“遺傳意義上對現(xiàn)今東亞和大洋洲人群有貢獻的古老型人類丹尼索瓦人是誰”，這是丹尼索瓦人發(fā)現(xiàn)15年來最重要的國際難題之一。針對這一難題，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹科研團隊與河北地質(zhì)大學(xué)季強科研團隊合作，對距今至少14.6萬年的哈爾濱古人類近完整顱骨開展了分子古生物學(xué)研究。聯(lián)合團隊建立了古蛋白全自動化鑒定人群的方法體系，產(chǎn)生了迄今最高質(zhì)量的古人類蛋白組數(shù)據(jù)；優(yōu)化了古DNA提取實驗和針對微量古DNA系統(tǒng)化建立了多種生信分析方法，另辟蹊徑實現(xiàn)了牙結(jié)石中微量中更新世晚期人類古DNA的首次提取?；谶@些創(chuàng)新性的古蛋白和古DNA的分析方法，聯(lián)合團隊發(fā)現(xiàn)哈爾濱古人類是丹尼索瓦人，且線粒體屬于已知早期丹尼索瓦人支系。這兩項研究成果于今年6月18日在《Science》和《Cell》雜志上線發(fā)表。哈爾濱中更新世人類古蛋白和古DNA水平的關(guān)鍵證據(jù)揭示丹尼索瓦人至少14.6萬年前已廣泛分布在亞洲廣大區(qū)域，表明“神秘的丹尼索瓦人”的形態(tài)特征，耦聯(lián)了分子古生物學(xué)證據(jù)與形態(tài)學(xué)證據(jù)，突破了傳統(tǒng)研究骨骼DNA的局限，通過微量牙結(jié)石研究古人類，這為從更新世人類化石恢復(fù)人類古DNA提供了新的可能。專家高度評價其“突破之處在于顯示了卓越的實驗和生信分析”，“研究具有關(guān)鍵貢獻——給了丹尼索瓦人一張“臉”，打開了延展其他化石關(guān)聯(lián)到丹尼索瓦人的可能”。
2010年，基于遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)了神秘的丹尼索瓦人。此前的研究將來源于西伯利亞丹尼索瓦洞穴、青藏高原白石崖溶洞以及臺灣澎湖海域等遺址點出土的牙齒、骨骼碎片及不完整下頜骨歸屬于丹尼索瓦人群，暗示他們可能曾廣泛分布在亞洲地區(qū)。然而，現(xiàn)有的丹尼索瓦遺骸都較為殘破，缺乏同時具備完整形態(tài)特征和確鑿分子證據(jù)的化石標本，嚴重阻礙了對該人群形態(tài)、分布及其在東亞古人類演化中作用的認知。河北地質(zhì)大學(xué)收藏的哈爾濱中更新世人類頭骨有希望成為解決這一瓶頸問題的關(guān)鍵證據(jù)。
中國黑龍江省哈爾濱市發(fā)現(xiàn)的保存近乎完整的中更新世人類頭骨化石（鈾系測年≥14.6萬年）（圖1，圖2），季強等人（2021）將其正式命名為一個新的人種，即“龍人”（Homo longi）。形態(tài)學(xué)研究揭示其與青藏高原白石崖溶洞的丹尼索瓦下頜骨存在顯著相似性，暗示其可能同屬于丹尼索瓦人。最新的古蛋白質(zhì)組和古DNA研究為哈爾濱古人類化石的群體歸屬和丹尼索瓦人群的較完整形態(tài)與遺傳譜系提供了關(guān)鍵線索。
近幾年來，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹科研團隊與河北地質(zhì)大學(xué)季強科研團隊合作，通過自主建立的前沿古蛋白實驗與創(chuàng)新的古DNA實驗方案，對哈爾濱頭骨化石及其牙結(jié)石（新途徑）展開雙重攻關(guān)，首次將一具近乎完整的古人類頭骨與神秘的丹尼索瓦人群關(guān)聯(lián)起來，一舉破解了困擾學(xué)界十五年之久的丹尼索瓦人形態(tài)之謎，為探討丹尼索瓦人群的時空分布以及東亞的古人類演化歷史提供了重要證據(jù)。兩項研究成果分別以“The proteome of the late Middle Pleistocene Harbin individual”（哈爾濱中更新世晚期人類個體的蛋白質(zhì)組）和“Denisovan Mitochondrial DNA from Dental Calculus of the > 146,000-year-old Harbin Cranium”（距今至少14.6萬年的哈爾濱人類頭骨牙結(jié)石中發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人線粒體DNA）為題發(fā)表在《Science》和《Cell》雜志上。
聯(lián)合研究團隊通過自主建立的古蛋白質(zhì)組實驗系統(tǒng)從哈爾濱古人類化石中獲取到大量質(zhì)譜數(shù)據(jù)，鑒定到308,458個譜圖與20,455個肽段，通過降解相關(guān)修飾的分析確認了95種內(nèi)源性蛋白質(zhì)；這代表著目前已知最高質(zhì)量的古人類蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，肽段數(shù)比此前基于同時期化石產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多了11倍（圖1）。該團隊還首創(chuàng)了古蛋白全自動化鑒定人群分類的方法體系，發(fā)現(xiàn)122個在人科物種中特有的氨基酸突變位點。其中，102個黑猩猩、大猩猩和猩猩中的位點為衍生型，而哈爾濱古人類個體表現(xiàn)為100%匹配的祖先型；15個位點為人屬衍生型，哈爾濱古人類個體表現(xiàn)為100%匹配的衍生型。因而，團隊將哈爾濱古人類個體歸入人屬。同時，該研究團隊發(fā)現(xiàn)4個丹尼索瓦人群特有的突變位點，包括1個祖先型位點和3個衍生型位點，3個衍生型位點匹配率高達86.57%（1個質(zhì)量高，2個質(zhì)量略低）。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，該哈爾濱古人類個體與發(fā)現(xiàn)于丹尼索瓦洞穴的Denisova 3號個體構(gòu)成單系類群（支持率98%-100%）。相關(guān)研究證實了其為丹尼索瓦相關(guān)人群，實現(xiàn)了完整頭骨形態(tài)與分子證據(jù)的直接關(guān)聯(lián)。
解決了古蛋白質(zhì)組自動化分析的難點后，該研究團隊依然面臨著古DNA研究的挑戰(zhàn)。實際上，目前全球僅有4個10萬年以上的古人類遺址成功獲取到人骨古DNA數(shù)據(jù)，從距今至少14.6萬年前的哈爾濱古人類化石樣本中獲取古DNA同樣面臨著嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。哈爾濱古人類的牙齒和顳骨均無任何的人類古DNA留存；由于牙結(jié)石致密的礦化結(jié)構(gòu)為古DNA保存提供了相對封閉的微環(huán)境，該研究團隊另辟蹊徑創(chuàng)新性地聚焦牙結(jié)石樣本。針對兩份極其微量的牙結(jié)石樣本（0.5mg和0.3mg），優(yōu)化了古DNA的提取實驗方案，將可能存在的提取液及實驗過程的殘留物進行多方案提取，構(gòu)建20個文庫；該研究團隊進而從中篩選出7個含丹尼索瓦特異性變異的文庫（均來自0.3mg樣本）用于下游分析。同時，通過自主開發(fā)算法，識別并嚴格篩選具有古DNA損傷特征的短片段（≤60 bp），通過算法構(gòu)建人類祖先型與丹尼索瓦祖先型的參考序列，最大程度地減小比對誤差和篩選出古DNA片段?；谒拗骶€粒體的DNA分析明確了哈爾濱古人類位于丹尼索瓦人線粒體DNA變異范圍內(nèi)。該研究團隊還研發(fā)確定不同支系的關(guān)鍵位點的分析方法，明確其有27個位點屬于只有所有丹尼索瓦人特有的變異，還有至少5個變異位點屬于西伯利亞丹尼索瓦洞穴早期譜系（圖2）?？紤]到丹尼索瓦洞穴早期人類個體的年代范圍（12.7-21.7萬年）和哈爾濱古人類個體的年代（不晚于14.6萬年），這一古人類群體在中更新世晚期已廣泛分布于從西伯利亞到中國東北的廣闊地域。該研究證實了更新世牙結(jié)石可能保存宿主古DNA，為突破中更新世人類古DNA研究的技術(shù)瓶頸開辟了新路徑。
兩項研究互為印證，首次將一具近乎完整的古人類頭骨與丹尼索瓦人的分子證據(jù)（包括古蛋白與古DNA）關(guān)聯(lián)起來，不僅了解了“龍人”的古DNA和古蛋白信息，而且揭示了丹尼索瓦人較完整的頭骨形態(tài)，這為識別東亞地區(qū)其他可能屬于丹尼索瓦人的古人類化石（如大荔人、金牛山人等）提供了重要參照。
從宏觀角度看，該研究為理解丹尼索瓦人在亞洲的遷徙擴散提供了清晰線索，但同時也引發(fā)了新的科學(xué)問題。哈爾濱個體與西伯利亞早期丹尼索瓦人（距今12.3-21.7萬年）的緊密遺傳聯(lián)系，證實丹尼索瓦人在中更新世晚期就已經(jīng)廣泛分布于西伯利亞和東亞北部，這一早期分支是否擴散至更南區(qū)域，其與中國其他古人類群體存在怎樣的互動？前人的研究表明存在不同支系的丹尼索瓦人群對現(xiàn)代東亞和大洋洲人群的多次滲入，這些不同分支的丹尼索瓦人群源頭又在哪里？東亞地區(qū)其他古人類化石或許是解答這些問題的關(guān)鍵，而研究團隊的這兩項成果為后續(xù)的中晚更新世古人類遺傳學(xué)研究提供了很好的范本。未來，若能建立更多相對完整的頭骨形態(tài)與分子古生物學(xué)證據(jù)的聯(lián)系，將對探究丹尼索瓦人群的形態(tài)共性、內(nèi)部多樣性以及不同支系的時空分布、演化歷史及其與現(xiàn)生人群的關(guān)系發(fā)揮關(guān)鍵作用。
圖1更新世古人類個體的地理分布及其蛋白質(zhì)組特征（僅包含已報道的古蛋白質(zhì)組相關(guān)研究）。
圖2 近乎完整頭骨牙結(jié)石中的丹尼索瓦人線粒體DNA的演化圖。
相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院的經(jīng)費支持。
論文鏈接：www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00627-0
www.science.org/doi/10.1126/science.adu9677
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-5411-0.html最新研究闡明哈爾濱古人類是丹尼索瓦人
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