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今日Nature:中国学者陕西黄土考古,改写人类历史!
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今日Nature:中国学者陕西黄土考古,改写人类历史!

2018-7-13 09:21| 发布者: 法良| 查看: 123| 评论: 0
摘要: 今天,Nature在线发表了由中国科学院广州地球化学研究所朱照宇研究员领导的科研团队在黄土高原旧石器时代考古方面的研究成果。该项研究由来自国内外11家单位的11名学者共同参与,其中有英国科学院院士、埃克塞特大学 ...

今天,Nature在线发表了由中国科学院广州地球化学研究所朱照宇研究员领导的科研团队在黄土高原旧石器时代考古方面的研究成果。该项研究由来自国内外11家单位的11名学者共同参与,其中有英国科学院院士、埃克塞特大学(Exeter Univercity)的Robin Dennell教授和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的黄慰文研究员。论文标题为:Hominin occupation of the Chinese Loess  Plateau since about 2.1 million years ago(古人类约在210万年前占据黄土高原)。

该文报告了在黄土高原南部、秦岭北麓的陕西省蓝田县上陈村一带新发现的一个早更新世的古人类旧石器遗址,在这个遗址的黄土-古土壤序列的17个原生层位(S15~L28)中发现了96件石器。在这些石器中有石核、石片、刮削器、尖状器、钻孔器和石锤,还有手稿和两面器,这表明它们是旧石器早期的产物。除了发现上述石器外,同时还见有一个鹿的下颚以及牛的下颚化石残骸以及其他骨头化石碎片。该成果表明人类至少早在212万年前就已经离开非洲而出现在亚洲东部,这比格鲁吉亚的德玛尼西遗址显示的年龄还要早约27万年。因此,人们有必要重新审视早期人类的起源、迁徙和扩散的经典模式。

 

确定某个物种的首次出现需要两个条件,一来要有确凿的证据证明物种的存在,二来需要界定含有相关样本的地质材料的年龄。物种的遗骸通常能较轻易地在他们生活过的地方的化石沉淀物中找到。相较而言,古人类的种群数量比较小,留下的化石遗骸也很少,但只要找到了,一根手指骨也可以证明其存在。然而,到了石器时代(至少330万年前),人们开始人为地把天然石头进行加工制作成石器,那么这些人工制品的发现也可以证明古人类存在过。

 

到目前为止,非洲以外发现的比较公认的最古老古人类是位于格鲁吉亚(Georgia)的德马尼西人(Dmanisi)。该地点的挖掘发现了大量历史在约185万至178万年前的多种古人类遗骸与人工制品。从西欧到东亚,古人类的许多后期活动地点也都得到了科学的研究。而这次朱照宇教授的团队发现上陈村有古人类存在过的证据主要是分布在发育完整和连续沉积的风成黄土-古土壤地层中的人工打制的石器,该发现将古人类离开非洲的时间前推到


约212万年前。

许多人类遗址的年代可以通过放射性测年法(例如,火山岩)等进行测算。由于上陈村黄土地层中缺乏火山岩,朱和同事使用古地磁测年法测定古土壤和黄土沉积层的年龄。这种技术主要依靠地磁场的记录,通过测量某一地质年代岩石的剩余磁化强度的方向,分析其磁化历史,确定该地质年代的地磁极位置和方向。沉积物中的磁性矿物就像一个个小罗盘一样记录着磁场方向,当沉淀物被埋藏后,那个时间点的磁性就被锁定,在这些沉积岩中发现的矿物磁性就为其提供了一个指纹,可以与地磁极性年表(GPTS)参考对应来确定沉积岩年代。

 

上陈村的发现地点包括非常陡峭的裸露黄土-古土壤地层和被植被覆盖的斜坡,这使得样本收集更为困难,但作者提供的数据与古地磁标准年代(GPTS)的相关性非常强。研究团队是否已经找到了当地最古老的人工制品,我们尚不能定论。如今正值农忙季节,更进一步的调查和采样工作难以进行,但这将会是团队未来的工作方向。

 

这个旧石器遗址中发现的96件石器,主要是小石片和大石核,与其周围粉砂级的黄土和古土壤形成鲜明对比。作者指出,古人类也许是从附近的秦岭山脉将这些石头运到这里,然后进行打制。如果可以确定石头的确切来源,我们就能确定那时候古人类对于原材料的运输能力。

 

这些石器的形式很简单,大大小小的石头具有有限数量的打击疤痕,一些石片有明显的后续加工痕迹,并且几个鹅卵石可能曾被用作石锤。这些上陈村发现的工具的特征与非洲相似年代发现的工具有极大相似性。但是根据作者的论文,现场并没有发现加工这些石器的迹象,因此这些石器的生产也许在别处。然而正如前文所说,现场环境难以进行大范围挖掘,因此这一猜想有待更加彻底的调研。

 

这些石器是用来做什么的呢?朱照宇教授等人在这些石器周围发现了动物遗骸,包括猪、鹿、牛、羊的骨头和牙床。作者没有说明是否这些石器的用途与遗骸之间有关联性,为了评估这种可能性,有必要再确定一些迹象,例如:骨头上的切割痕迹指向用工具去除皮肉; 骨头上有破损痕迹,表明它们被锤击来提取骨髓; 工具有所磨损或工具上存在微量生物残留物,表明它们被作为切割工具使用过。

 

古人类可能在600万年前起源于非洲,但欧亚大陆缺乏任何可追溯到该区间早期部分的任何人类遗址,但南方古猿化石的踪迹在我国已经有所发现。目前已知的属于人类最古老的化石,是来自埃塞俄比亚的一块约280万年前的骸骨,它提供了古人类在非洲的时间上的估计。

 

古人类的离开可能是由于更新世冰期的气候变化。向高纬度的迁移是否意味着那时候的古人类已经进化到了能适应更冷的气候?也许是的。传统理论来说,古土壤形成于温暖湿润的气候下,而黄土形成于寒冷干燥的条件,在这次发现中,古土壤中的石器数量与黄土中的比例大概是2:1,由此猜测,根据气候不同,这个地区的人口也在随之增减。

 

从非洲东部到东亚的大约14,000公里长途跋涉也证明了人口的一个大范围的扩张。人类领土的扩张可能由于人口的增加或是资源的匮乏。然而,即使每年只有5-15公里的扩散速度,这个值也远远超过一个现代狩猎者的日常捕食范围。而且,按照这个速度,古人类跨越非洲和亚洲之间的距离可能只需要1000到3000年。目前古人类居住遗址的发现以及研究人员可用的测年技术还不足以解决这种潜在速度的分散事件,或确定其确切形式,但我们可以肯定期待更多有助于解决这个迁移之谜的发现。

 

界定非洲以外的古人类出现的时间节点历来是人们关注的焦点。现存最早的亚洲人类骨骼和人工制品的证据属于格鲁吉亚的德马尼西人(Dmanisi, Georgia),其历史可以追溯到大约177到185万年前;中国南部的元谋曾发现两颗可能属于直立人的门牙,其历史在170万年以上;来自蓝田(公王岭)的直立人头盖骨,最近确认其历史大约在163万年;来自爪哇桑吉兰遗址的早期人类化石,其历史约在150-160万年;中国北部泥河湾盆地的马圈沟遗址和上砂嘴遗址发现的人工制品的历史也在160-170万年。

 

本文报告了新发现的早更新世大规模连续性人工制品文化层,发现地上陈是一个新发现的旧石器时代遗址,位于中国黄土高原南部,毗邻蓝田县的公王岭遗址。上陈遗址包含17个人工制品文化层,从古土壤层S15(约126万年前)一直延伸到黄土层L28(约212万年前)。这一发现意味着人类离开非洲的时间被推至德马尼西人以前。

总而言之,上陈旧石器时代古人类遗址的发现具有四个方面的科学意义:首先,这是世界上首次在中国黄土高原严格的地层框架下建立的早更新世旧石器年代序列——“黄土-古土壤-旧石器文化层序列”;其次,在重点讨论的发现有石器的17个原生层位中有11层古土壤(指示了暖湿气候期),6层黄土(指示了干冷气候期),这反映了早期人类比较适应于暖湿的气候环境;第三,这17层含石器的黄土-古土壤地层时间跨度约为85万年,这表明在126万至212万年间黄土高原有早期人类的反复(不一定是连续的)居住;第四,也是本项研究最重要的一点意义:在古人类学中最重大的问题之一是我们人类最早什么时候离开非洲,然后居住在欧亚大陆;多年来,大部分学者一直认为人类最早离开非洲的时间为185万年前,这也是西亚地区格鲁吉亚的德玛尼西遗址人类化石和石器年龄的时间;然而,在上陈旧石器遗址发现的最古老石器的年龄表明人类至少早在212万年前就已经离开非洲而出现在亚洲东部,这比德玛尼西遗址显示的年龄还要早约27万年。由此,人们有必要重新审视早期人类的起源、迁移和扩散的经典模式。

 

中国黄土-古土壤序列的研究处于国际领先学术地位,而这一突破性研究成果拓展了古人类古文化在黄土-古土壤研究方面的新方向。


作者采访


问:朱老师您好,请问本次的发现是否存在什么局限性?与我国之前的蓝田人有什么区分或关联?


答:黄土高原古人类学研究的主要局限在于,缺乏旧石器时代早期的人类遗骸和相关证据。但是蓝田县是一个例外,陈家窝遗址和公王岭遗址分别出土了直立人的下颌骨和颅骨。两个地方的出土物的年代都以古地磁测年法测定,并参考了黄土-古土壤序列的关联性。在陈家窝遗址发现的下颌骨出土于古土壤S6(约684-710万年前),公王岭遗址含有头盖骨化石的土层则与S23(约159-165 万年前)密切相关。虽然早在20世纪60年代蓝田县就曾出土一些石器,但却无法精确核定更多的地质年代信息,直到最近才有一些石器被界定在更新世中晚期。

 

问:这次的上陈村挖掘地点是新发现的吗?


答:是的,是我们团队的新发现。在我们2004到2017年的调查过程中,我们在公王岭以北约4公里处的上陈发现了这个旧石器时代的新遗址,上陈遗址是在2007年发现的,它厚约74米,从L5一直到L28(相当于深海氧同位素阶段的12到80)。在我们在黄土和古土壤剖面中发现了人工制品之后,接下来的任务就是界定这些发现物的精确年代。我们尤其注意的是样本多次打片的证据,最好是从多个方向考察:是否存在明显的打片痕迹,并据此区分人工制品和地质产物。

 

问:本次研究为什么选择“古地磁测年法”呢?


答:在一些情况下,我们会在出土地点旁采集古地磁样本以确保出土物处于未受干扰的沉积物中。在2017年的小规模采掘中,S27底部和L28上部也发现了一些石制品和哺乳动物化石。在我们的实地考察期间,我们首先要在野外划分黄土-古土壤层序,这就要根据标志层的鉴定(古土壤层S5和黄土层L9、L15、L24、L25)。然后通过粒度、化学和矿物学分析,我们得以进一步证实它们确实是风成黄土沉积,这与典型的中国黄土沉积一致。岩石磁学测量结果表明古地磁测年法适用于本地沉积物。高分辨率磁化率曲线由1,076个样本产生,平均采样间隔约为6.9厘米,显示出与中国典型黄土剖面相同的变化,并证实了我们的地层识别。而古地磁年代测定被近40年的中外学者证明是黄土地层的最佳、最合理、最适用的测年方法。因此,我们使用了古地磁定年法,而详细的各个黄土-古土壤单元的年代就参考了经典的国际地层组织承认的中国黄土地层天文轨道调谐年代序列。

 

问:本次研究过程中除了地形险峻之外是否还遇到其它方面的困难?


答:没有其它困难了。其实只要能够克服的困难都不算是困难,只能算是辛苦。在野外进行挖掘工作,难免有风沙雨雪天,还有猛烈的阳光,团队里每一个人都摔过不少跤,但是十四年大家都一路走来了,克服了很多艰辛。另一方面,要说实在的困难可能就是经费吧,哈哈,研究过程经费比较稀缺,希望未来能有所改善。


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