人類最早出現在東北亞高緯度地區的新證據

朱日祥 R.Potts 謝 飛 K.A.Hoffman 鄧成龍 石采東

潘永信 王紅強 史瑞萍 王永成 施光海 吳乃琴

＊本文刊載得到Nature出版集團公司的許可，由鄧成龍先生譯自：

Zhu R X， Potts R， Xie F， Hoffman K A， Deng C L， Shi C D， Pan Y X， Wang H Q， Shi R P， Wang Y C， Shi G H， Wu N Q. New evidence on the earliest human presence at high northern latitudes in northeast Asia. Nature， 431， 559～562， 2004.

確定早期人類擴散到亞洲的時間是人類演化研究的中心課題之一。在華北泥河灣盆地馬圈溝湖相沉積剖面發掘出四層無可爭議的石器層。本項研究的磁性地層學結果表明，這四層石器層的年齡介于Olduvai極性亞時和Cobb Mountain事件之間的近34萬年時間間隔內。層位最低的舊石器的年齡約1.66 Myr，代表了東亞地區利用石器加工動物遺骨最古老的記錄。層位最高的舊石器的年齡約1.32 Myr，可與以前確認的這一地區最古老的小長梁石器層對比。馬圈溝的結果表明，人類在東北亞北緯40度的首次出現只略晚于西亞地區，同時指示源自非洲的長途快速擴散可能開始于一個溫暖氣候期，從而能夠使早期人類在一個較長的時期定居于東亞高緯地區。

馬圈溝剖面位于泥河灣盆地東部邊緣。該剖面以湖相沉積為主，夾濕地和湖濱相沉積，沉積物主要為灰黃色、灰綠色粘土和粉砂質粘土及粉砂。剖面下伏紅色侏羅紀火山角礫巖，頂部的黃土沉積已經被剝蝕。該剖面共產出四層石器，從上到下依次為半山（44.3～45.0米）、馬圈溝—Ⅰ（65.0～65.5米）、馬圈溝—Ⅱ（73.2～73.56米）和馬圈溝—Ⅲ（75.0～75.5米）（圖二）。

半山石器層（面積2平方米，厚70厘米）于1990年發現并發掘，共95件石制品埋藏于砂礫石質粉砂中。馬圈溝—Ⅰ石器層（面積20平方米，厚50厘米）發掘于1993年，從粘土質粉砂中發掘出111件石制品。2001、2002年在馬圈溝重新組織發掘，在馬圈溝—Ⅱ石器層（面積40平方米，厚36厘米）的黃褐色粘土質粉砂中發掘出226件石制品，在馬圈溝—Ⅲ石器層（面積85平方米，厚50厘米）的灰黑色粉砂質粘土中發掘了443件石制品。馬圈溝—Ⅲ石器層的沉積物中含豐富的貝殼（如Gyraulus chihliensis和Planorbis youngi）、水生植物（如Trapa sp.）的葉子和果實，指示低能、有機質豐富的湖濱或沼澤環境。本層中原地埋藏石制品的密度整體較低（10.4個/立方米），但石制品和動物化石在整個探方中大約5厘米厚的單元里面可以達到170個/立方米，在單個平方米中可以高達620個/立方米。這個密度接近于非洲上新世—更新世考古地點。馬圈溝—Ⅲ層出土的石制品和動物化石保存完好，這可以從保存下來的動物踩踏沉積表面形成的凹坑、石制品非常新鮮的特征以及骨化石表面有石器打擊的痕跡和大量由踩踏引起的細小擦痕看出來。

馬圈溝的四層石器層出土了無可爭議的石器，并顯示出反復打擊的剝片方式。石制品主要是保存有石片疤的石核和臺面、半錐體清楚的石片。每個石器層同時也包含剝過石片的石核，這些石核顯示人工打擊臺面和反復疊壓的石片疤。這些石核可以歸類為砍砸器、刮削器以及在非洲上新世—更新世石器組合中出現的多面器。馬圈溝石核由燧石、砂巖、石英和安山巖等斷塊打制而成，不同于典型的由火山熔巖卵圓形礫石制成的東非奧杜韋石制品。馬圈溝Ⅰ～Ⅲ的石制品相對于十分細粒的沉積物質而言是巨大的碎屑，表明是人類從遺址以外的巖石露頭搬運來的。

馬圈溝—Ⅲ層的脊椎動物化石（1014個）最有代表性，大部分是象，其他物種包括三門馬、桑氏鬣狗、披毛犀、鹿、羚羊、鴕鳥和食肉類等。馬圈溝—Ⅲ和半山石器層的哺乳動物與小長梁遺址的典型物種是一致的。由踩踏引起的沉積磨損不利于準確識別利用石制工具屠宰動物的特征。然而，幾個鹿、馬的長骨頭上顯示了石制工具打擊的特征，顯示了早期人類敲骨取髓的行為。雖然在沉積間斷期間也有石器和骨化石的堆積，但石器和骨化石表面沒有顯示風蝕的特征，因此，這些石器和骨化石不是來自不同的層位，而是同時期堆積的。這些有石器加工痕跡的骨頭表明，古人類已經能夠從馬圈溝—Ⅲ石器層中保存的動物身上獲取食物。

我們對厚95.6米的馬圈溝剖面做了詳細的古地磁研究，并與相距1.5公里、厚128.8米的郝家臺平行剖面進行對比。郝家臺剖面由出露在溝谷中的水平地層組成，保存著泥河灣地層完整的上半部分，上伏全新世土壤和馬蘭黃土。所有郝家臺樣品采自天然露頭。馬圈溝剖面上部75.2米的樣品采自天然露頭，下面打了兩口人工井，以獲取更古老的古地磁記錄。第一口井位于馬圈溝—Ⅲ遺址東南約20米，對應在剖面上的深度范圍是75.2～86.2米；第二口井位于遺址西北方向約50米，對應在剖面上的深度范圍是75.2～95.6米。馬圈溝和郝家臺剖面的地層序列可以通過兩個顯著的標志層進行對比：礫石層（馬圈溝剖面45米和郝家臺剖面105米深度處）和含軟體動物化石的灰黃色粘土層（馬圈溝66米和郝家臺122.4米深度處）。

磁化率各向異性、熱磁分析和磁滯回線測量等巖石磁學測試結果顯示，準單疇顆粒的磁鐵礦是剩磁的主要載體，并且沉積磁組構自沉積以來沒有受到擾動。在檢驗兩剖面古地磁記錄的可靠性之后，通過對天然剩磁進行系統退磁建立了兩個剖面的磁極性地層。在附錄中可以獲得完整的巖石磁學和系統退磁信息。

對每個樣品通過熱退磁或交變退磁去掉次生剩磁之后，獲得由特征剩磁向量的方向計算出虛地磁極緯度。然后，利用這些虛地磁極確定兩剖面的磁極性地層序列。

在郝家臺剖面獲得了四個極性帶，包括兩個正極性帶：N1（0～49.0米）和N2（75.8～80.2米）；兩個負極性帶：R1（49.0～75.8米）和R2（80.2～128.8米）。在馬圈溝剖面獲得了五個極性帶，包括兩個正極性帶和三個負極性帶，這些極性帶與郝家臺剖面的極性序列對應如下：N2（17.2～22.0米）和N3（85.0～90.5米）；R1（0～17.2米）、R2（22.0～85.0米）和R3（90.5～95.6米）。所有石器層都位于馬圈溝剖面的極性帶R2內。

由于全新世土壤、馬蘭黃土及末次間冰期古土壤覆蓋于郝家臺湖相沉積物之上，說明郝家臺剖面的湖相沉積可能延續至中更新世晚期甚至晚更新世，因此，郝家臺剖面的磁極性序列可與第四紀標準地磁極性年表對比。具體地說，郝家臺剖面的磁極性帶N1和N2分別對應于布容極性時和哈拉米洛極性亞時，馬圈溝剖面的磁極性帶N2和N3分別對應于哈拉米洛極性亞時和奧杜韋極性亞時。因此，馬圈溝和郝家臺剖面的泥河灣層從稍早于奧杜韋極性亞時開始發育，一直延續到布容正極性時。

這一磁性地層學對比結果得到了生物年代地層學的支持，即半山和馬圈溝—Ⅲ層的泥河灣哺乳動物群指示年代為晚上新世—早更新世。另外，兩個短的轉換場行為（標記為e1和e2）在馬圈溝和郝家臺的磁極性帶R2中都有記錄（馬圈溝e1：29.5～30.5米，郝家臺e1：88.7～89.9米；馬圈溝e2：36.5～37.3米，郝家臺e2：94.1～94.7米）。考慮到磁極性帶R2位于奧杜韋極性亞時頂界與哈拉米洛極性亞時底界之間，持續時間約0.70 Myr，根據平均沉積速率作線性內插，得出e1和e2的年齡分別為1.16 Myr和1.24 Myr。這些年齡值非常接近于Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移的40Ar～39Ar年齡，即1.10～1.11 Myr和1.21～1.24 Myr。因此，馬圈溝和郝家臺兩個剖面的地層不僅記錄了松山極性時粗線條的磁性地層（即哈拉米洛和奧杜韋正極性亞時），而且還記錄了其中的一些精細結構（即Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移）。

位于磁極性帶R2的半山、馬圈溝—Ⅰ、馬圈溝—Ⅱ和馬圈溝—Ⅲ石器層反映了以湖相地層為主體中的間歇性濕地或湖濱相沉積，它們的中值深度分別為44.65、65.25、73.38和75.25米（圖二）。在馬圈溝剖面的R2磁極性帶，根據平均沉積速率作線性內插，得出這四層石器層的年齡分別為1.32、1.55、1.64和1.66 Myr。

馬圈溝—Ⅰ、馬圈溝—Ⅱ和馬圈溝—Ⅲ石器層的年齡比以前華北舊石器遺址的年齡都要古老，表明人類到達東北亞的時間比以前認為的還要早。結合黃土高原南端的公王嶺遺址（1.15 Myr）和西侯度遺址（1.27 Myr）以及泥河灣盆地的小長梁（1.36 Myr）和東谷坨遺址（1.1 Myr）的年齡數據，我們的新結果表明，在早更新世，古人類曾占據了從華北到黃河中游的廣大地區，并在這里長期繁衍生息。

馬圈溝—Ⅲ石器層的年齡1.66 Myr，比以前東亞北緯40度人類出現的最早年齡還早0.3 Myr。我們的研究特別是馬圈溝—Ⅲ石器層的結果，證實了東亞最早的石器和人工骨制品共存，表明與東非最古老的石器和人工骨制品之間可能存在連續性。馬圈溝的考古學證據指示了目前已知的亞洲早期人類最早食用動物組織的行為，尤其是敲骨取髓。泥河灣盆地最早的考古文化層只比歐亞大陸西部北緯40度德瑪尼西遺址早期人類的年齡1.75 Myr略晚一些。馬圈溝遺址的年齡數據也落在東南亞已知最早的人類化石1.66～1.51 Myr年齡范圍內。綜合證據表明，在接近更新世開始的時候，早期人類可能從其發源地非洲出發，以較快的速度擴散，穿越亞洲大陸，至少到達了北緯40度。我們的研究結果進一步證明，最早到達東北亞的早期人類能夠在中更新世大幅度氣候波動開始之前至少生存了50萬年。

致謝感謝R. J. Enkin博士提供古地磁數據處理軟件。本研究工作受中國國家自然科學基金和中國科學院項目資助，R.P.受美國國家科學基金會和美國國家自然歷史博物館史密森研究院人類起源項目組資助，K.A.H.也受到美國國家科學基金會的資助。

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〔責任編輯：張金棟〕

后記：

英國的《Nature》和美國的《Science》是國際上最為著名的綜合性學術刊物，其影響力高于任何專業性學術刊物。《Nature》自從1869年創刊以來，始終站在科學的前沿，許多革命性的重大科學發現都是由它最先報道的。它所刊載的學術論文，十分強調原始性、重要性、交叉性、可讀性、新穎性和巧妙性。而且非常關注古人類、舊石器考古的重大發現，如1925年南非南方古猿的發現、1997年東非最為古老石器的問世、2004年印尼佛洛勒斯人的研究等都給予了報道。

上世紀初葉，泥河灣由于在地質學、地層學和哺乳動物群方面所取得的研究成果，開始引起國際科學界的關注。上世紀七八十年代，泥河灣層早更新世小長梁（136萬年）、東谷坨遺址（110萬年）的發現和研究，使泥河灣在舊石器考古學和古人類學研究方面獲得突破性進展，但是，對百萬年以前古人類活動遺跡的國際學界認可，得益于泥河灣中美合作考古研究項目。近年古地磁年代學研究證明：1992年馬圈溝遺址的發現，使泥河灣古人類活動的年代提前到距今155萬年以前；2001年馬圈溝遺址第二、第三文化層的發現，又提前到距今166萬年前；2005年馬圈溝遺址第四、第五、第六文化層的揭示，再次將泥河灣人類活動的歷史向前推進了近10萬年。

泥河灣舊石器時代考古的重大發現，引起了《Nature》雜志的高度關注，2001年，該雜志發表了《人類在東北亞的最早出現》一文，公布了小長梁遺址的考古發現，認定小長梁遺址形成的年齡在距今136萬年。2004年，該雜志又發表了《人類最早出現在東北亞高緯度地區的新證據》，公布了馬圈溝遺址幾個文化層的發現和古地磁年代，將馬圈溝遺址第三文化層的年代鎖定在距今166萬年。

馬圈溝遺址的考古發現披露后，在國際科學界引起了較大的反響。除《Nature》報道外，美國《紐約時報》、美國國家科學基金會立法和公共事務辦公室，法國《科學與未來》，德國《科學》、《地球科學》、《自然科學動態·信息》及韓國、日本的相關雜志都給予了報道或評論，為在東北亞高緯度地區發現如此古老的人類文化遺存而贊嘆，同時引發了人們更多對人類起源與遷徙線路的猜測。

泥河灣馬圈溝遺址的重大發現，的確為人類起源非洲的理論模式出了一大難題。位于黑海和里海之間的格魯吉亞屬于西亞，其Dmnisi遺址被認為是距今175萬年前人類走出非洲、到達西亞的考古學證據，從這里，再向歐洲和東亞等地區遷徙傳播。如今，幾乎處于同一緯度，遠隔千山萬水的泥河灣的人類活動歷史已經達到或超越了該年代，那么又怎樣解釋隨之發生的諸多問題呢？

為了讓人們進一步了解泥河灣研究的進展，看到《Nature》雜志發表的兩篇重要論文，我們請作者之一鄧成龍先生譯成中文，在《文物春秋》雜志發表，為研究和關心泥河灣的朋友們提供方便。

謝飛

2006年1月5日