财新传媒
位置:博客 > 知识分子 > 争鸣:人牙还是鹿牙?中国南方古人类论文引发笔战

争鸣:人牙还是鹿牙?中国南方古人类论文引发笔战

孙雪峰、李辉论文中提供的福岩洞两颗牙齿
 
导 读
 
一项今年初刊发在顶级学术期刊上的考古学研究,是否将鹿牙当作了人牙?近日,国内外考古学者们围绕一颗牙 “争论不休”,以学术信件形式展开交锋。
 
2月初,南京大学副教授孙雪峰等人发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的论文判断现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前。其核心证据之一是五个中国南方洞穴的化石年份测定结果。
 
然而有学者质疑,该研究中的一份关键人类化石其实是“鹿牙”。另有学者认为,研究采用的测年方式有问题,可能导致结果不准确。
 
近日,PNAS 发表了两封质疑信和上述论文作者的回应。作者回应称,牙齿是人牙,而测年方式不影响最终结果。
 
为什么这么一个看似简单的问题会有如此分歧?为厘清这一问题,不仅需要抽丝剥茧地了解技术细节,还需要理解这场争论的核心、考古界一个悬而未决的争议:现代人类的起源问题。
 
基于目前的分子生物学和化石证据,学界主流观点支持非洲起源说:发展成现代人类的早期现代人(early modern human,或称anatomically modern human,简称AME,解剖结构上具有现代人基本特征并保留了部分古人类原始特征的人类),于20万年前起源于非洲,6万年前扩散到欧亚大陆,成为当地现代人的祖先,而当地的古人类则灭绝了。孙雪峰等人的论文结果支持这一说法。
 
另一些观点则认为,早期现代人的起源是多地的,当地的现代人也有可能起源于当地古人类,或者是当地古人类与来自非洲的早期现代人的后代。
 
解决现代人类起源争论的关键,是确定现代人类出现在欧亚大陆的时间。上述论文的争议也由此开端。
 
撰文 | 王一苇
 
责编 | 陈晓雪
 
2015年10月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武等人一项针对中国南方一洞穴的研究,提出具有完全现代形态的人类到达华南的时间大约在8万年到12万年前。该研究在学术界引发热议,这一时间比在欧洲和西亚发现的现代人类要早3万~7万年,意味着在中国南方的现代人类可能是目前东亚最古老的现代人。
 
到了2021年2月,南京大学孙雪峰、复旦大学李辉等在《美国国家科学院院刊》(PNAS )发表论文称,经过对中国南方五个洞穴的考察,他们认为现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前,其主要依据是古人类牙齿化石的年份测定结果和古DNA分析。[1]
2021年2月,南京大学孙雪峰、复旦大学李辉等在《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表论文,认为现代人类到达中国南方的时间不早于5万年前。
 
然而,孙雪峰、李辉等人的这项研究日前遭遇质疑。
 
美国东部时间5月24日,PNAS刊登了两封来信,其中一封来自刘武、吴秀杰团队,提出孙李等人研究中的关键牙齿化石之一并非人牙,而是鹿的牙齿。此外,质疑信指出,研究过程中样品的采集和处理也有诸多不清晰、不严谨之处。[2]
 
“他(找到)的 ‘人牙’,严格意义上是一个小型食草类动物的牙齿。”这封信的作者之一、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、道县福岩洞研究团队负责人刘武说,“这是极其严重的硬伤了。”
 
另一封信来自英国和德国学者,质疑孙、李团队在化石样本碳14测年的方式上可能存在问题,会导致测年数据不准确,可能低于化石的实际年龄。[3]
 
同日,PNAS 也刊登了孙、李团队的回应,称对于上述关键牙齿的形态学质疑不成立,该牙齿确为人牙,而测年结果即使有误差也不影响最终结论,因而论文结论没有问题。[4]
 
另外,也有专家认为,牙齿和测年都不是问题的核心,关键的是牙齿样品与之前研究的样本是否属于同一批。而且,在实际考古工作中,出于各种原因,在同一位置也有可能挖掘出年代相距甚远的样本。
 
就此,《知识分子》访谈孙雪峰、李辉团队和上述质疑信作者,并联系第三方专家,尝试厘清争论背后的核心问题。
 
拔掉阻碍非洲起源说的 “最后一颗钉子”?
 
美国东部时间2月8日,PNAS 刊发南京大学地理与海洋科学学院副教授孙雪峰、复旦大学生命科学学院教授李辉等合著的论文《古DNA和多种测年方式证实现代人晚到达中国南方》[1]。二人带领的研究团队经过多年对湖南福岩洞、湖北杨家坡洞、黄龙洞和三游洞以及广西陆那洞等五个南方洞穴的考察,用碳14测年和DNA提取等手段分析八颗来自杨家坡洞的人类牙齿和两颗来自福岩洞的牙齿,判断其年龄均不超过1.56万年,远小于其周围地层环境的形成年份。
孙雪峰、李辉论文中洞穴地点地图。图源:参考文献[1]
 
通过这两个洞穴的人类化石证据和五个洞穴的动物化石和地层分析,研究人员提出,现代人类到达华南的时间应不早于5万年前,而不是一些研究估计的7-12万年。他们认为,比起之前的研究用洞穴流石(flowstone,指薄层水流或水滴在岩石上的沉淀层)的年代来判断现代人类存在的年代,他们对人类化石的直接分析更为准确。
 
李辉在接受媒体采访时称,这表明此前对解剖意义上的现代人到达华南的时间估计错误,实际上现代人类到达华南的时间较晚,因此其祖先更可能是来源于非洲,而非如一些假说提出,存在多地起源的可能性。“阻碍非洲起源说的 ‘最后一颗钉子’ 被拔掉了。” 李辉表示。[5]
 
新研究是否 “指鹿为人”?
 
然而,孙李等人的研究发表不久,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘武、吴秀杰团队即提出质疑,并于2月13日向PNAS 提交质疑信。
 
经过3个多月的审议,美国东部时间2021年5月24日,该信在PNAS 发表,题为《(中国)福岩洞新 ‘人类牙齿’ 的错误归类和不可靠背景信息》。信中指出,孙李等人原论文存在至少一处硬伤和多处不清晰、不准确的地方。
美国东部时间5月24日,PNAS发表了刘武、吴秀杰团队对2月PNAS论文中一些结论的质疑。
 
刘武、吴秀杰团队是最早发现和发掘福岩洞的团队。2015年,刘武、吴秀杰团队曾在《自然》发表针对湖南福岩洞的研究,推断现代人类到达该洞穴时间在8-12万年前,并据此提出现代人8-12万年前在东亚大陆已经出现 [6]。自2010年10月发现该洞穴后,他们连续3年开展考古作业,并在2015年6月结束考察。他们此次的质疑,也围绕孙、李团队在福岩洞的工作展开。
 
刘吴团队的质疑信首先提出,孙李研究中福岩洞牙齿的来源模糊。据孙雪峰等在论文中的描述,其年代样品采集地点和层位采用的是2015年刘武、吴秀杰团队在《自然》发表的论文对福岩洞洞穴内部发掘区域及堆积地层的划分。但刘武认为,文章提供的采样地点位置不够具体,很难判定采样位置与他们2015年研究中采样地点的匹配关系。
 
对此,孙李团队在信中回应,他们的样品来自2011-2013年(刘吴团队)挖掘的同一断面地层,并已经在论文中标示出了具体地点。
孙雪峰、李辉论文附件中关于福岩洞样品位置的标示。图源:参考文献[1]
 
刘武表示,之所以有此质疑,是因为孙李论文的作者中没有任何一人参加过2010-2013年福岩洞的发掘工作,也没有咨询过他们团队的成员。洞穴内部结构复杂,仅凭2015年论文里的描述是否能准确找到相同位置进行挖掘,他表示怀疑。
 
一位不愿具名的第三方专家向《知识分子》表示,牙齿样品本身的可靠性是关键:原始的位置到底在哪里,是否和2015年刘武、吴秀杰团队挖掘的样品属于同一批。过往经验显示,即使在同一个地层中挖掘出的样品,也有可能不属于同一个时代——如果两者的样品不属于同一批次,那么用于比较并无意义。
 
紧接着,刘武、吴秀杰团队在信中提出 “指鹿为人” 的质疑:他们认为,孙李等人宣称在湖南福岩洞挖掘的两颗人类牙齿中,一颗标记为FY-HT-2的牙齿不是人牙,而是属于一种食草动物。这一判断基于孙等人论文中提供的牙齿照片的形态做出。
 
“第一眼看到照片,就觉得这颗牙好怪,” 中科院古脊椎所研究员吴秀杰说。吴秀杰长期在福岩洞做一线挖掘工作,2015年研究中的47颗人牙和大量动物牙齿大部分经她手出土。吴秀杰判断,编号FY-HT-2的这颗牙齿应该是某种动物牙齿,理由是FY-HT-2的形态与一般人类牙齿很不一样:人齿牙根一般较扁且直,齿冠的磨损主要在牙齿切缘和邻接面,即上下牙咬合的平面与并排牙齿相接触的平面,而这颗牙齿的牙根长且弯曲,齿冠的磨损主要在靠近舌侧,有一个明显的切面。
刘武、吴秀杰团队将FY-HT-2与鹿类门齿、人类门齿比较,本图由刘武、吴秀杰团队提供
 
为确认这一分析,刘武、吴秀杰团队找到同所的哺乳动物系统演化专家董为。董为判断,这颗牙齿像是一颗鹿类的下颌侧门齿。
 
董为向《知识分子》解释说,牛、鹿等反刍动物上门齿退化消失,只剩牙龈的厚皮肤垫和下门齿摩擦。切割植物叶子时,下门齿就像一个切菜菜板,和人类的门齿功能接近,形态也比较类似,“容易误判。” 他认为,FY-HT-2的磨损面,更像是一颗小型哺乳动物的下颌侧门齿,尤其是鹿的下颌侧门齿,但他仍谨慎表示,“具体要鉴定是哪种类型,需要拿标本来判断。” 董为不是5月25日发表在PNAS 的质疑信的作者。
 
刘武说,孙李等人的论文中缺少对该牙齿的形态学描述,这也使得他们对研究的严谨性更加怀疑。考古学论文一般需标示牙齿样本具体是口腔中哪个位置的牙齿等形态学信息。同时,论文在重点标本上编号混乱,同时使用了FY-2HT,FY-HT2、FY-HT-2、FY2等不同缩写方式指代同一颗牙齿,“缺乏最基本的化石形态研究规范。”
 
对此,PNAS论文通讯作者之一、复旦大学教授李辉向《知识分子》表示,这颗牙齿是人牙的判断,是通过提取牙齿根部的DNA测序做出的, “为什么照片看上去有点奇怪,我们不知道。”
 
而论文的第二作者、复旦大学科技考古研究院副研究员文少卿告诉《知识分子》,团队中另一位通讯作者、澳大利亚新南威尔士大学副教授达伦·库尔瑙(Darren Curnoe)负责鉴定牙齿类别。他曾在访问中国期间鉴定过这颗牙齿的实物,并确认是人牙。
5月24日,孙雪峰、李辉等人对于质疑进行了回应。
 
库尔瑙于2月25日回复《知识分子》邮件称尚未看到评论信件不便回复,之后再次回复称以刊登在PNAS 的回应为准。这封于5月25日发表的回应信称,由于 “FY-HT-2所有的舌侧和大部分咬合面及近中面表层的釉质缺损,重构 ‘类似鹿的’ 磨损与牙齿的实际保存状况并无可比之处。” 信中认为,将该牙齿与多个鹿牙比较是一种 “验证性偏见”,而实际牙齿更接近于全新世(recent)人类牙齿,符合论文中DNA检测的结果。
论文作者发表在PNAS 的回应,比较了FY-HT-2(i)与敦煌佛爷庙湾-新店台墓群出土人牙化石(ii)及鹿牙化石(iii)| 图源:参考文献[4]
 
那么,仅仅从照片本身是否能判断出是否人牙?《知识分子》询问了英国伦敦大学学院考古研究所的研究员卡洛琳·兰多(Carolyn Rando)。兰多是人类遗骸鉴定的专家,未参与双方的研究。她认为,一般而言,仅仅通过照片来辨别一颗牙齿是否人牙是比较困难的,通常直接观察标本会更容易。但由于FY-HT-2的照片比较清晰,她倾向于同意古脊椎动物与古人类研究所专家们的判断,认为这不是一颗人牙。
 
她说,这一结论来自于以下观察:
 
首先,这颗牙齿齿冠的形态并不吻合任何人类牙齿的形态,无论是成人还是小孩的牙齿。它看起来最像人类的上颌侧门齿(而非图1中展示的门齿),但是它的齿冠太长太窄,与上颌侧门齿的形态不吻合。此外,如果它是一颗上颌侧门齿,根部也会更短。另外,“也可能有人把它误认为下颌侧门齿,但牙齿的近中面形态也不吻合。”
 
第二点是舌侧的牙齿磨损程度,FY-HT-2显然和人类牙齿不同,而更接近鹿牙的磨损情况。
 
“虽然我不能100%确定我是正确的,因为我手上没有这颗牙齿的实物,但我觉得它并不太可能来自于人类。”兰多说。
 
《知识分子》同时邮件咨询了其他八位来自不同国家的研究人类牙齿化石和动物化石的专家。其中七位均认为,从照片判断,该牙齿非人类牙齿。其中一些专家认为这颗牙齿比较像鹿类的下颌侧门齿,这与董为的判断类似。
 
唯一例外的是,德国慕尼黑古生物博物馆哺乳动物化石负责人葛楚·罗瑟娜(Gertrud Rössner)博士认为,该牙齿具有类似人类门牙的相对对称的牙冠,而不具有鹿类门齿不对称的特点,而鹿类门齿旁的犬齿虽然对称,但齿冠比较高,也不符合这颗牙的特点。因此它不是鹿类牙齿,而应该是人类牙齿。
 
据《知识分子》看到的邮件,PNAS 此篇论文的审稿编辑、斯坦福大学生物人类学教授理查德·克莱恩(Richard Klein)于北京时间2月24日回复刘武、吴秀杰团队,表示同意 “FY-HT-2不是人类牙齿”,承认在审稿中有所失误,并称“无法理解为什么作者能从中提取出人类DNA。” 在3月回复《知识分子》时,克莱恩并未直接回应FY-HT-2是否人牙的问题,但表示他作为编辑的职责是收集建议并提交给PNAS,而最终的发表决定由PNAS 的办公室做出。
 
牙齿验出人类DNA,是人牙铁证还是实验污染?
 
从样本中提取出人类的线粒体DNA,是孙李团队此次论文中另一项关键研究内容。他们测出福岩洞两颗牙齿的DNA序列属于人类,并和杨家坡洞提取到的四个DNA序列一起,与53例不同地区现代人、10例解剖学意义上的现代人、10例尼安德特人、1例更新世中期古人类以及1例黑猩猩线粒体DNA序列对比,建立了系统演化树,判断这些古DNA位于现代欧亚人类谱系范围,且与现代藏缅人群可能有遗传上的联系。
 
那么,如果形态学上仍有争议,DNA结果可以用于判断牙齿是否人牙吗?
 
对此,双方各执一词。孙李团队对DNA结果非常有信心,认为应以DNA证据为准;而刘武、吴秀杰团队认为牙齿遭到污染,DNA结果并不准确。
 
文少卿告诉《知识分子》,提取福岩洞两颗牙齿DNA的工作在2019年左右进行。论文第一作者孙雪峰将FY-HT-2牙齿根部的一小节交给他,而他按标准流程实验提取DNA。“他们的comments(评论)说我们可能有问题,我们又重新check(检查)了所有的过程,”他说,“整个我们都看过,没有问题。”
 
由于认定形态学上该牙齿不属于人牙,刘武、吴秀杰团队对此结论并不信服。吴秀杰认为,样品中提取的DNA有可能是外源性的人类DNA或细菌DNA。“最大可能是污染导致的。”
 
古DNA检测非常困难,污染也很常见,这也意味着研究者们需要格外小心。1990年代到本世纪初期,许多古DNA领域的初步结果,例如对恐龙DNA的检测,后来证实只是污染。德国马克斯·普朗克演化人类学研究所的演化遗传学家斯万特·帕博(Svante Paabo)曾有分析,几乎在每个动物化石中都能检测到人类的线粒体DNA [7]。
 
文少卿说,判断是否污染,目前的国际标准主要看两条。首先,DNA序列是否和人的序列一致;第二,DNA末端是否有损伤。如果有外源的人类DNA污染,那么测出的DNA末端是没有损伤的。而他们得到的序列与人的DNA序列高度一致,同时测出的DNA有高比例的末端损伤,这是古DNA的特点,排除了现代人DNA的污染。
 
“我们做了污染的评估,发现是一致的,而且污染率只有0.44%,非常低。”他说,样品经过次氯酸钠处理、紫外线寻找等一系列过程,不太可能测到附着的DNA。团队5月发在PNAS 的回应中也表达了相同意思,并提供了基因片段分析的相关图表。
 
在针对刘武等人质疑文章的回应中,孙雪峰等人展示了三幅图,用以支持古DNA的真实性。(1)线粒体基因组的覆盖度;(2)线粒体全基因组范围内测序数据内部的重合度;(3)测序片段范围内碱基的替换频率。
孙、李5月发表在PNAS上的回应中所附的三幅图
 
一位不愿具名的古DNA数据分析一线研究者向《知识分子》表示,前两幅图并不能作为回答古DNA是否真实的依据。而第三幅图,替换的频率只在5‘第一个或者3’最后一个碱基发生了变化。这个模式很可能是DNA建库过程中造成的损伤,与真实的古DNA损伤模式并不符合。由于第三幅图的标注缺失,很难判断,具体的碱基替换。而常见的古DNA损伤模式,应该是5’端 C>T 替换频率逐渐升高,而3’端G>A 替换逐渐升高。其次,古DNA由于年代久远,往往已经降解成短片段,因此如果作者能够展示提取DNA片段的长度,也有助于判断古DNA的真实性。
 
“我只能说,不convincing(具备说服力)。” 这位要求匿名的研究者说,论文作者如果正面回应争议,就应该提供详细数据,展示DNA损伤的量和分布图。
 
对此,文少卿回应称,他对DNA分析的准确性有信心。之所以第三幅图呈现这样的结果,是因为他在处理过程中采取了一种称为half-UDG的技术手段。在分析福岩洞两颗牙齿的DNA时,还未得到团队内测年专家提供的牙齿碳14测年结果,他预设这两颗牙齿很古老。“当时孙雪峰给我们样本的时候,说这个样本用传统方法一定是8万年以上的。”为得到更清晰的DNA片段,他采用的处理方法截去了大部分损坏的DNA末端,仅留下一部分。
 
文少卿说,他们的数据公布符合一般学术意义的公布标准,古DNA的序列已于论文发布时在全球基因数据库GenBank上提交 [8],但福岩洞的数据于今年4月才审核通过。另外他们会考虑 “把最原始的数据公开”,目前正在整理中。
 
《知识分子》看到,孙李2月份发表的论文在结尾处提供了杨家坡洞和福岩洞DNA数据在GenBank上的序列号 [9]。而GenBank上福岩洞两个牙齿样本DNA的发布时间为2021年4月18日。
 
对于论文中提到的福岩洞另一颗人牙DNA,刘武、吴秀杰团队也有质疑。
 
孙雪峰和李辉等人的论文描述了从上述两颗福岩洞牙齿中提取DNA的过程,“在移除表面物质后,用琢美(Dremel,一种工具的品牌)工具和一次性钻头钻取每颗牙齿的根部(the root of each tooth),获取约30mg骨粉样本。”
 
刘武称,从来看,这颗编号为 FY-HT-1的牙齿没有齿根,他无法理解李辉等如何钻孔并获得骨粉。
 
孙雪峰、李辉论文中展示的FY-HT-1的四个侧面。图源:参考文献[1]
 
负责DNA取样的文少卿向《知识分子》解释说,这颗牙虽然没有根部,但有牙根残留,他们把牙根上残留的本质用牙科钻一点一点钻出粉来。
 
《知识分子》咨询的相关领域专家解释,牙齿的齿根、牙髓和临近的身体部位含有DNA,埋藏降解后,其残留有机成分可能存在附近的土壤、牙齿表面或齿冠内,最新的DNA技术已经能从土壤中发现这样的DNA,理论上化石本体更可能检测出。
牙齿解剖图。Human tooth diagram-en.svg from Wikimedia Commons by K. D. Schroeder, CC-BY-SA 4.0
 
测年亦有争议?
 
孙雪峰、李辉等人论文结论的主要依据,是所有五个洞穴中,测得的地层年龄均远高于动物和人类化石年龄。其中,牙齿化石的年份测定依靠的是碳14测年法,例如福岩洞的两颗牙齿FY-HT-1和FY-HT-2测得的年份分别为2000多年前和9000多年前,远低于洞穴内的8-12万年的地层年龄。他们认为,即使其测定的牙齿真为鹿牙,理论上并不影响碳14测年的结果和最终的结论。
 
但有同行对碳14测年的准确性也提出了质疑。
 
在PNAS 上与刘武等人的来信一起刊登的,还有孙雪峰等人论文早期版本的审稿人托马斯·海姆(Thomas Higham)的质疑,他对孙雪峰等人论文中的测年方法和结果存疑。2018年,孙雪峰等的论文曾提交《科学》(Science)杂志审稿,但遭拒稿,牛津大学考古学与艺术史研究实验室教授、碳14测年专家海姆是当时的审稿人之一。
对于论文最初被拒,孙雪峰向《知识分子》解释说,当时论文只研究了湖南的两个洞穴,拒稿原因是审稿人认为代表性不够,因此他们继续做了福岩洞等其他三个洞穴的研究。
 
今年3月,海姆邮件回复《知识分子》称,他拒稿的原因有两点,其一,一般而言,作者应该在论文中详细描述碳14测年的实际方法,但这篇论文中对方法的描述信息不足,导致他 “担心结果的可靠性”;其二,测年样本中,有超过90%以上的样本中胶原蛋白(collagen)的含量非常低,而这意味着样本污染的可能性很大。
 
“胶原蛋白的水平低到我认为他们测的并不是胶原蛋白里的碳元素,而是洞穴泥土或沉积物里的碳,” 他写道,“因此我非常、非常怀疑结果。”
 
孙雪峰等人的新论文在PNAS 发表后,海姆仍然认为测年数据有问题,并向PNAS 递交了评论信。
 
在这一评论中,海姆和德国马克斯·普朗克人类历史科学研究所卡特琳娜·多卡(Katerina Douka)博士指出,论文中提取胶原蛋白的方式没有清洗基底或用超滤法去除腐殖质,很可能导致污染,使碳14测定结果不准确。
 
对此,孙李团队在回应信中指出,由于样本太小,他们确实没有采用清洁更彻底的分子超滤法,但 “我们的结果显示我们的方法测出了正确的年龄。” 他们表示,实验中三种测年方式:胶原蛋白、碳酸钙和总有机碳(TOC)测年的结果区别不大,因此意味着污染程度不高。此外,尽管碳14测年有误差,但误差不会大到 “将8万年以上的样本误判为全新世的。”
 
碳14测年法又称放射性碳测年法,是利用放射性碳的衰变程度来推测样品大致年代的一种测量方法。生物样品中的胶原蛋白(collagen)含碳,提取胶原蛋白做碳14测年得到的结果可以代表生物样品的年龄。这种测定方式较为准确,在国际上通用,但实验过程中胶原蛋白的纯度非常重要,因为外来的含碳物质可能影响测年的准确性。
 
测定一个样品的碳14年代,需要通过水解、纯化、冷冻、干燥等步骤提取出纯净的胶原蛋白,这个过程会排除一些污染物。一般国际上公认的纯净胶原蛋白的碳氮比在2.9和3.5之间。[10] 这一测年标准由牛津大学碳14实验室经大量测试后提出。由于组成蛋白的氨基酸中氮含量较多,如果样本氮含量低于0.76%,碳氮比超出2.9-3.5的范围,就表示胶原蛋白有流失。这种情况下,测年的结果会有误差。
 
根据孙、李论文的附件,27个利用胶原蛋白做测年的化石样本中,仅有陆那洞的一个样本测了碳氮比,且碳氮比数据(67.1)远高于2.9-3.5的常规标准。
 
论文中样本的胶原蛋白测年大部分没有碳氮比数据,这给测年的准确性打上了问号。海姆和多卡表示,保存完好的胶原蛋白样本的碳氮比应该在2.9到3.5之间,且碳和氮的占比区间分别是约40%-45%和11%-16%,而孙、李等人论文的样本数据“在这个范围之外”,其中氮的占比全部低于1%,碳的占比也很低,碳氮比则远超合理范围。
 
“这说明胶原蛋白或全碳中的胶原蛋白比例几乎接近于零,而测年数据可能完全来自外源碳。” 海姆和多卡在发给PNAS 的评论中写道。
 
孙李团队中负责碳14测年的台湾大学教授李红春3月回复《知识分子》问询时表示,大部分样本中测得的胶原蛋白含量之所以少,是因为他们优先用样品做了碳14测年,剩下的才做碳氮含量的检测。
 
“我们的每个样品都不到1克,而新鲜骨头含骨胶原通常也只有1%左右。因此,提出来的骨胶原必须先满足碳14定年,有剩余的才可能拿去测氮、碳含量和稳定同位素。所以只有那一个样品(LND-C-4-1)提取的骨胶原才有剩余做碳和氮含量。” 李红春说。
 
但北京大学考古文博学院副院长吴小红告诉《知识分子》,测定碳氮含量是提取胶原蛋白后的标准步骤,是确定胶原蛋白是否保存完好、能否用于测年的关键。她认为,这起码说明上述实验过程并不规范。
 
吴小红是碳14测年的专家,她也参与了刘武、吴秀杰团队2015年论文中的碳14测年工作。她说,孙、李等人论文中样本的碳氮比很大,意味着样本可能受到污染。
 
李红春则认为,即使样品的碳14测年结果有误差,误差程度也不足以影响论文的整体结果。
 
“所谓碳14年龄不可靠是一个程度问题,” 他举例,如果一个样品的真实年龄是5000年的话,测量出碳14年龄只有3000年,可以说它不可靠。“但是我们要证明的是这些骨化石是不是8万年前的,这和上述的‘不可靠’是不同数量级的问题。”
 
“地下水的活动会带进去一些有机质,影响碳14年龄。但我们从没有说这些碳14年龄就是样品的真实年龄,只是说它们受污染的影响不一定是让样品从8万年变到几千年。至少这个怀疑是合理的。” 李红春说。
 
除了胶原蛋白测年,论文中将总有机碳(TOC)测定数据作为样品年代的做法也遭到质疑。
 
根据孙雪峰等人论文的附件数据,五个洞穴中92个碳14数据中,仅27个采用胶原蛋白测年,其余均采用了总有机碳(TOC)方法。
 
海姆和多卡认为,论文中采用TOC测定方式时的预处理方法 “在过去20年间已被证明会严重低估旧石器时代材料的放射性碳年龄,而且在胶原蛋白含量低的样本中这个问题更为严重。”
 
对于TOC测年不可靠的质疑,李红春回应,同时做了胶原蛋白和TOC的碳14测年的样本中,测得的年龄比较接近。如福岩洞的一颗动物牙齿FY3-5,胶原蛋白测得来自9160-9390年前,而TOC测得来自9200-9430年前。“说明TOC虽然有污染,但并不严重。”
 
但吴小红表示,样品中也存在胶原蛋白和TOC测年结果相差较大的情况,如陆那洞的动物骨头LND-C-8-3,胶原蛋白的结果是23794年上下,而TOC结果仅为9958年上下。该论文中,有12个样品同时测定了胶原蛋白和TOC,只有两个样品的结果误差较小(FY3-1和FY3-5)。
 
吴小红说,用TOC测定遗址出土骨质样品的年代得到的结果并不准确。“做考古样品的人大概齐不会用TOC来测定年代,因为TOC是全碳,它代表这个样品的各类组分都在里头,不能完全排除环境污染物引入的碳。”
 
但李红春补充,除了上述测年方法,还有其他方法佐证。他们在牙齿和骨头剖面中也采到了碳屑,这些样品测得的年龄也都小于4万年,有的只有几千年。
 
“原则上,只要是文化层(注:人类活动遗留下的堆积层)中哪怕是有一个小于5万年的碳14年龄,那么用钙板的铀系测年(注:一种测定地层年龄的方式)来代表文化层年龄就需要受到质疑,” 他说,“除非你断定碳屑是后期带进去的,而化石是原生的。”
 
另外,他提出,论文还用了DNA叶端定年(tip dating)的方式测定三颗人牙的年份,得出结论与碳14测年结论相近。2月在PNAS 发表的这篇论文显示,福岩洞两颗牙齿的叶端定年结果分别为3709年和11977年,接近碳14测得的2500年左右和9300年左右;杨家坡洞的一颗人牙叶端定年结果为7561年,而碳14测年结果为3310年。
 
“(根据)这个定年结果,我无法支持这些遗址的AMH(解剖学意义上的现代人类)在8万年前存在的结论,”李红春说。
 
一个难题:如何判断人类遗骸的年份?
 
今天,我们对人类遗骸的年份测定手段仍然有限。碳14测年法利用碳元素的半衰期来测定动物遗骸年代,能精准测定骨头和牙齿的年龄,误差在几十年内,但有大约4-5万年的测定上限。
 
目前发现最早的早期现代人化石,距今19.8万年的埃塞俄比亚Omo人类头骨化石,是通过测定化石附近的火山岩年龄来判断的。[11]
 
由于地层的沉积通常是按时间顺序发生的,地层越浅,其沉积年份就越年轻。考古学家一般认为测定人类遗骸上层的地层年龄,就能判断遗骸至少在这一时间之前就存在。在刘武、吴秀杰团队的工作中,他们通过测定遗骸上层的地层年龄,判断挖掘出的人类化石早于8万年前,并通过测定遗骸周边的破碎堆积物,判断上限年份为12万年。
 
而孙雪峰、李辉论文提出的主要观点是,洞穴早期地层中的现代人遗骸是地层重新填充造成的结构。根据同洞穴中发现人类遗骸的碳14测年和DNA证据,他们判断这些人类遗骸比其上沉积的地层更年轻,并提出假说,福岩洞和类似南方洞穴的 “沉积历史可能更复杂”,有可能是最上层的沉积层形成后,下层中空,水流将人类和动物遗骸冲刷到洞穴中沉积下来。因此,最上层的沉积物可能比下层更古老。
孙雪峰、李辉论文中的假说图示 | 图源:参考文献[1]
 
“我们用新的挖掘和分析来证明了这种现象的普遍性,而不是讨论个案。并不期望有机会直接分析福岩洞原有挖掘过程和材料。所以是不是他们同样的样品,对论文结论没有影响。” 李辉称,刘武、吴秀杰团队的质疑 “细节很有意思,但是与论文的主题是略有偏离的。”
 
他同时称,希望看到刘武、吴秀杰团队公布现代人牙齿样品的DNA数据和直接测年数据。“这将是尤为有意义的工作!” 他说,“只有这样,这个讨论才能取得有益的进展。” 其团队的回复信中也表达了类似观点,认为只有通过直接的人类化石碳14测年和DNA分析才能得到准确结果。
 
刘武告诉《知识分子》,他们从福岩洞挖掘得到的47颗牙齿有一颗作了DNA提取,但并未得到有效结果。此外,在2015年的论文中,他们做了三个动物化石和一颗人牙的碳14测年,但只得到其中一个动物化石早于43,000年的结论——这意味着该动物化石可能超出了碳14测年的范围,可能更古老。
 
而之所以没有进一步做DNA分析,是因为这类实验目前对样品是破坏性的。“(样品)很珍贵,” 刘武说,“像我们做专业工作,一代一代寻找,极其艰难地发现了一点人类化石,是舍不得破坏的。几十年上百年留着,慢慢研究,随着方法进步,能提取更多的信息。因此道县的牙拿了一颗做,没有成功,我们就不舍得再破坏了。”
 
而对于李辉团队 “假覆盖” 的假说,在刘武、吴秀杰团队中主要负责地层研究和测年工作的西安交通大学教授蔡演军向《知识分子》表示,洞穴的堆积存在李辉说的可能性,下层是再堆积形成的,但他们认为这种可能性很小。在2015年的论文中,他们也考虑到了这一点。论文指出,福岩洞人和动物化石分布之广泛,“使得第二层的再沉积不太可能。”
 
“我们没有说100%,一定没有,是说很不可能(论文原文为highly unlikely)发生再堆积,”他说,“把出土化石的位置放在发掘平面上去的话,化石的分布面积是很广的,再堆积的话,不可能把这么大面积全部给充实了。”
 
在多次对福岩洞的勘探中,蔡演军观察和分析得到了三项主要证据,得出地层按时间顺序沉积的结论:其一,地层从下至上分布着砾石、碎屑堆积和一层更细的沙石,是一个非常清楚的河流沉积序列,而之后洞穴内水滴下来,在地面结晶形成含有碳酸盐的盖板,覆盖原来的地层;其二,动物化石的碳14测年结果达到北京大学碳14测年的极限,证明化石很老;其三,动物化石的组合有一些绝灭种是存在于相对古老的年代的,超出三到五万年前的范围。
 
“这是我在洞穴发现里面遇到最好的一个序列,” 蔡演军说。因此,他通过对盖板的年代测定来确定人类牙齿埋藏的最晚时间。
 
但盖板测定并非易事,需要找到含有纯净碳酸盐的结晶。蔡演军也是通过几次勘察才找到一颗小石笋,测出其年龄为8万年。这颗小石笋的下方没有人类遗骸,但有一些同层的动物遗骸。
 
蔡演军说,现在仍没有能够非常准确测定古老人类化石年份的工具或技术方法。尽管目前的证据还不能完全否定其他可能性,但根据现有的地层分析、化石分布和动物群组成证据,他认为福岩洞的沉积是由老到新的时序沉积的。
 
“这是一个开放的问题,我们不会完全去否定它,” 他说,“但根据我当时的判断,我认为他80-90%的可能性是不会(发生再堆积)的。(也许)有新的证据或者是其他年代测定比我这个更好,但是我认为目前还是没有的。”
 
刘武说,他们的工作是 “在现有的证据上的初步认识”。
 
“其实我们做科学研究,根据现有的证据,只能说提出一些假说或者看法,不管谁提出的假说看法,是否和历史真实一样,这谁也不知道,” 他说,我们也不敢夸口说我们的科学研究就是历史真实,但是我们根据现有的证据、科学技术手段、研究方法和材料,只能得出这个结论。”
 
他说,如果今后出现新的证据、新的研究方法,就会再调整。“我们这工作是永远做不完的。”
 
多位业内人士向《知识分子》表示,在这次的学术讨论中,首先需要厘清的问题仍是样本本身的可靠性,包括采集信息的准确。在确认基本事实之上,讨论碳14测年、DNA分析的准确性才有意义。
 
科学研究是一个循序渐进的过程,在还未发展出更精确的技术时,通过多种现有技术手段得出的结论值得反复推敲、讨论。而讨论的根基,是研究过程中对每个细节严谨性和真实性的追求。
 
科学的探讨总是有益的,而真理越辩越明。
 
 
参考资料
 
[1] Sun, Xue-feng, Shao-qing Wen, Cheng-qiu Lu, Bo-yan Zhou, Darren Curnoe, Hua-yu Lu, Hong-chun Li et al. "Ancient DNA and multimethod dating confirm the late arrival of anatomically modern humans in southern China." Proceedings of the National Academy of Sciences 118, no. 8 (2021).https://www.pnas.org/content/118/8/e2019158118
 
[2] Martinón-Torres,María, Yanjun Cai, Haowen Tong,Shuwen Pei, Songxing, José María Bermúdez de Castro, Xiujie Wu, and Wu Liu. “On the misidentification and unreliable context of the new “human teeth” from Fuyan Cave (China).”Proceedings of the National Academy of Sciences Jun 2021, 118 (22) e2102961118; DOI: 10.1073/pnas.2102961118
 
[3] Hihgam, T. F. G. ,K. Douka. “The reliability of late radiocarbon dates from the Paleolithic of southern China.” Proceedings of the National Academy of Sciences Jun 2021, 118 (22) e2103798118; DOI: 10.1073/pnas.2103798118
 
[4]Curnoe,Darren, Hong-chun Li, Bo-yan Zhou, Chang Sun, Pan-xin Du, Shao-qing Wen, Xue-feng Sun, Hui Li. “Reply to Martinón-Torres et al. and Higham and Douka: Refusal to acknowledge dating complexities of Fuyan Cave strengthens our case.”Proceedings of the National Academy of Sciences Jun 2021, 118 (22) e2104818118; DOI: 10.1073/pnas.2104818118
 
[5] https://news.fudan.edu.cn/2021/0209/c5a107953/page.htm
 
[6]Liu, W., Martinón-Torres, M., Cai, Yj. et al. The earliest unequivocally modern humans in southern China. Nature 526, 696–699 (2015). https://doi.org/10.1038/nature15696
 
[7]Pääbo S, Poinar H, Serre D, Jaenicke-Despres V, Hebler J, Rohland N, Kuch M, Krause J, Vigilant L, Hofreiter M. Genetic analyses from ancient DNA. Annu Rev Genet. 2004;38:645-79. doi: 10.1146/annurev.genet.37.110801.143214.
 
[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MH671321
 
[9] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN308088
 
[10]Higham, Tom FG, C. Bronk Ramsey, Fiona Brock, Diane Baker, and Peter Ditchfield. "Radiocarbon dates from the Oxford AMS system: Archaeometry datelist 34." Archaeometry 53, no. 5 (2011): 1067-1084.
 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1475-4754.2010.00574.x
 
[11]https://pages.vassar.edu/realarchaeology/2018/09/22/argon-argon-dating-and-hominid-skulls-in-herto-ethiopia/



推荐 0