许昌人头骨化石揭示中国古人类演化模式 日期:2017-3-8

    《Science》杂志近日发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰等与河南省文物考古研究院、北京大学、华东师范大学、美国圣路易斯华盛顿大学等单位合作的关于河南许昌人头骨化石的论文“Late Pleistocene Archaic Human Crania from Xuchang, China” (中国许昌发现的更新世晚期古人类头骨)。该研究发现:距今10.5-12.5万年的许昌人头骨呈现出更新世晚期人类、东亚中更新世直立人及欧洲尼安德特人的混合特征,反映东亚更新世晚期人类演化特点既具有一般性的趋势,同时还呈现一定程度的地区连续性演化趋势,同时也可能反映了当时不同人群之间的交流。这项研究以详实的化石形态特征和可靠的地层年代数据展示了华北地区晚更新世早期人类形态变异及演化模式的化石证据,是我国学者在人类演化研究领域取得的又一项突破性成果。该项研究得到了国家自然科学基金(批准号:41672020、41630102、41672024)的资助。

    2005-2016年,河南省文物考古研究院研究员李占扬领导的考古队对位于河南省许昌市的灵井遗址进行了连续12年的挖掘,发现了45件人类头骨碎片化石、古人类制作使用的石器以及20余种哺乳动物化石。通过地层对比、动物群组成分析及光释光测年,人类化石的年代被确定为10.5-12.5万年。许昌人化石地点沉积物的测年研究由北京大学教育部地表过程分析与模拟重点实验室周力平教授负责,他的研究组应用最新的光释光测年技术,从沉积物中分离出石英和钾长石两种矿物,尝试了多种测量方法,最终获得了精度很高的光释光年龄数据。

    2014年以来,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰研究员领导的研究小组对许昌人头骨化石开展了修复、拼接、复原和研究工作。许昌人头骨化石出土时已经破裂成碎片, 共计45块。经过鉴定,确认这些头骨碎片代表5个个体,其中1号和2号个体相对较为完整:许昌1号由26块游离的头骨碎片组成,复原后的头骨保留有脑颅的大部分及部分底部, 代表一个年轻的男性个体;许昌2号头骨由16块游离的碎片拼接而成, 复原后的头骨保存有脑颅的后部,为一较为年轻的成年个体。

    研究小组采用形态观测、高分辨率CT扫描、手工及三维虚拟复原等手段,对许昌人头骨进行了拼接和复原,分别制作了1号和2号人头骨虚拟及实体的复原头骨及颅内膜。在此基础上,对许昌人头骨形态特征、测量数据、脑形态、脑量、颅骨内部结构等特征进行了细致的研究并与世界范围内古人类化石及数据进行了对比。

    研究发现,许昌人头骨呈现复杂的混合及镶嵌性形态特征。(1) 脑颅的扩大和纤细化:1号头骨的颅容量约为1800 cc,2号头骨虽然小于1号,但也位于晚更新世人类的平均值附近。骨壁较薄,颅形圆隆,枕圆枕弱化,眉脊厚度中等。从中更新世到晚更新世早期, 人类脑量具有增大及纤细化的演化趋势,许昌头骨明显扩大的脑量符合这一演化特点, 这说明这一时期的人类具有相似的演化模式;(2) 具有东亚中更新世早期人类(如周口店直立人、和县直立人等)的原始及共同特征:包括低矮的头骨穹隆、扁平的脑颅中矢状面、最大颅宽的位置靠下、短小并向内侧倾斜的乳突。许昌人头骨具有东亚古人类一些原始特征及若干共同的形态特征,提示从更新世中、晚期,东亚古人类可能具有一定程度的连续演化模式;(3) 具有与典型的尼安德特人相似的两个独特性状:一个性状表现在项区, 包括不发达的枕圆枕、不明显的枕外隆突伴随其上面的凹陷;另外一个性状是内耳迷路的模式,前、后半规管相对较小, 外半规管相对于后半规管的位置较为靠上。 这两个独特性状, 其中一个性状(枕圆枕上凹/项部形态)在东亚早期人类中并不清楚; 另外一个特征(内耳迷路比例)在东亚古人类只出现了1例。许昌头骨在枕圆枕上凹和颞骨内耳迷路半规管的形态上与欧洲的尼安德特人相似, 暗示了两个人群之间基因交流的可能性。许昌人头骨具有的这种混合性,尤其是镶嵌性头骨形态特征, 反映东亚更新世人类演化特点既具有一般性的趋势,同时还呈现一定程度的地区连续性以及与其它地区古人类之间的交流。

    文章通讯作者中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员吴秀杰介绍,近10年来,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所古人类化石研究课题组在中国更新世中、晚期人类演化开展了大量的野外调查、发掘和化石研究工作,取得了一批原创性研究成果。该课题组先后在湖北郧西黄龙洞、湖南道县福岩洞、安徽东至华龙洞等地发现了珍贵的古人类化石。在现代人起源领域开展了多方面的实验研究,先后完成对广西崇左智人洞、许家窑、马坝、盘县大洞、道县等中更新世晚期及晚更新世早期人类化石形态、病理、创伤、先天畸形等研究,提出早期现代人至少10万年前在华南地区出现、部分中国更新世晚期人类化石具有欧洲尼安德特人形态特征等观点。同时,在研究中注意到东亚地区更新世晚期人类演化不同步,在化石形态方面呈现明显区域性差别。这一地区早期现代人直接祖先的地区分布及化石特征还不清楚,尤其缺乏可靠的化石证据。吴秀杰研究员认为,许昌人化石的发现和研究为探讨这一问题提供了新的化石证据。许昌人很可能代表着华北地区早期现代人的直接祖先。许昌人头骨化石呈现的复杂及镶嵌性形态特征为中国古人类演化的地区连续性以及与欧洲古人类之间的交流提供了一定程度的支持。但需要指出的是,东亚更新世晚期人类演化比以往研究认为的要复杂的多。东亚古人类演化并非单纯的“线性进化”或者"取代"的简约模式,在晚更新世早期,东亚地区可能并存多种古人类群体, 不同群体之间有杂交或基因交流。

 

                                                                                     顾松竹  熊巨华  姚玉鹏

        图1.河南灵井遗址发现的许昌人1号(右侧)和2号(左侧)头骨化石虚拟复原(吴秀杰供图)

 

                图2. 许昌1号头骨化石碎片及头骨化石的虚拟复原(吴秀杰供图)

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