作者:张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/16 10:36:36
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10万年前亚洲环境向好和非洲东南部环境恶化使智人从非洲走向东亚

 

人类是如何演化的?来自哪里?这个长期困扰我们的本质问题一直是科学界研究的热点课题。

在位于黄土高原的古都西安,坐落着一所以研究地球环境而闻名于世界地球科学界的专业研究机构——中国科学院地球环境研究所。该研究所科研主楼的地下层有一座“宝库”——岩芯库,它保存着来自全国各地的岩芯和地质样品。这些珍贵的材料是了解地球环境演变历史的“密钥”。

第四纪(过去260万年以来)是地质历史时期最年轻的时代,这一地质历史时期与气候变化、人类的出现和人类文化与社会发展密切相关。 

20世纪90年代,全球冰期-间冰期变化是解释第四纪全球环境和气候变化的经典理论。正是中国科学院院士、美国科学院院士安芷生研究员带领团队基于中国黄土和其他生物地质记录的研究,提出东亚环境变化的季风控制论和过去亚洲季风变迁的动力学,突破了全球冰期-间冰期经典理论,解析了亚洲环境变化机理,使得中国黄土古气候研究一直处于世界领先地位。

“我们提出亚洲季风是东亚的环境变化,尤其是中国中东部地区环境变化的直接原因。例如,夏季的降水增加和温度升高致使植被覆盖增加、土壤发育,而冬季风的加强则带来沙尘暴和粉尘堆积,形成黄土。”安芷生说。 

2024年1月9日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了由中国科学院地球环境研究所黄土与气候变化研究团队研究员敖红和安芷生院士联合国内外专家开展的季风气候与古人类从非洲向东亚迁徙存在的联系研究。该研究通过综合新的中国黄土季风重建记录、东亚古气候模拟、亚洲古人类遗址记录整合、古人类栖息环境模拟,发现地球轨道驱动导致的末次间冰期亚洲季风降雨增加和非洲东南部环境恶化对智人在约10万年前从非洲走向东亚分别具有重要的“牵引”和“推动”作用。

关于人类起源、演化与迁徙的争论

在分子人类学出现以前,各国学者已经对人类的演变、扩散有了多维度的研究。在考古人类学上,同样是达尔文在创立生物进化论之后,先是当时考古学比较发达的欧洲发现多个古人类遗址、化石,一度认为欧洲是人类的发源地。后来印尼爪哇人和我国周口店北京猿人等的发现,使亚洲起源说风靡一时。再后来随着非洲发现越来越多、越来越早的遗址和化石开始愈加支持达尔文最初的猜想“人类的摇篮——非洲”。

随着分子人类学的介入。对人类起源问题的争论和研究又进入一个更细微更深入更广泛的范畴。简单来说,分子人类学是利用DNA遗传信息来分析人类的起源、演变问题的人类学学科。

1987年,美国夏威夷大学的瑞贝卡·坎恩破译了来自世界各地的妇女的线粒体DNA,发现现代女性的线粒体DNA都来自一位妇女,她大约生活在15万年-20万年前的非洲。

进入21世纪后,分子人类学家再次成功破译了男性遗传密码的Y染色体。他们通过研究得出结论,现代男性都有一个共同的父亲,他生活的年代也应该在大约15万年前的东部非洲。   

曾经的初中教科书也介绍,分布在中国的现代人是由生活在40万年前的北京猿人进化而来。这个说法的理论依据是人类的多地区起源说,认为在欧、亚、非的现代人都是由当地的猿人进化而来。

中国科学院昆明动物研究所宿兵研究员在查阅中国现有化石的年代以后,发现了一个不容忽视的断层。这个断层从大约10–4万年前,没有任何人类化石出土。经推测,生活于东亚的直立人和早期智人(Homo Sapiens)在最近一次的冰川时期,由于恶劣的气候而绝灭。取而代之的是从非洲不远万里迁徙而来的现代人种。

我国科学家金力带领学生做了覆盖整个东亚、东南亚、西伯利亚的1万多个样本。他们的研究结果《东亚现代人的非洲起源:12000个Y染色体的故事》2001年在《科学》上发表后,再次印证了非洲起源说。

据文献资料,2005年一项庞大的多国合作计划启动——“基因地理计划”,经过科研人员的努力,不但再次证实全球人类都从非洲走出,还大致绘制出了人类的迁徙路线图,尽管路线图在细节上不可能做到准确,但分析结果说明问题——人类确实是从非洲走出。

但仍有科学家支持“多地区起源说”。

此次成果的创新之处

中国科学院地球环境研究所研究员敖红领导的国际研究团队进行的是中国黄土环境磁学、第四纪地质学、古人类学交叉研究。

“这一多学科交叉研究揭示出气候变化对约10万年前智人(Homo Sapiens)从非洲迁徙到东亚具有重要促进作用。”敖红介绍。

环境磁学是一门通过分析物质磁性与环境变化关系,进而揭示不同时空尺度环境作用的新兴交叉学科。目前环境磁学研究涉及大气圈、水圈、岩石圈和生物圈中的磁性颗粒,在地球系统科学研究中具有重要作用。

“环境磁学在中国黄土古气候与古环境演化研究中发挥了重要积极作用,为推动中国黄土成为与深海沉积和极地冰芯并列的国际第四纪气候变化研究三大支柱作出了重要贡献。”敖红进一步阐述,这个也是地质第四纪学界公认的。

过去古人类学家等通过研究发现非洲是人类的发源地,古人类以非洲为中心逐渐迁徙到其它大陆。已有研究表明气候变化在非洲古人类演化和扩散过程中发挥了重要作用。敖红进一步说明,欧亚板块是地球上最大的陆地板块,其西部与非洲大陆直接相连,是古人类走出非洲的第一站。

“在人类居住最为密集的亚洲南部和东部,其气候主要受到季风环流(亚洲季风)的影响。亚洲季风是全球最大、最活跃的季风系统。然而我们对过去亚洲季风变化在古人类从非洲迁徙到东亚过程中扮演了怎样的角色仍然不甚清楚。”敖红强调说。

敖红等这一研究通过对黄土高原中部最厚的环县黄土剖面进行高分辨率野外样品采集(图1)和实验室的环境磁学多指标测试分析,构建穿越过去28万年来的高分辨率亚洲季风演化记录。结果表明过去28万年来,亚洲夏季风降雨具有10万年、4万年、2万年的多周期变化特征(图2)。通过综合古气候模拟结果,研究团队认为亚洲季风降雨周期性的增加/减少是由太阳辐射、全球冰量、温室气体含量共同驱动的。通过亚洲古人类遗址和古气候数据的综合对比,该研究团队发现智人(Homo sapiens)从非洲迁徙到东亚发生在距今12–7万年前,对应着亚洲季风降雨增加和温度升高的末次间冰期环境。

图1 研究团队在环县黄土剖面考察。

“与亚洲气候变化相反,非洲东南部气候在末次间冰期是显著变干的。”敖红指出,“进一步综合古人类栖息环境模拟结果(图3),我们研究团队提出亚洲季风加强和非洲东南部气候恶化的共同作用导致了智人从非洲向东亚的迁移(图4)。”

图2 基于气候代用指标和模式重建的东亚气候变化记录。

研究团队的阮骄杨博士通过计算机模拟重现的古人类栖息环境表明:在智人从非洲迁徙到东亚的末次间冰期时,东亚古人类栖息环境向好发展,而非洲东部和南部古人类栖息环境则显著变差(图3)。

为此,该研究团队就提出亚洲季风加强和非洲东南部气候恶化的共同作用导致了智人从非洲向东亚的迁移(图4)。

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图3 东亚智人化石年代与计算机模拟的古人类栖息环境。

图 4   古人类从非洲干旱环境迁徙到相对适宜的东亚环境示意图。图片均来自受访者论文

据了解,该研究得到中国科学院战略先导专项(XDB40000000)、第二次青藏高原科学考察与研究计划(2019QZKK0707)、国家自然科学基金、陕西省青年拔尖人才计划项目等资助。

文章相关信息:www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2308994121




 
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