古DNA研究发现新石器时代晚期青藏高原东北部存在热带大型哺乳动物
古DNA研究发现新石器时代晚期青藏高原东北部存在热带大型哺乳动物
5,200年前青藏高原东北部马家窑文化先民狩猎印度野牛和苏门答腊犀牛的场景复原图 （复原图由董广辉设计、张海岩绘制；版权所有）
（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学院昆明动物研究所：史前人类向青藏高原扩散的历史及其对动植物资源利用的方式是国际学术界关注的热点科学问题。研究显示，粟黍农业人群在距今5,200年前就已经从黄土高原向西扩散到青藏高原东北部，在新石器晚期大规模定居于海拔2,500米以下的河谷地带（Chen et al. Science, 2015; Li et al. Natl. Sci. Rev., 2019）。然而，与同时期黄河中下游动物遗存以家养动物为主不同，青藏高原东北部动物遗存以野生动物为主，显示狩猎活动在该地区动物资源利用方式的主导地位一直持续至约4,000年前，但其原因并不清楚。其中，大型牛科和犀科动物在这些野生动物遗存中占有重要的比例；然而，由于这一地区发现的动物遗骸往往非常碎片化，很难从形态学上鉴定准确的物种归属及其种群历史动态和生态适应模式。
山那树扎遗址（东经104°4′24.54″，北纬34°29′34.06″，海拔2,300米）坐落于青藏高原东北部的甘肃省岷县县城以北10公里茶埠镇洮河西岸的一级台地上。该遗址的C14同位素测年结果为距今5,270-5,035年前，文化类型属于马家窑（5,300-4,000年前）早期文化。该遗址野生动物遗存约占全部动物遗存的78%，粟黍作物遗存占植物遗存的80%以上，说明粟黍种植和狩猎活动是该遗址先民获得食物资源的主要方式。出土的野生动物遗存除了有羚羊、熊、虎、野猪和野兔等动物外，还出现了水鹿、金丝猴和竹鼠等热带/亚热带动物，以及无法鉴定到种属的丰富的大型牛科和犀科动物（占13.8%）。
中国科学院昆明动物研究所宿兵实验室（张晓明-副研究员）与兰州大学环境考古团队（董广辉-教授/陈发虎-院士）和西北农林科技大学动物科技学院（雷初朝-教授）合作，对山那树扎遗址的10个大型牛科动物和2个犀牛科动物骨骼标本开展了古DNA研究。研究获得了核基因组和线粒体基因组的测序数据。整合现生牛科动物和犀科动物群体大数据的系统分析表明，山那树扎遗址的10个大型牛科动物遗骸均属于现今只栖息于南亚和东南亚热带雨林地区的印度野牛，而2个犀牛遗骸属于现今野外大约只有100多头、只分布在印度尼西亚苏门答腊岛和婆罗洲的濒危动物苏门答腊犀牛，是亚洲现存唯一双角犀和体型最小的犀牛。群体动态变化历史分析显示，该古代印度野牛群体规模在约2万年前开始下降，与末次冰盛期的年代相符，并在约5千年前发生急剧下降并延续了较长的时间，与青海湖记录的5,000-3,600年前大幅度气候震荡的时间相吻合。物种间的基因流分析显示，此古代印度野牛群体与牦牛和西藏黄牛并不存在基因交流，从而推测前者与后两者可能存在时空上的生态位隔离。该研究首次表明，现今只分布在热带地区的野生大型哺乳动物约在5千多年前曾生活于青藏高原东北部，成为马家窑文化先民重要的狩猎资源。通过系统比较古气候和动物考古数据，研究团队提出约5,200年前较高的夏季温度和温暖湿润的宜人气候可能促使印度野牛和苏门答腊犀牛等许多热带动物分布于较高纬度的地区，丰富了该地区的野生动物多样性，为当时的先民提供了丰富的狩猎资源，使得新石器时代晚期的青藏高原东北部成为东亚地区最后的狩猎场之一。此后，约5千到4千年前，在气候恶化（寒冷/干燥）和人类活动增强等多重影响下，青藏高原东北部野生动物多样性显著下降，牧业活动取代狩猎活动成为该地区先民获取肉食资源的主要方式。
本研究系青藏高原地区首次大型动物古DNA全基因组测序分析的工作，是遗传学（古DNA）、考古学、古气候学和地理学等多学科交叉合作的范例，对认识中晚全新世野生动物地理格局、气候变化和人类活动之间的互作关系具有重要的学术价值。
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”为题，于2020年10月19日发表在国际知名综合学术期刊《美国科学院院刊》，并被选为当期导读文章。张晓明（副研究员）、董广辉（教授）和宿兵（研究员）为论文的共同通讯作者，陈宁博（副教授）、任乐乐（博士）、杜琳垚（硕士生）和侯佳雯（博士生）为论文的共同第一作者。甘肃省文物考古研究所、英国自然历史博物馆和意大利帕维亚大学生物技术系的合作者在样品采集和数据处理方面提供了帮助。该研究得到国家自然科学青年基金项目、杰出青年基金项目和国际合作重点项目以及遗传资源与进化国家重点实验室开放课题的资助。
文章链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/10/13/2011696117
相关报道：古基因组分析扩展印度野牛历史分布范围
（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学报（李晓春）：西北农林科技大学动物科技学院教授雷初朝团队与中科院昆明动物研究所、兰州大学、英国自然历史博物馆等多家单位合作，首次对青藏高原牛科动物古DNA全基因组开展测序分析，将印度野牛历史分布北界从此前的北纬29°扩展至北纬34°。相关成果于10月19日在美国《国家科学院院刊》发表。
中国境内牛科动物的遗传多样性和起源进化研究一直是国际学术界关注的前沿和热点科学问题。雷初朝团队之前发现，全世界家牛至少可以分为5个明显不同的祖先类群，中国地方黄牛品种来源于其中的3个血统，其中中国瘤牛拥有极高的遗传多样性，近缘牛种的渗入是中国黄牛遗传多样性的主要贡献源头，但由于缺少古DNA证据，这些近缘牛种在中国的史前分布及对地方黄牛的影响尚不清楚。
该研究通过对北纬34°、海拔约2300米、年代约5200年前的甘肃岷县山那树扎遗址出土的10个大型牛科动物骨骼的全基因组序列进行古DNA分析，发现其属于印度野牛分支。印度野牛属于热带—亚热带动物，目前仅分布在北纬29°以南，在中国境内分布在云南省。
据雷初朝介绍，对2个犀科动物骨骼的线粒体DNA分析研究显示，其为热带动物苏门答腊犀牛的遗存。研究人员通过与古气候和考古研究成果对比，表明5200年前较高的夏季温度可能促使印度野牛等热带动物向北迁徙至青藏高原东北部，表明印度野牛在中国境内的史前分布范围更广，同时为先民提供了丰富的狩猎资源，促使新石器晚期青藏高原东北部成为东亚地区最后的狩猎场所之一。
此后，由于气候冷干趋势和人类活动的叠加作用导致印度野牛等热带动物在青藏高原东北部消失，家养牦牛和黄牛逐渐成为重要的动物资源。该研究表明除了爪哇牛外，印度野牛对中国瘤牛的影响也不能忽视。
相关专家认为，该研究有助于理清中国境内近缘牛种的史前分布，为进一步解析近缘牛种对中国地方黄牛的基因渗入等后续研究提供了重要素材，同时对解析中国地方黄牛的复杂遗传背景和品种形成提供了重要线索。
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2011696117
相关报道：5000年前，它们竟生活在青藏高原
（神秘的地球uux.cn报道）据科技日报：我国科学家的研究首次表明，约在5000多年前，现今只分布在热带地区的野生大型哺乳动物，曾生活于青藏高原东北部，并且是马家窑文化先民重要的狩猎资源。史前人类向青藏高原扩散的历史，以及他们对动植物资源利用的方式，一直是国际学术界关注的热点谜题。
记者从中国科学院昆明动物研究所获悉，该所宿兵实验室与国内多个研究机构进行古DNA遗传学、考古学、古气候学和地理学等多学科交叉合作，发现在新石器时代晚期以前，青藏高原曾存在大型热带哺乳动物。
此前青藏高原发现了棕榈等大量热带植物的化石，这一新发现产生的震动不言而喻。研究成果以《古基因组显示，在新石器时代晚期以前，青藏高原存在热带牛科动物是狩猎活动盛行的原因之一》为题，于10月19日发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》上，并被选为当期导读文章。
动物遗骸碎片化存在 难以鉴定其准确物种归属
山那树扎遗址，坐落于青藏高原东北部的甘肃省岷县县城以北10公里茶埠镇洮河西岸的一级台地上。在这里，比较基因组学专家发现了大量的野生动物遗存。
“与同时期黄河中下游动物遗存以家养动物为主不同，青藏高原东北部动物遗存以野生动物为主，显示出狩猎活动在该地区动物资源利用方式的主导地位一直持续至约4000年前。但到底是什么原因，我们并不清楚。”说起此番研究的背景，昆明动物研究所副研究员张晓明介绍说，其中，大型牛科和犀科动物在这些野生动物遗存中占有较大的比例。
然而，由于这一地区发现的动物遗骸往往非常碎片化，很难从形态学上鉴定准确的物种归属及其种群历史动态和生态适应模式。
此前的研究显示，粟黍农业人群在距今5200年前就已经从黄土高原向西扩散到青藏高原东北部，在新石器晚期大规模定居于海拔2500米以下的河谷地带。
科学家依据通用的碳14同位素测年方法，发现山那树扎遗址距今已有5270年至5035年的历史，文化类型属于5300年至4000年前马家窑早期文化。“这一遗址的野生动物遗存约占全部动物遗存的78%，粟黍作物遗存占植物遗存的80%以上，说明粟黍种植和狩猎活动是该遗址先民获得食物资源的主要方式。”张晓明说。
这里出土的野生动物遗存中，除了有羚羊、熊、虎、野猪和野兔等动物外，令人惊异的是，还发现有水鹿、金丝猴和竹鼠等热带、亚热带动物，以及无法鉴定种属的大型牛科和犀科动物。
气候从宜人到恶劣 使野生动物多样性显著下降
张晓明与兰州大学环境考古团队董广辉教授及陈发虎院士、西北农林科技大学动物科技学院雷初朝教授合作，展开了对山那树扎遗址的10个大型牛科动物和2个犀牛科动物骨骼标本的古DNA研究。
“通过古DNA研究，我们得到了核基因组和线粒体基因组的测序数据。”雷初朝教授介绍说，他们整合现生牛科动物和犀科动物群体大数据，进行了系统的分析。
结果表明，山那树扎遗址的10个大型牛科动物遗骸，都属于现今只栖息于南亚和东南亚热带雨林地区的印度野牛；而遗存中的两个犀牛遗骸，则属于现今野外大约只有100多头、只分布在印度尼西亚苏门答腊岛和婆罗洲的濒危动物苏门答腊犀牛，是亚洲现存唯一双角犀和体型最小的犀牛。
而群体动态变化历史分析显示，这个古代印度野牛群体规模在约2万年前开始下降，与末次冰盛期的年代相符，在约5000年前发生急剧下降并延续了较长的时间，与青海湖记录的5000年至3600年前大幅度气候震荡的时间相吻合。
“物种间的基因流分析显示，这种古代印度野牛群体与牦牛以及西藏黄牛并不存在基因交流，从而我们推测古印度牛和后两者可能存在时空上的生态位隔离，也就是说它们并不在同一时期。”张晓明说，这也首次表明，约在5000多年前，现今只分布在热带地区的野生大型哺乳动物，曾生活于青藏高原东北部，并且是马家窑文化先民重要的狩猎资源。
研究团队通过系统比较古气候和动物考古数据还提出，约5200年前，较高的夏季温度和温暖湿润的宜人气候，可能促使印度野牛和苏门答腊犀牛等许多热带动物分布于较高纬度的地区，丰富了该地区的野生动物多样性，为当时的先民提供了丰富的狩猎资源，使得新石器时代晚期的青藏高原东北部，成为东亚地区最后的狩猎场之一。
此后约5000年到4000年前，寒冷、干燥天气来袭，气候恶化，人类活动增强，在多重因素影响下，青藏高原东北部野生动物多样性显著下降，牧业活动取代狩猎活动成为该地区先民获取肉食资源的主要方式。
“这项研究，是青藏高原地区首次大型动物古DNA全基因组测序分析的成果，是多学科交叉合作的范例，对我们认识中晚全新世野生动物地理格局、气候变化和人类活动之间的互作关系具有重要学术价值。”董广辉说。
相关链接：解密历史的古DNA
古DNA是指古代生物遗体或遗迹中残存的DNA片段，包括古人类、动植物和微生物DNA。古DNA是分子考古学的核心，它利用现代分子生物学的手段提取和分析保存在古代人类和动植物遗骸中的古DNA分子，以解决考古学问题。
古DNA研究通过比较古生物和现代生物之间遗传的差异和联系，在古代和现代生物的谱系关系研究、濒危物种的保护、人类的起源和进化、模拟人类迁移路线、墓葬个体间亲缘关系、墓葬群体关系（族属）研究、人类遗骸的性别鉴定、古病理与饮食研究、动植物的家养和驯化过程、农业的起源和早期发展等方面发挥了独特作用。
目前古DNA研究主要使用考古学标本，一般选取保存完整、没有裂痕的牙齿和肢骨，注意防止污染。在实验室工作阶段，要经历样本评估、处理、DNA提取、PCR扩增、PCR产物的测序、数据真实性检验和数据处理分析等步骤。
目前有关古DNA的研究实例主要涉及古代人骨和动物骨骼的研究。如通过研究内蒙古商都东大井墓地东汉时期、察右中旗七郎山墓地魏晋时期拓跋鲜卑遗存的人骨样本，得出拓跋鲜卑和匈奴之间有很近的亲缘关系以及拓跋鲜卑是现代锡伯族直接祖先的结论；对偃师二里头遗址出土的古绵羊研究的成果显示二里头古绵羊与中国特有的地方品种有着共同的母系祖先，野生盘羊和原羊不是中国藏系和蒙古系绵阳的母系祖先。
