【研究成果】現代古人類何時進入亞洲?臺灣學者參與解決亞洲現代古人類起源爭議難題

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  黃愷翊 (科學推展中心特約編輯)


圖一、沈積層與文化層依時序自然堆疊,抽取鈣板做為定年樣本便具有時間指示性。 (圖片來源:臺灣大學地質科學系李紅春教授)

人類起源於哪裡?一直以來是古人類學爭論不休的議題。科學家大都認為現代人類發源於非洲,然而2015年中國科學院的研究團隊在中國南方幾個洞穴內發現現代古人類(Anatomically Modern Humans, AMHs)考古遺址,依據遺址沈積物的定年測試結果推論現代古人類可能最早在12萬年前就已經到了中國南方。此論文一發表後,再次引起各方科學家對人類演化史的爭議,今年南京大學、復旦大學等研究團隊與臺大地質科學系李紅春教授的研究團隊合作,運用DNA、碳14定年法揭開真相的謎底。

 

中國人獨立起源論?主流現代古人類非洲起源論被推翻

2015年中國科學院古脊椎動物與古人類研究所領銜的研究團隊在中國南方洞穴內發現古人類活動的遺址,根據遺址沉積物的鈾系定年區間為7萬至15萬年前之間,因此他們推論現代古人類可能於12萬年前就已經出現在中國南方,此研究結果一發表在《Nature》後引起考古學界的爭議。這一觀點打破了現代學術主流認為現代古人類是6.5至4.5萬年左右從非洲出發散居全世界的非洲起源論。然而此研究主張仍存有疑問,原因是這些定年都不在化石樣本(包含動物與人類的牙齒、骨頭),沉積物的定年能否代表人類化石年齡的謎題尚未解開。

為了進一步確定文化遺址的年齡,南京大學地理學院領銜的研究團隊與臺大地質系李紅春教授帶領的AMS實驗室合作,對中國南方的5個洞穴的古人類遺址採樣,除了運用鈾系定年和光熒光定年方法對沉積物定年,同時也採用DNA鑒定、碳14定年法對化石樣本、碳屑等進行定年。

骨頭定年最為準確但也最不容易

當我們想判斷文化遺址年齡時,最直接想到的就是對化石樣本進行定年,為什麼研究團隊不直接對化石樣本進行定年呢?原因是骨頭定年其實相當困難,化石樣本易受到環境的影響,樣本中鈾和釷的成分比例容易流失或增加,無法滿足鈾定年法的前提條件。因此,研究團隊只能選擇地層中具有指示意義的碳酸鈣沈積物(鈣板或石鐘乳)進行鈾系定年。

碳14定年法是一種用於測定6萬年以內含碳物質的絕對定年方法,需要提取樣品中的骨膠原(只佔0.1~0.5%),而且需要測量樣品的碳氮比值(C/N)以及碳氮同位素。由於骨頭或牙齒在埋藏後,其中的氨基酸可能流失,在過程中後期碳的加入會導致樣品的年齡偏輕。

由於人骨與人牙相當寶貴,很少有足夠的樣品量來提取骨膠原。AMS實驗室建立了提取骨膠原的方法,對現代牛骨和河南殷墟已知年齡的人骨進行了骨膠原AMS碳14定年。確定定年結果可信後,再對南京大學提供的5個洞穴遺址的炭屑、動物牙齒和骨頭、人牙等樣品進行定年後,發現所有的年齡結果都小於4.5萬年,不少樣品甚至只有幾千年。

化石樣本的定年結果與沈積物定年結果相差甚遠,即使後期加入碳對樣品有污染,但這些污染不足以讓樣品的年齡從10萬年變到幾千年。從DNA分析和多種定年結果看,這些洞穴考古遺址的化石年齡都不老於5萬年,不支持現代古人類在12至7萬年前出現在中國南方遺址的論述。

為什麼沈積物與化石樣本的年齡會有那麼大的落差呢?

至於為什麼兩種樣本的定年結果相差這麼大呢?地層的沉積順序能夠說明這一切(如圖一),在模式1的情況下,先埋藏化石層,再沉積鈣板,這樣的情況應該是鈣板的年齡比化石層年輕,鈣板年齡可以指示該文化遺址的埋藏年齡。

但是,如果是鈣板先沉積,之後鈣板下的沉積物被水掏空或人為挖去,化石層是後來填充進去的,鈣板便有可能比化石層老,在此狀況下鈣板年齡不能代表該文化遺址的年齡。

圖二、如沈積層遭人為或流水沖刷掏空,後來再填入化石層,此時鈣板定年便無法代表文化遺址年齡。 (圖片來源:臺灣大學地質科學系李紅春教授)

從DNA分析和多種定年結果顯示現代古人類抵達中國南方的時間可能不早於6.5萬年,此研究成果說明在確定考古遺址年代時使用沉積物年齡來指示文化層年齡時需要謹慎,要考量到遺址的沈積順序才能選取到正確的樣品,並且得到具有代表性的定年結果。

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