人类最早出现在东北亚高纬度地区的新证据

朱日祥　R.Potts　谢　飞　K.A.Hoffman　邓成龙　石采东　

潘永信　王红强　史瑞萍　王永成　施光海　吴乃琴

＊本文刊载得到Nature出版集团公司的许可，由邓成龙先生译自：

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.

确定早期人类扩散到亚洲的时间是人类演化研究的中心课题之一。在华北泥河湾盆地马圈沟湖相沉积剖面发掘出四层无可争议的石器层。本项研究的磁性地层学结果表明，这四层石器层的年龄介于Olduvai极性亚时和Cobb Mountain事件之间的近34万年时间间隔内。层位最低的旧石器的年龄约1.66 Myr，代表了东亚地区利用石器加工动物遗骨最古老的记录。层位最高的旧石器的年龄约1.32 Myr，可与以前确认的这一地区最古老的小长梁石器层对比。马圈沟的结果表明，人类在东北亚北纬40度的首次出现只略晚于西亚地区，同时指示源自非洲的长途快速扩散可能开始于一个温暖气候期，从而能够使早期人类在一个较长的时期定居于东亚高纬地区。

马圈沟剖面位于泥河湾盆地东部边缘。该剖面以湖相沉积为主，夹湿地和湖滨相沉积，沉积物主要为灰黄色、灰绿色粘土和粉砂质粘土及粉砂。剖面下伏红色侏罗纪火山角砾岩，顶部的黄土沉积已经被剥蚀。该剖面共产出四层石器，从上到下依次为半山（44.3～45.0米）、马圈沟—Ⅰ（65.0～65.5米）、马圈沟—Ⅱ（73.2～73.56米）和马圈沟—Ⅲ（75.0～75.5米）（图二）。

半山石器层（面积2平方米，厚70厘米）于1990年发现并发掘，共95件石制品埋藏于砂砾石质粉砂中。马圈沟—Ⅰ石器层（面积20平方米，厚50厘米）发掘于1993年，从粘土质粉砂中发掘出111件石制品。2001、2002年在马圈沟重新组织发掘，在马圈沟—Ⅱ石器层（面积40平方米，厚36厘米）的黄褐色粘土质粉砂中发掘出226件石制品，在马圈沟—Ⅲ石器层（面积85平方米，厚50厘米）的灰黑色粉砂质粘土中发掘了443件石制品。马圈沟—Ⅲ石器层的沉积物中含丰富的贝壳（如Gyraulus chihliensis和Planorbis youngi）、水生植物（如Trapa sp.）的叶子和果实，指示低能、有机质丰富的湖滨或沼泽环境。本层中原地埋藏石制品的密度整体较低（10.4个/立方米），但石制品和动物化石在整个探方中大约5厘米厚的单元里面可以达到170个/立方米，在单个平方米中可以高达620个/立方米。这个密度接近于非洲上新世—更新世考古地点。马圈沟—Ⅲ层出土的石制品和动物化石保存完好，这可以从保存下来的动物踩踏沉积表面形成的凹坑、石制品非常新鲜的特征以及骨化石表面有石器打击的痕迹和大量由踩踏引起的细小擦痕看出来。

马圈沟的四层石器层出土了无可争议的石器，并显示出反复打击的剥片方式。石制品主要是保存有石片疤的石核和台面、半锥体清楚的石片。每个石器层同时也包含剥过石片的石核，这些石核显示人工打击台面和反复叠压的石片疤。这些石核可以归类为砍砸器、刮削器以及在非洲上新世—更新世石器组合中出现的多面器。马圈沟石核由燧石、砂岩、石英和安山岩等断块打制而成，不同于典型的由火山熔岩卵圆形砾石制成的东非奥杜韦石制品。马圈沟Ⅰ～Ⅲ的石制品相对于十分细粒的沉积物质而言是巨大的碎屑，表明是人类从遗址以外的岩石露头搬运来的。

马圈沟—Ⅲ层的脊椎动物化石（1014个）最有代表性，大部分是象，其他物种包括三门马、桑氏鬣狗、披毛犀、鹿、羚羊、鸵鸟和食肉类等。马圈沟—Ⅲ和半山石器层的哺乳动物与小长梁遗址的典型物种是一致的。由踩踏引起的沉积磨损不利于准确识别利用石制工具屠宰动物的特征。然而，几个鹿、马的长骨头上显示了石制工具打击的特征，显示了早期人类敲骨取髓的行为。虽然在沉积间断期间也有石器和骨化石的堆积，但石器和骨化石表面没有显示风蚀的特征，因此，这些石器和骨化石不是来自不同的层位，而是同时期堆积的。这些有石器加工痕迹的骨头表明，古人类已经能够从马圈沟—Ⅲ石器层中保存的动物身上获取食物。

我们对厚95.6米的马圈沟剖面做了详细的古地磁研究，并与相距1.5公里、厚128.8米的郝家台平行剖面进行对比。郝家台剖面由出露在沟谷中的水平地层组成，保存着泥河湾地层完整的上半部分，上伏全新世土壤和马兰黄土。所有郝家台样品采自天然露头。马圈沟剖面上部75.2米的样品采自天然露头，下面打了两口人工井，以获取更古老的古地磁记录。第一口井位于马圈沟—Ⅲ遗址东南约20米，对应在剖面上的深度范围是75.2～86.2米；第二口井位于遗址西北方向约50米，对应在剖面上的深度范围是75.2～95.6米。马圈沟和郝家台剖面的地层序列可以通过两个显著的标志层进行对比：砾石层（马圈沟剖面45米和郝家台剖面105米深度处）和含软体动物化石的灰黄色粘土层（马圈沟66米和郝家台122.4米深度处）。

磁化率各向异性、热磁分析和磁滞回线测量等岩石磁学测试结果显示，准单畴颗粒的磁铁矿是剩磁的主要载体，并且沉积磁组构自沉积以来没有受到扰动。在检验两剖面古地磁记录的可靠性之后，通过对天然剩磁进行系统退磁建立了两个剖面的磁极性地层。在附录中可以获得完整的岩石磁学和系统退磁信息。

对每个样品通过热退磁或交变退磁去掉次生剩磁之后，获得由特征剩磁向量的方向计算出虚地磁极纬度。然后，利用这些虚地磁极确定两剖面的磁极性地层序列。

在郝家台剖面获得了四个极性带，包括两个正极性带：N1（0～49.0米）和N2（75.8～80.2米）；两个负极性带：R1（49.0～75.8米）和R2（80.2～128.8米）。在马圈沟剖面获得了五个极性带，包括两个正极性带和三个负极性带，这些极性带与郝家台剖面的极性序列对应如下：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）。所有石器层都位于马圈沟剖面的极性带R2内。

由于全新世土壤、马兰黄土及末次间冰期古土壤覆盖于郝家台湖相沉积物之上，说明郝家台剖面的湖相沉积可能延续至中更新世晚期甚至晚更新世，因此，郝家台剖面的磁极性序列可与第四纪标准地磁极性年表对比。具体地说，郝家台剖面的磁极性带N1和N2分别对应于布容极性时和哈拉米洛极性亚时，马圈沟剖面的磁极性带N2和N3分别对应于哈拉米洛极性亚时和奥杜韦极性亚时。因此，马圈沟和郝家台剖面的泥河湾层从稍早于奥杜韦极性亚时开始发育，一直延续到布容正极性时。

这一磁性地层学对比结果得到了生物年代地层学的支持，即半山和马圈沟—Ⅲ层的泥河湾哺乳动物群指示年代为晚上新世—早更新世。另外，两个短的转换场行为（标记为e1和e2）在马圈沟和郝家台的磁极性带R2中都有记录（马圈沟e1：29.5～30.5米，郝家台e1：88.7～89.9米；马圈沟e2：36.5～37.3米，郝家台e2：94.1～94.7米）。考虑到磁极性带R2位于奥杜韦极性亚时顶界与哈拉米洛极性亚时底界之间，持续时间约0.70 Myr，根据平均沉积速率作线性内插，得出e1和e2的年龄分别为1.16 Myr和1.24 Myr。这些年龄值非常接近于Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移的40Ar～39Ar年龄，即1.10～1.11 Myr和1.21～1.24 Myr。因此，马圈沟和郝家台两个剖面的地层不仅记录了松山极性时粗线条的磁性地层（即哈拉米洛和奥杜韦正极性亚时），而且还记录了其中的一些精细结构（即Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移）。

位于磁极性带R2的半山、马圈沟—Ⅰ、马圈沟—Ⅱ和马圈沟—Ⅲ石器层反映了以湖相地层为主体中的间歇性湿地或湖滨相沉积，它们的中值深度分别为44.65、65.25、73.38和75.25米（图二）。在马圈沟剖面的R2磁极性带，根据平均沉积速率作线性内插，得出这四层石器层的年龄分别为1.32、1.55、1.64和1.66 Myr。

马圈沟—Ⅰ、马圈沟—Ⅱ和马圈沟—Ⅲ石器层的年龄比以前华北旧石器遗址的年龄都要古老，表明人类到达东北亚的时间比以前认为的还要早。结合黄土高原南端的公王岭遗址（1.15 Myr）和西侯度遗址（1.27 Myr）以及泥河湾盆地的小长梁（1.36 Myr）和东谷坨遗址（1.1 Myr）的年龄数据，我们的新结果表明，在早更新世，古人类曾占据了从华北到黄河中游的广大地区，并在这里长期繁衍生息。

马圈沟—Ⅲ石器层的年龄1.66 Myr，比以前东亚北纬40度人类出现的最早年龄还早0.3 Myr。我们的研究特别是马圈沟—Ⅲ石器层的结果，证实了东亚最早的石器和人工骨制品共存，表明与东非最古老的石器和人工骨制品之间可能存在连续性。马圈沟的考古学证据指示了目前已知的亚洲早期人类最早食用动物组织的行为，尤其是敲骨取髓。泥河湾盆地最早的考古文化层只比欧亚大陆西部北纬40度德玛尼西遗址早期人类的年龄1.75 Myr略晚一些。马圈沟遗址的年龄数据也落在东南亚已知最早的人类化石1.66～1.51 Myr年龄范围内。综合证据表明，在接近更新世开始的时候，早期人类可能从其发源地非洲出发，以较快的速度扩散，穿越亚洲大陆，至少到达了北纬40度。我们的研究结果进一步证明，最早到达东北亚的早期人类能够在中更新世大幅度气候波动开始之前至少生存了50万年。

致谢感谢R. J. Enkin博士提供古地磁数据处理软件。本研究工作受中国国家自然科学基金和中国科学院项目资助，R.P.受美国国家科学基金会和美国国家自然历史博物馆史密森研究院人类起源项目组资助，K.A.H.也受到美国国家科学基金会的资助。

［1］Zhu R X, Hoffman K A, Potts R, et al. Earliest presence of humans in northeast Asia. Nature, 2001, 413: 413～417.

［2］Gabunia L, Vekua A, Lordkipanidze D, et al. Earliest Pleistocene hominid cranial remains from Dmanisi, Republic of Georgia: Taxonomy, geological setting, and age. Science, 2000, 288: 1019～1025.

［3］Vekua A, Lordkipanidze D, Philip Rightmire G., et al. A new skull of early Homo from Dmanisi, Georgia. Science, 2002, 297: 85～89.

［4］卫奇：《泥河湾盆地半山早更新世旧石器遗址初探》，《人类学学报》 1994年 13卷3期第 223～238页。

［5］河北省文物研究所：《马圈沟旧石器时代早期遗址发掘报告》，载《 河北省考古文集》（一）第30～45页， 东方出版社, 1998年。

［6］Potts R. Early Hominid Activities at Olduvai. In: Aldine de Gruyter, New York, 1988.

［7］Potts R, Behrensmeyer A K, Ditchfield P. Paleolandscape variation and Early Pleistocene hominid activities: Members 1 and 7, Olorgesailie Formation, Kenya. J. Hum. Evol. 1999, 37: 747～788.

［8］汤英俊、李毅、陈万勇：《 河北阳原小长梁遗址哺乳类化石及其时代》，《 古脊椎动物学报》1995年33卷1期第74～83页。

［9］Berggren W A, Kent D V, Swisher Ⅲ, et al. A revised Cenozoic geochronology and chronostratigraphy in time scales and global stratigraphic correlations: a unified temporal framework for an historyical geology. In: Berggren W A, et al. （Eds.）, Geochronology, Timescales, and Stratigraphic Correlation, Spec. Publ. No. 54. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Tulsa, OK, 1995, 129～212.

［10］卫奇：《泥河湾盆地考古地质学框架》，载童永生等主编《 演化的实证——纪念杨钟健教授百年诞辰论文集》第193～207 页，海洋出版社，1997年。

［11］黄万波、方其仁：《 巫山猿人遗址》第105～109页，海洋出版社，1991年。

［12］邱占祥：《泥河湾哺乳动物群与中国第四系下限》，

《 第四纪研究》 2000年 20卷2期第 142～154页。

［13］Singer B S, Hoffman K A, Chauvin A, et al. Dating transitionally magnetized lavas of the late Matuyama chron: Toward a new 40Ar/39Ar timescale of reversals and events. J. Geophys. Res. 1999, 104: 679～693.

［14］An Z S, Ho C K. Newmagnetostratigraphic dates of Lantian Homo erectus. Quat. Res. 1989, 32: 213～221.

［15］Zhu R X, An Z S, Potts R, et al. Magnetostratigraphic dating of early humans in China. Earth Sci. Rev. 2003, 61: 341～359.

［16］Li H M, Wang J D. Magnetostratigraphic study of several typical geologic sections in North China. In: Liu, T.S. (Ed.), Quaternary Geology and Environment of China. China Ocean Press, Beijing, 1982, pp. 33～38.

［17］Semaw S, Renne P, J W K Harris, et al. 2.5-million-year-old stone tools from Gona, Ethiopia. Nature, 1995, 385: 333～336.

［18］Heinzelin J, Clark J, White T, et al. Environment and behavior of 2.5-million-year-old Bouri hominids. Science, 1999, 284: 625～629.

［19］Swisher C C III, Curtis G H, Jacob T, et al. Age of the earliest known hominids in Java, Indonesia. Science, 1994, 263: 1118～1121.

［20］Larick R, Ciochon R L, Zaim Y, et al. Early Pleistocene 40Ar/39Ar ages for Bapang Formation hominins, Central Java, Indonesia. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2001, 98: 4866～4871.

［21］Potts R. Mid-Pleistocene environmental change and human evolution. In: Barham L, Robson-Brown K, (eds). Human Roots: Africa and Asia in the Middle Pleistocene. Western Academic & Specialist Press, Bristol, 2001, 5～21.

［22］Clark P U, Alley R B, Pollard D. Northern Hemisphere ice-sheet influences on global climate change. Science, 1999, 286: 1104～1111.

［23］Tian J, Wang P, Cheng X, et al. Astronomically tuned Plio-Pleistocene benthicd 18O record from South China Sea and Atlantic-Pacific comparison. Earth Planet. Sci. Lett. 2002, 203: 1015～1029.

〔责任编辑：张金栋〕

后记：

英国的《Nature》和美国的《Science》是国际上最为著名的综合性学术刊物，其影响力高于任何专业性学术刊物。《Nature》自从1869年创刊以来，始终站在科学的前沿，许多革命性的重大科学发现都是由它最先报道的。它所刊载的学术论文，十分强调原始性、重要性、交叉性、可读性、新颖性和巧妙性。而且非常关注古人类、旧石器考古的重大发现，如1925年南非南方古猿的发现、1997年东非最为古老石器的问世、2004年印尼佛洛勒斯人的研究等都给予了报道。

上世纪初叶，泥河湾由于在地质学、地层学和哺乳动物群方面所取得的研究成果，开始引起国际科学界的关注。上世纪七八十年代，泥河湾层早更新世小长梁（136万年）、东谷坨遗址（110万年）的发现和研究，使泥河湾在旧石器考古学和古人类学研究方面获得突破性进展，但是，对百万年以前古人类活动遗迹的国际学界认可，得益于泥河湾中美合作考古研究项目。近年古地磁年代学研究证明：1992年马圈沟遗址的发现，使泥河湾古人类活动的年代提前到距今155万年以前；2001年马圈沟遗址第二、第三文化层的发现，又提前到距今166万年前；2005年马圈沟遗址第四、第五、第六文化层的揭示，再次将泥河湾人类活动的历史向前推进了近10万年。

泥河湾旧石器时代考古的重大发现，引起了《Nature》杂志的高度关注，2001年，该杂志发表了《人类在东北亚的最早出现》一文，公布了小长梁遗址的考古发现，认定小长梁遗址形成的年龄在距今136万年。2004年，该杂志又发表了《人类最早出现在东北亚高纬度地区的新证据》，公布了马圈沟遗址几个文化层的发现和古地磁年代，将马圈沟遗址第三文化层的年代锁定在距今166万年。

马圈沟遗址的考古发现披露后，在国际科学界引起了较大的反响。除《Nature》报道外，美国《纽约时报》、美国国家科学基金会立法和公共事务办公室，法国《科学与未来》，德国《科学》、《地球科学》、《自然科学动态·信息》及韩国、日本的相关杂志都给予了报道或评论，为在东北亚高纬度地区发现如此古老的人类文化遗存而赞叹，同时引发了人们更多对人类起源与迁徙线路的猜测。

泥河湾马圈沟遗址的重大发现，的确为人类起源非洲的理论模式出了一大难题。位于黑海和里海之间的格鲁吉亚属于西亚，其Dmnisi遗址被认为是距今175万年前人类走出非洲、到达西亚的考古学证据，从这里，再向欧洲和东亚等地区迁徙传播。如今，几乎处于同一纬度，远隔千山万水的泥河湾的人类活动历史已经达到或超越了该年代，那么又怎样解释随之发生的诸多问题呢？

为了让人们进一步了解泥河湾研究的进展，看到《Nature》杂志发表的两篇重要论文，我们请作者之一邓成龙先生译成中文，在《文物春秋》杂志发表，为研究和关心泥河湾的朋友们提供方便。

谢飞

2006年1月5日

推荐访问： 出现在 东北亚 证据 最早 人类