人類最早走出非洲是在185萬年前，中國境內最早古人類是170萬年前的元謀人。隨著《自然》新出爐的文章，這些認知可能被改寫。
人類走出非洲的時間又提前了？近日，《自然》（Nature）在線發表了中國科學家在黃土高原舊石器時代考古方面的研究成果——他們在陝西藍田縣上陳村發現了距今212萬年的石器工具，比公認的非洲之外最古老的德瑪尼斯古人（185萬年）提前了27萬年。古人類遷移和擴散的經典模式可能會被改寫。
中國科學院廣州地球化學研究所的朱照宇研究員帶領的團隊，在我國陝西省藍田縣上陳村一帶發現了一個更新世早期的古人類舊石器遺址。在這片黃土高原南部、秦嶺北麓的遺址中的17個黃土-古土壤序列原生層位中，已經發現了96件石器，這些舊石器早期的產物涵蓋的年代從126萬年到212萬年。
研究者在陡峭的山坡上進行作業。（來源：New York Times）
此前國際公認的非洲以外最早的古人類（直立人）遺址位於格魯尼亞的德瑪尼斯（Dmanisi）。科學家在那裡挖掘出了距今185萬-178萬年的人類化石和石器。中國的新發現比其提前了27萬年。
中國還有比元謀人更早的古人類？
陝西的新發現，是否能真正地把人類離開非洲的時間提前？在這項研究之前，中國最早的古人類記錄距今大約170萬年，也就是出現在我們歷史課本上那兩顆雲南元謀人牙齒化石。那麼我們是否有理由相信在中國還有比元謀人更早的古人類？
元謀人據以命名的兩顆牙齒化石，也是元謀人化石僅有的兩件標本（圖片來源網絡）
其實，我國距今200萬年左右遺蹟的發現可不止這一次，在我國就有多處遺址發現了距今200萬年左右的石器。例如在重慶龍骨坡洞穴沉積物中發現了舊石器，在安徽繁昌人字洞和湖北建始縣的洞穴遺址均被認為距今都有200多萬年。本次論文通訊作者朱照宇表示，這些遺址所含有的人類活動遺蹟的沉積物多屬於“洞穴堆積”，沉積作用較為複雜，不太連續，測年技術比較複雜，所以存在著爭議。他說：“據我有限的瞭解，這些研究成果儘管已經在國內外發表，但在國際上始終存在著爭議。”
陝西省藍田縣上陳村附近的一處黃土層，黃土剖面非常典型（來源：Nature）
科學上認定一個人種的出現，要有無可辯駁的證據。其一是找到能夠證實物種的化石。德克薩斯大學奧斯汀分校的人類學家John Kappelman表示“只需一根手指骨就可記錄人的存在”，但人類古化石極其罕見。二是給出相應的地質學證據。
雖然經過數十年的積累，科學家已確定了幾個人種，但至今仍不能明確界定這些不同人種的骨骼特徵。而從地質學定年的角度看，年代學上可能會有數十萬年到數百萬年的誤差。對於地質歷史來說，幾百萬年或許只是個小誤差，但這對於僅存幾百萬年的物種，這種誤差範圍過大。另外，對於第四紀（距今約258萬年）以來的沉積物定年，還沒有一種絕對可靠的方法。
所以，要認定一個新的人種，或是判斷他們何時走出非洲都十分困難。國內的幾處遺址，要麼缺少古人類化石，要麼石器類型有爭議，同時有定年上問題。所以儘管有古生物化石的證據，但“超過200萬年”的諸多遺蹟都沒能得到國際廣泛的認可。
這次朱照宇研究團隊能將論文的發表在國際期刊《自然》上，也經歷了重重考驗。“我們的論文在2016年12月投稿，歷時一年半時間，經過了5次正式修改，20多次自己的修改才被接受。”儘管他們的團隊也未發現古人類化石，但他們在遺址黃土的斷代和原地埋藏的石器——人類活動的有一個直接證據——給了他們一個較為明確的時間，這也是他們的工作能被承認的主要原因。即便如此，朱照宇清楚“還是會面對很多質疑” 。
在黃土剖面工作（來源：Science）
與藍田遺址一衣帶水的發現
陝西的黃土通過“古地磁定年”能很好地測出年代。目前公認的黃土沉積主要成因是“風成說”：黃土顆粒經過長距離的風力搬運，在特定的環境下（如我國的半乾旱環境）堆積而成，堆積高達數百米，形成眾所周知的黃土高原。黃土的堆積是連續的，不同年代的黃土和古土壤一層層疊了起來，形成了一個漂亮的剖面。朱照宇的團隊正是在位於黃土高原的灞河北岸，發現了黃土和古土壤的連續剖面——上陳遺址。
在灞河對面的南岸，就是曾經發現“藍田人”的遺址。新剖面的發現，和藍田人遺址不只是地理位置上靠近而已。
1964年，科學家在陝西省藍田縣公王嶺發現了“藍田人”頭骨。這塊藍田人頭骨最新的年代測定是朱照宇團隊完成的——距今約163萬年。這比之前測定的115萬年還久遠很多。他們在地層中還發現了石器，於是想到這裡應該還有更早的人類活動遺址。可惜公王嶺的遺址剖面有缺失而不連續，他們就向周邊尋找，結果在附近路上發現了一條紅白黃相間的剖面，是一處典型的黃土-古土壤剖面。標誌層如此明顯，又發現了其中有石器，這令他們非常興奮。
朱照宇團隊發現的部分石器（來源：Nature）
為了給出更加精準的測定，研究團隊的工作長達十餘年。從第一次踏上公王嶺，到測出最古老地層是212萬年，再到發表論文已經過去了14年。“2007年7月18日發現了上村遺址，每年都去兩、三次，採樣帶回來測試”，朱照宇說。長期的堅持工作最終有了這項漂亮的研究成果。
上陳村陡峭的土層沒有讓任何一位參與者倖免——他們都摔過跟頭。當吳翼博士認為野外作業十分辛苦時，朱照宇研究員說：“冬天極冷，夏天像蒸籠，但這些困難我們都可以通過毅力克服。” 已經年近七旬的朱照宇研究員還站在科研一線，在他心中，作為地質學者的辛苦是“可以解決的困難”。朱照宇笑稱，“我們最大的困難是經費”。
古人類曾在黃土高原反覆居住
朱研究員詳細介紹了他們的研究思路：在野外勘察認清黃土後，與古土壤標誌層進行對比、建立土壤地層序列，同時對黃土進行粒度分析、化學分析和礦物分析以確定為風成沉積物，發現與典型黃土一致。再研究這些沉積物是否可用岩石磁學的方法進行定年測試（發現適合），最終得到了距今的年代。
古地磁定年是地質學定年的重要方法。沉積物中的磁性顆粒形成時受地磁場的磁化，保留了當時的地磁場方向。地質歷史中，地球磁場極性會發生倒轉（北極變成南極，或相反），現在已經準確知道地磁場倒轉的時間。對比地層中地磁場方向的倒轉序列與地磁倒轉的標準時標，就能得到地層形成的年代。
在S27-L28層發現的石器（來源：Nature）
團隊中主要負責古地磁定年的吳翼博士介紹，學術界內中國黃土磁性研究是比較成熟的，1982年時《自然》雜誌發表了中國黃土奠基性的磁性地層序列，，2002年建立了經過古地磁定年和粒度標定並使用天文軌道調諧建立的黃土模式年代序列，“黃土的古地磁測定和模式年代得到國際公認”。研究團隊對黃土進行了高密度高分辨率的古地磁定年分析後，建立了上陳剖面古地磁年代學序列，與標準值對比得到了很好的時間年代——頂部第五層的40萬年，到下部28層的214萬年，而且這20多個層位裡發現了舊石器。論文中主要介紹了古土壤層S15（Palaeosol,S）到黃土層（Loess ,L）L28的情況，時間跨度從126萬年到212萬年。這表明在距今126萬年到212萬年的長達86萬年的時間裡，黃土高原就有早期人類反覆（不一定是連續）居住。
為什麼選擇古地磁定年，而不用其他的測年方法，比如人們常聽到的同位素測年法？吳翼博士解釋：“對沉積物的定年方法有很多，但像同位素、光釋光等方法年代上限達不到要求，碳同位素定年只有3萬-5萬年。也有近年來發展比較好的鋁鈹同位素定年，但這種方法對樣品要求很高，黃土裡缺少能夠測定的物質，所以也不能使用。”
這些古老石器屬於誰？
因為此次的新發現與藍田人遺址十分接近，是否這些石器是藍田人（直立人）留下的？朱照宇給出了嚴謹的回答，“藍田人是公認的直立人，但從年代上看，他們遠早於目前認定直立人（德瑪尼斯人）離開非洲的時間，所以是什麼人種還不清楚。上陳遺址沒有找到古人類化石，所以是否是直立人制造了這些工具，或是其他古老的人種（比如能人），還要進一步研究。”
朱照宇同時表示，他們通過地磁定年對比發現的石器能屬於兩種典型的類型。上陳村出土的96塊石器，主要是奧杜威石器類型，也有小部分屬於更後期的阿舍利（Acheulean）石器類型。這裡面有石核、石片、刮削器、尖狀器、鑽孔器和石錘，還有手鎬和阿舍利文化中的兩面器等。
什麼是“石核”？兩個鵝卵石互相敲擊打磨下很多石片，原來的鵝卵石就有很多凹陷，也就是石核。石核繼續加工成為“砍砸器”，可以用來砸東西。打磨下來的石片也可以繼續加工，成為“刮削器”，它們比較鋒利，可以用來割肉。另一些石片可以加工成“尖狀器”，一些較為鋒利的石塊，被猜測為是綁在木棍上，當成矛等武器使用。
科學家如何認定出土的石器是人造工具？一方面，這部分黃土是本層堆積，非常完整，土壤十分細膩，而且周圍也沒有河流沉積物，所以可認定這些工具本不是原始就存在的。另一方面，石器本身有明顯的銳化現象，在未打磨的地方還有原始的風化表層，而打磨過的缺口相對新鮮。這些石器形狀最小直徑幾釐米，大的有幾十釐米——只能是人工製成。團隊認為，這些石頭原本可能來自秦嶺山麓。
在上陳遺址拍下的石器（來源：insidescience）
團隊還在附近發現了一些不完整的動物化石，包括遠古的牛、羊、馬、豬和獵狗、劍齒虎的牙齒。雖然我們可以猜測，古人用工具處理過這些動物的屍體，但研究團隊出於嚴謹並未在論文中給出相應的關聯。John Kappelman認為，骨頭上是否有切痕，被人為破損的標記，或是石器上檢測出微生物標記可以作為證據。不過，團隊目前已經發現的遺骸都是殘缺的，並且在黃土中風化嚴重。想要做出關聯判斷，還需要更多的探索。
考古研究不只是“比誰最老”
到底是誰最早走出了非洲，最先拿起了工具？
目前為止，全世界發現古人類遺址的時空分佈不連續，這極大地限制了人類演化的研究。而朱照宇團隊的研究開拓了新的研究方向——全球變化下的黃土-古土壤序列和古人類的演化能夠聯繫起來。在團隊重點研究的17個包含石器的黃土-古土壤地層中，11層古土壤指示了暖溼氣候期，6層黃土指示了乾冷氣候期，這反映出：早期人類可能比較適應暖溼的氣候環境。
距今260萬年以來，世界至少經歷了33次冰期和間冰期的交換。黃土能夠連續地沉積下來，但人不一定能夠連續在這裡居住，可能有反覆遷徙——這讓亞洲對於人類進化有了更重要的意義。
地質學和古人類學結合的研究具有重要的科學意義，因為不同層之間的石器，可能揭示了人類思維和文化的發展過程，以及人類是如何適應氣候變化的。朱照宇認為，“中國黃土高原是研究古人類起源和演化的天然試驗場，它開拓了黃土-古土壤序列和古人類文化演化序列研究的新途徑，人們有必要重新審視早期人類起源、遷徙、擴散、演化的經典模式。” 對於未來的工作，朱照宇表示還要繼續更廣泛地調查，希望找到古人類的化石遺骸，找出他們居住的場所，探索那些動物是否是他們狩獵的。
在黃土剖面表面就能發現石器（來源：Nature）
長久以來，我們在宣傳考古發現時，總是注重“最先”“最老”等具有轟動效應的成果，“並不太重視內涵和意義。”朱照宇告訴記者，“過去我們古脊椎動物和古人類研究所的老師寫過不少科普文章，但年輕一代寫得不多，不太注重這方面，應繼續改進。我們應該注重科學本身，而不是它所能引發的公眾效應。”
參考文獻
1.Zhaoyu Zhu. R. Dennell et al. Hominin occupation of the Chinese Loess Plateau since about 2.1 million years ago
2.John Kappelman. An early hominin arrival in Asia
出品：科普中央廚房
監製：北京科技報 | 科學加客戶端
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