人类学学报 2024-01-01 09:03 发表于北京
2023年，中国古代人群DNA和古蛋白研究取得了一系列新进展，研究者们揭示了5100年来青藏高原人群的演化历史，重建了历史时期河西走廊人群历史，追溯了新石器至青铜时代川滇先民的来源，也通过稳定同位素和古蛋白质组分析讨论了史前人群饮食和健康状况变化等，古DNA也被应用于墓葬个体亲缘关系鉴定和法医陈旧降解检材的亲缘关系鉴定，相关论文发表在Science Advances、Science Bulletin、Current Biology、Journal of Genetics and Genomics、Journal of Systematics and Evolution、Journal of Archaeological Science: Reports、Archaeological and Anthropological Sciences、PLoS One等国际期刊上，现选择代表性文章加以介绍。
壹
黄河流域农业人群的迁徙扩张
前期研究通过对黄河流域新石器时代至铁器时代的石峁、齐家、仰韶和龙山文化的考古遗址人骨样本的古基因组分析，证实了黄河流域中上游新石器时代中晚期农业人群在遗传上的连续性，而这一具有连续遗传特征的人群与考古学文化上观察到的仰韶文化及其人群扩张过程是一致的。在这一研究基础上，2023年来自不同实验室的多篇论文进一步梳理了黄河流域农业人群的迁徙和扩散路径。
1 登上青藏高原
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队在Science Advances上发表论文（Wang et al., 2023），该研究从青藏高原不同区域距今5100年到100年前的29处考古遗址中成功提取并测序了89例古人的基因组，发现青藏高原人群特有的遗传成分早在5100年前宗日遗址的古人里就已经出现，青藏高原古代人群主要遗传成分与新石器时代早期中国北方人群的扩张相关；黄河流域甘青地区的农业人群自4700年以来开始大规模进入青藏高原；自3000多年前开始，青藏高原南部的雅鲁藏布江流域与喜马拉雅山地区域古人群，有着高度的遗传相似性；2700年以来，青藏高原内部不同地区和时期的古人群，遗传成分变化很大，这些变化和青藏高原上曾经存在过的王朝的兴起和衰落存在高度关联性；自2700年以来，西藏西部的阿里地区存在丝绸之路沿线人群的基因渗透；高原特有的EPAS1基因频率自古至今有明显的上升趋势，显示出强烈的正向选择。在此基础上，付巧妹团队结合更多阿里地区的线粒体基因组数据在Journal of Genetics and Genomics上发表论文（Zhang G et al., 2023），通过追溯青藏高原人群母系遗传历史来探究他们与周边人群的交流动态，高原古人的线粒体类型M9a1a, M9a1b, D4g2, G2a’c和D4i等都显示出和黄河流域中上游的古代人群有着最近共同祖先。两篇论文系统地还原了青藏高原近五千年以来人群的遗传演化与交流互动的历史，同时揭示了青藏高原内部及与外部地区存在的复杂的人群互动交流历史。
青藏高原人群史前历史一直是学界研究热点，5100年前就已形成的青藏高原遗传成分虽与黄河流域人群十分相近，但又有不同，主要是青藏高原人群可能还受到旧石器时代狩猎采集人群的遗传贡献，比如现代藏族人群中约有半数人的Y染色体属于单倍群D这一古老支系。遗憾的是，迄今为止并未在常染色体上找到能与Y染色体单倍群D相对应的古老人群，我们只能推断这一旧石器时期古老人群可能与印度洋安达曼群岛上的安达曼人有关。如果在青藏高原上无法找到旧石器时期古老支系的代表样本，但若能在青藏高原周边低海拔地区有发现，那么可能与旧石器时期古人的混合是发生在高原周边低海拔地区，混合后才走上高海拔地区。另外，在黄河流域农业人群走上青藏高原之前，除旧石器时期古老支系以外的高原上的狩猎采集人群来自于哪里、是如何形成的，这些狩猎采集人群和黄河流域农业人群在谱系上是什么关系？目前没有有效的模型可解释。后续对青藏高原及其周边地区的考古遗址进行详尽的取样调查和DNA分析，或许能帮助回答上述问题。
2 南下藏彝走廊
新石器时代晚期仰韶文化庙底沟类型西向传播形成马家窑文化。马家窑文化在青藏高原影响深远，其典型文化因素-彩陶-和粟作农业经济模式普遍见于川西高原的新石器时代中晚期遗址，其特有的双孔石刀和风格类似的陶器最远已到达云南西北部，该时期云南多处考古遗址的生业经济模式以粟黍和稻混作农业为主。西南地区是研究史前农业传播和人群迁徙的焦点区域，近年来有诸多进展，但有诸多问题仍待解决，比如粟黍农业伴随马家窑文化南下藏彝走廊，最早何时到达位于西南地区的四川云南等地？西南地区人群史前生存策略从狩猎采集向农业的转型是如何发生的？粟黍和稻混作农业模式如何产生，是单纯的文化技术传播还是人群迁徙混合导致？生计转型过程中，人群在生物学上有怎样的适应性策略等？
2023年，兰州大学董广辉、马敏敏团队联合厦门大学王传超团队、云南省文物考古研究所和西湖大学等研究机构的科研人员在Science Bulletin上发表论文（Ma et al., 2023），该研究通过对云南兴义遗址人类和动植物遗存进行碳十四测年，植物大遗存、牙结石微体植物遗存、稳定同位素和古蛋白质组分析，发现云南地区从狩猎采集到农业模式的转变早在距今约4900年就已经开始。那么在生计方式转变过程中古人是如何适应环境的？研究团队使用PCT-SWATH高通量蛋白组学技术一次性鉴定几百到数千种蛋白质，发现古人骨骼的蛋白质组图谱与稳定同位素鉴别的食谱所反映的人群分类模式一致，古代人群在农业出现前后代谢和免疫方面的蛋白质表达存在显著差异，一些免疫相关蛋白在农业人群中被上调，例如补体成分 3 (C3)、凝血因子 II (F2)、激肽原-1 (KNG1)和桥粒芯糖蛋白-1 (DSG1)等。关于古蛋白研究，早在上世纪50年代就有研究在化石中发现氨基酸，但直到近20年来，学界才开始利用质谱法对古蛋白质进行分析研究。古蛋白质研究被广泛应用于人类饮食和生存模式的重建以及过去人类疾病的特征分析等，但大都属于微生物或器物残留的古蛋白研究，并不涉及古人自身的古蛋白，应用于人类自身的系统发育重建和健康状况的古蛋白质研究案例非常稀少。兴义遗址的古蛋白研究揭示了古代人群在农业出现前后代谢和免疫方面的蛋白质表达存在显著差异，为新石器化过程中的人类适应提供了直接的生物学证据。
厦门大学王传超团队与四川大学原海兵、成都文物考古研究院、云南省文物考古研究所等单位合作在Current Biology上发表论文（Tao et al., 2023），通过对新石器时代四川宝墩文化高山古城与青铜时代云南剑川海门口遗址人骨样本进行古DNA的提取、测序和群体遗传分析，发现两支古代人群主要由黄河流域的古代粟黍农业人群（约90%）与和平文化的采集狩猎人群（约10%）混合形成的，但没有发现与华南地区古代稻作农业人群相关的基因流。中国西南地区新石器及青铜时代粟稻混合的生业模式很可能是由黄河流域以粟黍种植为主的农业人群南下驱动促成的，水稻的种植很可能是粟黍人群南迁过程中学习了稻作技术，但并没有发生人群融合。现代西南的藏缅人群中，比如羌族、纳西族、彝族、白族和普米族等，也保留着大量高山城与海门口古人相关的遗传成分。当然，也有部分现代藏缅人群受到了华南及东南亚地区壮侗人群的遗传影响，总体呈现出南北混合的特征，这说明稻作人群的遗传成分对现代的部分藏缅人群还有较大影响，目前还不清楚这一基因流影响是何时开始，如后续对西南地区有更详尽的调查取样或能更好厘清南北人群融合的时间框架。
粟稻混作生业模式的形成及其过程中涉及的人群迁徙和混合是非常有趣的研究方向，近年来越来越多的证据显示稻作遗存在距今5000多年前就已在中原、关中甚至甘青地区出现，那么高山古城和海门口遗址古人中未发现南方稻作人群遗传成分这一现象可能还存在其他解释，即自黄河流域南下藏彝走廊的粟作人群本身就带有稻作农业，在到达四川和云南等地之初也并未与南方稻作人群有过接触。那么，这一问题又转换为：黄河流域早期粟稻混作农业人群是如何形成的，其是否带有南方稻作人群遗传成分？学界目前还没有黄河流域更早期的古人样本可供比较，也没有长江中下游地区早期稻作人群的古基因组数据，我们还难以厘清农业早期传播过程中的相关问题。
四川盆地汉代崖墓葬人群中也有发现来自黄河流域人群的遗传成分。四川省文物考古研究院唐飞和张燕团队以及北京大学考古文博学院宁超研究员在Journal of Archaeological Science: Reports上发表论文（Zhang F et al., 2023），该研究通过对眉山青神县鸿化村崖墓中的4例古人进行DNA分析，发现埋葬在同一悬崖墓中的4人来自一个核心家庭，然而不同于其他已经发表的中国南方古代基因组数据，这些古人与黄河流域的古代人群有显著的遗传关联，作者进一步推论崖墓习俗也可能起源于中原地区。崖墓这一葬俗在汉晋时期广泛流行于中国西南的四川盆地及周缘，极具时代与地域特色，已发现的汉晋时期崖墓数量就达到10万余座。目前的研究仅对一个崖墓的4例样本进行了分析，后期如能够对更多崖墓更多样本进行取样分析或能更清楚地展现崖墓葬俗人群的遗传多样性，也能为崖墓习俗的起源提供更多的科学证据。
3 西北入河西走廊
复旦大学文少卿和金力院士团队联合厦门大学王传超团队、甘肃省文物考古研究所在Science Bulletin上发表论文（Xiong et al., 2023），该研究通过对河西走廊中部的黑水国汉代墓地和河西走廊西端敦煌佛爷庙湾曹魏-唐代墓地的25例古人进行DNA提取和测序，重建了近两千年以来河西走廊的人群遗传历史。研究团队对汉代以前、汉代至唐代、现代等三个时间段的基因组数据进行分析，结果显示，在新石器时代晚期至汉代，河西走廊人群至少发生了一次明显的遗传成分转变，即以齐家文化为代表的黄河上游新石器晚期祖先成分转变为黄河中下游新石器时代晚期/青铜晚期铁器时代早期的祖先成分，这种转变的影响甚至新疆东部。该研究中，研究团队在敦煌佛爷庙湾墓地曹魏时期和唐代的个体中各发现1例欧亚大陆东西部的混血个体，其欧亚西部祖先成分分别高达~30%和~50%，这两例个体都显示出当地男性和欧亚西部女性的性别偏向混合。
由于黄河流域农业人群自新石器时代起到历史时期都具有很强的遗传连续性，除了自龙山时期开始有南方成分的融入外，目前暂无其它特征可以有效区分黄河流域自新石器时代以来的不同地区不同时代的古代人群，这给厘清黄河流域人群变迁的历史细节带来很大困难。河西走廊的此项研究不是有限位点的捕获测序，而是直接对古DNA文库进行的全基因组测序，这为后续拓展数据分析提供了可能。随着测序价格的逐渐降低，学界或可考虑将位点有限的捕获测序转为全基因组测序，挑选内源DNA含量高且污染率低的样本直接进行全基因组测序来获得高质量高覆盖度的全基因组序列，大幅提高可用位点数目，增加群体遗传历史分析中的数据解析度。
4 东北到西辽河
前期研究表明，在东北地区，自红山文化时期开始，西辽河流域农业人群已能够检测到仰韶文化相关人群的遗传成分。到新石器时代晚期，夏家店下层文化的二道井子遗址人群与仰韶文化人群在遗传组成上已无显著差别，而夏家店上层文化时期，人群生业模式由农业转向农业与畜牧业并存，北方草原游牧人群南下与夏家店下层文化人群混合形成夏家店上层文化的古人群。厦门大学王传超团队联合南京师范大学贾鑫团队在Journal of Systematics and Evolution上发表论文（Zhu et al., 2023），该研究通过对夏家店上层文化大山前遗址的一个样本进行DNA提取和测序，发现该样本虽然与此前报道的夏家店上层文化的古人的地理位置非常接近，但遗传成分差别很大，该样本并不带有草原游牧人群成分，而是可模拟为100%黄河流域农业人群成分，这表明青铜时代西辽河流域的古代人群存在着较大的遗传多样性，后续对东北地区更多考古遗址更多样本进行DNA分析或能更好地厘清由农业转向农业与畜牧业并存过程中的人群混合历程。
贰
鲜卑人群的形成和演变
在黄河流域农业人群扩张的同时，东北亚和蒙古高原的狩猎采集人群发展演变成了通古斯、蒙古和突厥语人群。鲜卑可能分支自原始蒙古语人群，是匈奴帝国灭亡以来欧亚大陆东部最强大的游牧民族之一。然而，由于缺乏文字记载，鲜卑人的起源及其与周边民族的关系仍然是个谜。吉林大学考古学院蔡大伟、四川大学考古科学中心张帆、内蒙古师范大学曹建恩和北京大学考古文博学院宁超团队在Archaeological and Anthropological Sciences上发表论文（Cai et al., 2023），该研究通过对距今1700-1800年前的9个鲜卑古人样本进行DNA测序分析，发现其遗传上起源于黑龙江流域，鲜卑人在南下进入中原的最初过程中几乎没有跟周边人群混血，但在定居北方后，鲜卑不仅从游牧部落转变为定居的农业人群，而且也和当地居民逐渐发生遗传混合。
东北亚地区从末次冰期之后到历史时期有着很强的遗传连续性，我们能够看到新石器时代来自黄河流域人群的遗传影响，也能检测到历史时期由于汉族扩张对通古斯、蒙古和突厥语人群的影响。但由于通古斯、蒙古和突厥语人群主要遗传起源于古东北亚狩猎采集人群（Ancient Northeast Asian, ANA），目前也缺乏有效的方法能从古基因组角度区分这三支古代人群，进而也无法从遗传角度辨析这三支人群的早期分化和交流融合历史。学界可以考虑产出高质量高测序深度的古人基因组数据，寻找更多群体特异性位点，用高质量的二倍体数据来进行单倍型分析，构建高精度的Y染色体和线粒体谱系树，或许能够进一步提高对遗传近缘群体的区分度。
叁
古DNA和古蛋白技术在考古学和法医学上的交叉应用
古DNA技术除了在大的地理尺度上回答人群的迁徙和混合问题外，还能为考古学研究中的墓葬个体亲缘关系、社会组织和丧葬习俗等重要问题提供参考信息。吉林大学高诗珠和崔银秋团队在PLoS ONE上发表论文（Zhao et al., 2023），该研究对陕西咸阳唐朝双照墓地的一处平民三人合葬墓进行了多学科分析，根据体质测量分析确定了该墓葬出土的三人的性别、年龄和健康状况，根据稳定同位素数据推断他们的饮食习惯相似，基因组证据则显示这三个合葬个体没有亲缘关系。结合历史文献分析，作者推断该三人合葬墓很可能是丈夫和妻子的家庭合葬，这为了解唐代的丧葬习俗和社会组织提供参考。山东大学文化遗产研究院赵永生团队在International Journal of Osteoarchaeology上发表论文（Guo et al., 2023），报道了山东平度三埠李家遗址西周早期灰坑葬中一名成年女性与一名未成年个体合葬的案例，未成年个体在骨骼形态上多表现为足月胎儿，其遗体被放置在成人的小腿之间，通过古基因组确认了两者是母女关系。作者推断骶髂融合的母亲不能正常打开骨盆，无法顺产出已足月的女儿，最终难产死亡，女儿也死于生产过程。这些古代墓葬个体的亲缘关系研究体现出生物考古在复原古代社会尤其是平民生活的重大价值。
古DNA和古蛋白技术还能应用于法医人骨鉴定。吉林大学崔银秋团队在International Journal of Legal Medicine上发表论文（Xu et al., 2023），该研究综合应用动物考古质谱分析法（ZooMS）和古DNA技术，成功地从19块混有动物骨头的骨碎片中识别出一小块人骨，找到了一桩长达二十年的谋杀案的唯一生物证据，并通过DNA提取和测序证实了受害者与假定父母之间的亲属关系。该研究先用ZooMS有效筛选出目标人骨，用古DNA方法提高DNA产量，两种方法组合策略优于法医常用的标准DNA提取和分析方法，具有耗时更短、成本更低、遗传鉴定结果可靠性更高的特点。法医陈旧降解检材的DNA提取和扩增难度很大，古DNA和古蛋白技术应用于法医陈旧降解检材研究有着巨大的潜力，但目前还极少有尝试。古DNA和古蛋白研究技术的迅猛发展虽然为我们提供了许多突破性的方法和工具，但在实际实验操作中，实验室条件和检材保存情况各异，使得在实际操作中无法完全按照最新技术进行实践。因此，在古DNA和古蛋白技术应用于法医实践中，学界亟需根据法医陈旧降解检材的实际情况，在现有技术方案的基础上进行优化和改良，针对不同检材建立标准化实验和数据分析方案。崔银秋团队的这一研究为古DNA和古蛋白技术的法医应用提供了很好的参考。
肆
总结讨论
2023年国内古DNA和古蛋白研究取得了众多学术成果，尤其是明确了黄河流域农业人群迁徙扩张的路线，为中华民族共同体的形成和发展历史提供了实证证据。这些研究成果同时也引出了更多的科学问题，比如在青藏高原古人和现代藏族人群中普遍存在的古老遗传成分究竟何时何地进入高原人群，旧石器时代的古老支系究竟是否存在于青藏高原，粟稻混作农业的最初形成过程是否伴随着人群的融合，如何提高古基因组的解析度来辨识近缘人群间的交流融合等等。这些科学问题的解答一方面需要有更多区域更多考古遗址的更多样本，另一方面需要同行专家由捕获测序转向全基因组测序并提高测序深度和质量，以获得更多可整合分析的数据。这需要充足科研经费的支持，但古DNA和古蛋白研究无经济效益，经费申请渠道有限，而且学科归属模糊，不同学科间缺乏有效的沟通、交流与合作，研究团队难以形成合力。未来研究中，需要积极拓展经费申请渠道，以回答大的科学问题为导向，加强学科间的沟通交流与合作互信，。
近年来，国内有越来越多的实验室能够较为成熟地开展古DNA和古蛋白研究，也有越来越多的单位开始兴建古DNA和古蛋白实验室，同行专家们正以最快的速度填补国内的研究空白，目前已大致厘清东亚地区史前人群迁徙和融合的基本图景。同时，学术期刊也提高了古DNA相关论文的发表门槛，从可用的样本数量、年代和代表性、测序深度、污染率等多角度提高了对古DNA相关论文的要求，在高水平顶尖学术期刊上发表古DNA相关论文变得愈发困难，但这也是对古DNA研究的创新性提出了新要求，鼓励我们不能囿于常规试验和分析方案，而是需要更聚焦关键科学问题，找到关键样本，创新分析思路，同时注重与其他学科的交叉融合，比如通过古DNA和古蛋白技术方法解决法医学疑难检材鉴定难的问题等。
近年来，古DNA和古蛋白相关研究也已由最初的技术方法的竞争演变为样本材料的竞争，取样研究对古人样本而言是有破坏性的，许多珍贵样本是不可再生、不可重复的宝贵资源，我们呼吁加强对考古遗址出土古人、古代动植物遗存的保护和利用；不同实验室采用的技术方法有不同，也建议同行专家们制定、发布和实施关于生物遗存DNA和古蛋白采样和实验室操作的行业标准，增强田野考古采样工作的科学性，提升实验室分析和测试的技术水平，完善相关古DNA和古蛋白研究的学科体系。