一种?

  与此相类似的,还有栾川 2 个下第二臼齿的“五尖型”,这也是中国古人类牙齿化石中常见的特征。不仅如此,这些特征还高频地出现在现代东亚蒙古人种中。

  中国古人类牙齿化石的共性

  直立人是亚洲人的祖先吗

  1984年,中科院院士吴新智联合国外学者提出“现代人多地区起源”假说,特别是提出了中国古人类“连续进化附带杂交”的理论,认为中国古人类以连续进化为主、基因交流为辅。

  值得一提的是,研究人员在对这些牙齿形态进行观察后有一些特别的发现,栾川3个下臼齿后尖上有一种被称为“转向皱纹”的形态特征。这种形态特征最早是在北京周口店直立人中被发现的。

  而现代人独特的牙齿生长模式及生活史,在人类演化过程中何时出现,是一个非常重要的问题,至今科学家仍没有找到答案。该研究指出,其中一个主要原因,是缺乏足够的各阶段、各类群的幼年化石材料。

  科研人员根据这些儿童标本的观察分析,特别是上颌、下颌两件标本,发现其第一臼齿刚刚萌出时间不长,仅有轻微程度的磨耗,牙根还在生长之中,同时牙床中还有未萌出的牙齿正在生长之中。初步推断,牙齿发育阶段与6~7 岁的现代儿童相当。另一单颗牙齿,从牙冠和牙根发育状况看,则估计相当于现代人11 岁左右的青少年。

  但中科院古脊椎所研究员赵凌霞表示,“至今这些儿童的生长模式是否与现代人一致,科学家还难以确定,因为更多儿童及未成年化石发现及其年龄鉴定是解决这一问题的关键”。

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