古DNA研究發現新石器時代晚期青藏高原東北部存在熱帶大型哺乳動物


5,新石型哺200年前青藏高原東北部馬家窯文化先民狩獵印度野牛和蘇門答臘犀牛的場景復原圖 （復原圖由董廣輝設計、張海巖繪制；版權所有）
（神秘的器時期青地球uux.cn報道）據中國科學院昆明動物研究所：史前人類向青藏高原擴散的歷史及其對動植物資源利用的方式是國際學術界關注的熱點科學問題。研究顯示，代晚帶粟黍農業人群在距今5,藏高存熱200年前就已經從黃土高原向西擴散到青藏高原東北部，在新石器晚期大規模定居于海拔2,北部500米以下的河谷地帶（Chen et al. Science, 2015; Li et al. Natl. Sci. Rev., 2019）。然而，乳動與同時期黃河中下游動物遺存以家養動物為主不同，研究原東青藏高原東北部動物遺存以野生動物為主，發現顯示狩獵活動在該地區動物資源利用方式的新石型哺主導地位一直持續至約4,000年前，但其原因并不清楚。器時期青其中，代晚帶大型牛科和犀科動物在這些野生動物遺存中占有重要的藏高存熱比例；然而，由于這一地區發現的北部動物遺骸往往非常碎片化，很難從形態學上鑒定準確的物種歸屬及其種群歷史動態和生態適應模式。 
山那樹扎遺址（東經104°4′24.54″，北緯34°29′34.06″，海拔2,300米）坐落于青藏高原東北部的甘肅省岷縣縣城以北10公里茶埠鎮洮河西岸的一級臺地上。該遺址的C14同位素測年結果為距今5,270-5,035年前，文化類型屬于馬家窯（5,300-4,000年前）早期文化。該遺址野生動物遺存約占全部動物遺存的78%，粟黍作物遺存占植物遺存的80%以上，說明粟黍種植和狩獵活動是該遺址先民獲得食物資源的主要方式。出土的野生動物遺存除了有羚羊、熊、虎、野豬和野兔等動物外，還出現了水鹿、金絲猴和竹鼠等熱帶/亞熱帶動物，以及無法鑒定到種屬的豐富的大型牛科和犀科動物（占13.8%）。 
中國科學院昆明動物研究所宿兵實驗室（張曉明-副研究員）與蘭州大學環境考古團隊（董廣輝-教授/陳發虎-院士）和西北農林科技大學動物科技學院（雷初朝-教授）合作，對山那樹扎遺址的10個大型牛科動物和2個犀牛科動物骨骼標本開展了古DNA研究。研究獲得了核基因組和線粒體基因組的測序數據。整合現生牛科動物和犀科動物群體大數據的系統分析表明，山那樹扎遺址的10個大型牛科動物遺骸均屬于現今只棲息于南亞和東南亞熱帶雨林地區的印度野牛，而2個犀牛遺骸屬于現今野外大約只有100多頭、只分布在印度尼西亞蘇門答臘島和婆羅洲的瀕危動物蘇門答臘犀牛，是亞洲現存唯一雙角犀和體型最小的犀牛。群體動態變化歷史分析顯示，該古代印度野牛群體規模在約2萬年前開始下降，與末次冰盛期的年代相符，并在約5千年前發生急劇下降并延續了較長的時間，與青海湖記錄的5,000-3,600年前大幅度氣候震蕩的時間相吻合。物種間的基因流分析顯示，此古代印度野牛群體與牦牛和西藏黃牛并不存在基因交流，從而推測前者與后兩者可能存在時空上的生態位隔離。該研究首次表明，現今只分布在熱帶地區的野生大型哺乳動物約在5千多年前曾生活于青藏高原東北部，成為馬家窯文化先民重要的狩獵資源。通過系統比較古氣候和動物考古數據，研究團隊提出約5,200年前較高的夏季溫度和溫暖濕潤的宜人氣候可能促使印度野牛和蘇門答臘犀牛等許多熱帶動物分布于較高緯度的地區，豐富了該地區的野生動物多樣性，為當時的先民提供了豐富的狩獵資源，使得新石器時代晚期的青藏高原東北部成為東亞地區最后的狩獵場之一。此后，約5千到4千年前，在氣候惡化（寒冷/干燥）和人類活動增強等多重影響下，青藏高原東北部野生動物多樣性顯著下降，牧業活動取代狩獵活動成為該地區先民獲取肉食資源的主要方式。 
本研究系青藏高原地區首次大型動物古DNA全基因組測序分析的工作，是遺傳學（古DNA）、考古學、古氣候學和地理學等多學科交叉合作的范例，對認識中晚全新世野生動物地理格局、氣候變化和人類活動之間的互作關系具有重要的學術價值。 
研究成果以“Ancient genomes reveal tropical bovid species in the Tibetan Plateau contributed to the prevalence of hunting game until the late Neolithic”為題，于2020年10月19日發表在國際知名綜合學術期刊《美國科學院院刊》，并被選為當期導讀文章。張曉明（副研究員）、董廣輝（教授）和宿兵（研究員）為論文的共同通訊作者，陳寧博（副教授）、任樂樂（博士）、杜琳垚（碩士生）和侯佳雯（博士生）為論文的共同第一作者。甘肅省文物考古研究所、英國自然歷史博物館和意大利帕維亞大學生物技術系的合作者在樣品采集和數據處理方面提供了幫助。該研究得到國家自然科學青年基金項目、杰出青年基金項目和國際合作重點項目以及遺傳資源與進化國家重點實驗室開放課題的資助。
文章鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/10/13/2011696117
相關報道：古基因組分析擴展印度野牛歷史分布范圍
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學報（李曉春）：西北農林科技大學動物科技學院教授雷初朝團隊與中科院昆明動物研究所、蘭州大學、英國自然歷史博物館等多家單位合作，首次對青藏高原牛科動物古DNA全基因組開展測序分析，將印度野牛歷史分布北界從此前的北緯29°擴展至北緯34°。相關成果于10月19日在美國《國家科學院院刊》發表。
中國境內牛科動物的遺傳多樣性和起源進化研究一直是國際學術界關注的前沿和熱點科學問題。雷初朝團隊之前發現，全世界家牛至少可以分為5個明顯不同的祖先類群，中國地方黃牛品種來源于其中的3個血統，其中中國瘤牛擁有極高的遺傳多樣性，近緣牛種的滲入是中國黃牛遺傳多樣性的主要貢獻源頭，但由于缺少古DNA證據，這些近緣牛種在中國的史前分布及對地方黃牛的影響尚不清楚。
該研究通過對北緯34°、海拔約2300米、年代約5200年前的甘肅岷縣山那樹扎遺址出土的10個大型牛科動物骨骼的全基因組序列進行古DNA分析，發現其屬于印度野牛分支。印度野牛屬于熱帶—亞熱帶動物，目前僅分布在北緯29°以南，在中國境內分布在云南省。
據雷初朝介紹，對2個犀科動物骨骼的線粒體DNA分析研究顯示，其為熱帶動物蘇門答臘犀牛的遺存。研究人員通過與古氣候和考古研究成果對比，表明5200年前較高的夏季溫度可能促使印度野牛等熱帶動物向北遷徙至青藏高原東北部，表明印度野牛在中國境內的史前分布范圍更廣，同時為先民提供了豐富的狩獵資源，促使新石器晚期青藏高原東北部成為東亞地區最后的狩獵場所之一。
此后，由于氣候冷干趨勢和人類活動的疊加作用導致印度野牛等熱帶動物在青藏高原東北部消失，家養牦牛和黃牛逐漸成為重要的動物資源。該研究表明除了爪哇牛外，印度野牛對中國瘤牛的影響也不能忽視。
相關專家認為，該研究有助于理清中國境內近緣牛種的史前分布，為進一步解析近緣牛種對中國地方黃牛的基因滲入等后續研究提供了重要素材，同時對解析中國地方黃牛的復雜遺傳背景和品種形成提供了重要線索。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2011696117
相關報道：5000年前，它們竟生活在青藏高原
（神秘的地球uux.cn報道）據科技日報：我國科學家的研究首次表明，約在5000多年前，現今只分布在熱帶地區的野生大型哺乳動物，曾生活于青藏高原東北部，并且是馬家窯文化先民重要的狩獵資源。史前人類向青藏高原擴散的歷史，以及他們對動植物資源利用的方式，一直是國際學術界關注的熱點謎題。
記者從中國科學院昆明動物研究所獲悉，該所宿兵實驗室與國內多個研究機構進行古DNA遺傳學、考古學、古氣候學和地理學等多學科交叉合作，發現在新石器時代晚期以前，青藏高原曾存在大型熱帶哺乳動物。
此前青藏高原發現了棕櫚等大量熱帶植物的化石，這一新發現產生的震動不言而喻。研究成果以《古基因組顯示，在新石器時代晚期以前，青藏高原存在熱帶牛科動物是狩獵活動盛行的原因之一》為題，于10月19日發表在國際學術期刊《美國科學院院刊》上，并被選為當期導讀文章。
動物遺骸碎片化存在 難以鑒定其準確物種歸屬
山那樹扎遺址，坐落于青藏高原東北部的甘肅省岷縣縣城以北10公里茶埠鎮洮河西岸的一級臺地上。在這里，比較基因組學專家發現了大量的野生動物遺存。
“與同時期黃河中下游動物遺存以家養動物為主不同，青藏高原東北部動物遺存以野生動物為主，顯示出狩獵活動在該地區動物資源利用方式的主導地位一直持續至約4000年前。但到底是什么原因，我們并不清楚。”說起此番研究的背景，昆明動物研究所副研究員張曉明介紹說，其中，大型牛科和犀科動物在這些野生動物遺存中占有較大的比例。
然而，由于這一地區發現的動物遺骸往往非常碎片化，很難從形態學上鑒定準確的物種歸屬及其種群歷史動態和生態適應模式。
此前的研究顯示，粟黍農業人群在距今5200年前就已經從黃土高原向西擴散到青藏高原東北部，在新石器晚期大規模定居于海拔2500米以下的河谷地帶。
科學家依據通用的碳14同位素測年方法，發現山那樹扎遺址距今已有5270年至5035年的歷史，文化類型屬于5300年至4000年前馬家窯早期文化。“這一遺址的野生動物遺存約占全部動物遺存的78%，粟黍作物遺存占植物遺存的80%以上，說明粟黍種植和狩獵活動是該遺址先民獲得食物資源的主要方式。”張曉明說。
這里出土的野生動物遺存中，除了有羚羊、熊、虎、野豬和野兔等動物外，令人驚異的是，還發現有水鹿、金絲猴和竹鼠等熱帶、亞熱帶動物，以及無法鑒定種屬的大型牛科和犀科動物。
氣候從宜人到惡劣 使野生動物多樣性顯著下降
張曉明與蘭州大學環境考古團隊董廣輝教授及陳發虎院士、西北農林科技大學動物科技學院雷初朝教授合作，展開了對山那樹扎遺址的10個大型牛科動物和2個犀牛科動物骨骼標本的古DNA研究。
“通過古DNA研究，我們得到了核基因組和線粒體基因組的測序數據。”雷初朝教授介紹說，他們整合現生牛科動物和犀科動物群體大數據，進行了系統的分析。
結果表明，山那樹扎遺址的10個大型牛科動物遺骸，都屬于現今只棲息于南亞和東南亞熱帶雨林地區的印度野牛；而遺存中的兩個犀牛遺骸，則屬于現今野外大約只有100多頭、只分布在印度尼西亞蘇門答臘島和婆羅洲的瀕危動物蘇門答臘犀牛，是亞洲現存唯一雙角犀和體型最小的犀牛。
而群體動態變化歷史分析顯示，這個古代印度野牛群體規模在約2萬年前開始下降，與末次冰盛期的年代相符，在約5000年前發生急劇下降并延續了較長的時間，與青海湖記錄的5000年至3600年前大幅度氣候震蕩的時間相吻合。
“物種間的基因流分析顯示，這種古代印度野牛群體與牦牛以及西藏黃牛并不存在基因交流，從而我們推測古印度牛和后兩者可能存在時空上的生態位隔離，也就是說它們并不在同一時期。”張曉明說，這也首次表明，約在5000多年前，現今只分布在熱帶地區的野生大型哺乳動物，曾生活于青藏高原東北部，并且是馬家窯文化先民重要的狩獵資源。
研究團隊通過系統比較古氣候和動物考古數據還提出，約5200年前，較高的夏季溫度和溫暖濕潤的宜人氣候，可能促使印度野牛和蘇門答臘犀牛等許多熱帶動物分布于較高緯度的地區，豐富了該地區的野生動物多樣性，為當時的先民提供了豐富的狩獵資源，使得新石器時代晚期的青藏高原東北部，成為東亞地區最后的狩獵場之一。
此后約5000年到4000年前，寒冷、干燥天氣來襲，氣候惡化，人類活動增強，在多重因素影響下，青藏高原東北部野生動物多樣性顯著下降，牧業活動取代狩獵活動成為該地區先民獲取肉食資源的主要方式。
“這項研究，是青藏高原地區首次大型動物古DNA全基因組測序分析的成果，是多學科交叉合作的范例，對我們認識中晚全新世野生動物地理格局、氣候變化和人類活動之間的互作關系具有重要學術價值。”董廣輝說。
相關鏈接：解密歷史的古DNA
古DNA是指古代生物遺體或遺跡中殘存的DNA片段，包括古人類、動植物和微生物DNA。古DNA是分子考古學的核心，它利用現代分子生物學的手段提取和分析保存在古代人類和動植物遺骸中的古DNA分子，以解決考古學問題。
古DNA研究通過比較古生物和現代生物之間遺傳的差異和聯系，在古代和現代生物的譜系關系研究、瀕危物種的保護、人類的起源和進化、模擬人類遷移路線、墓葬個體間親緣關系、墓葬群體關系（族屬）研究、人類遺骸的性別鑒定、古病理與飲食研究、動植物的家養和馴化過程、農業的起源和早期發展等方面發揮了獨特作用。
目前古DNA研究主要使用考古學標本，一般選取保存完整、沒有裂痕的牙齒和肢骨，注意防止污染。在實驗室工作階段，要經歷樣本評估、處理、DNA提取、PCR擴增、PCR產物的測序、數據真實性檢驗和數據處理分析等步驟。
目前有關古DNA的研究實例主要涉及古代人骨和動物骨骼的研究。如通過研究內蒙古商都東大井墓地東漢時期、察右中旗七郎山墓地魏晉時期拓跋鮮卑遺存的人骨樣本，得出拓跋鮮卑和匈奴之間有很近的親緣關系以及拓跋鮮卑是現代錫伯族直接祖先的結論；對偃師二里頭遺址出土的古綿羊研究的成果顯示二里頭古綿羊與中國特有的地方品種有著共同的母系祖先，野生盤羊和原羊不是中國藏系和蒙古系綿陽的母系祖先。