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Science发表我院论文报道史前人类定居青藏高原历史研究

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  史前人类何时及如何永久定居高寒缺氧的青藏高原是学术界和社会公众广泛关注的科学问题。陈发虎等于2014年11月21日发表在Science Express上的文章“农业技术革新促使人类3600年前永久定居至青藏高原”(Agriculture Facilitated Permanent Human Occupation of the Tibetan Plateau after 3,600 BP)说明史前人类在青藏高原上的活动从短期季节性游猎,到大规模永久定居,经历了漫长的适应过程,是在现代人(Modern Homo Sapiens)扩散、晚更新世和全新世气候频繁波动、粟作农业迅速发展传播、麦作农业传入东亚的史前食品全球化等大背景下发生的。
  Science杂志通常精选其15%的重要文章通过Science Express提前在线发表介绍,约6至8周后,该批文章在Science期刊在线和纸本形式同时发表。我校的这项研究能够在Science Express上优先发表,不仅说明该项研究非常重要,而且反映我校在环境考古研究领域具有很强的影响力。我校西部环境教育部重点实验室从上世纪九十年代中期开始组建环境考古研究团队,研究方向涵盖旧石器时代、新石器时代、历史时期环境考古,侧重于史前人类活动、文明演化与气候变化、环境变化的相互作用研究,形成了以陈发虎教授、安成邦教授、颉耀文教授、董广辉副教授、张东菊博士为主要骨干的研究团队。经过多年的工作,该研究团队已发展成为了我国重要的环境考古研究中心。这次Science发表的我校研究成果以我校西部环境与气候变化研究院陈发虎教授和董广辉副教授分别为第一和第二作者,且为共同通讯作者,研究骨干张东菊博士为第三作者,主要作者包括了我校环境考古研究团队的主要成员和先后毕业的两名博士生,这是首篇以我校为主发表在Nature/Science国际顶尖杂志上的论文,且第一作者和通讯作者均为兰州大学,该论文也是我校西部环境教育部重点实验室教师以第一作者发表的第二篇Science论文。
  作为世界上平均海拔最高的高原和世界第三极,青藏高原是人类最难生存的极端环境之一,其严酷的自然环境和缺氧问题对人的生理和生计构成了双重挑战。然而,根据第六次全国人口普查数据,2010年在青藏高原生活的人口已接近863万,海拔3000米以上地区生活的绝大部分人为藏族。研究人类定居青藏高原的历史,对认识人类如何适应高原极端环境,以及藏族人的起源具有重要的意义。
  基于考古学和基因学的研究结果,一些学者提出了众多人类占据青藏高原的过程和模式。然而,该领域的研究存在明显的差异。一些基因研究显示在距今2万年之前,青藏高原已有人类活动,人类大规模向青藏高原扩散出现在距今6000 年左右,也有基因研究认为汉藏分离的时间在距今2750年左右。考古证据显示,末次盛冰期(LGM,距今26500~19000年)在青藏高原腹地已有人类活动,有可靠年代支持的证据来自青藏高原东北部,在距今约15000年开始已有旧石器人群季节性生活在该地区,到距今8000年之后其活动强度增大,活动区域已经达到海拔4000米以上地区(如昆仑山口)。文物普查结果则显示新石器人群大规模定居到青藏高原是在仰韶晚期(距今5500~5000年)之后。目前,人类定居青藏高原的历史仍不清晰。基因研究本身,以及基因研究和考古研究之间存在很大分歧。这一方面是因为基因研究方法本身尚存在一些问题,如样品的代表性、计算方法的精确性,人群多次迁移的基因混合信号等,另一方面则是由于青藏高原及其边缘地区考古研究和精确测年工作尚处于起步阶段,亟待积累更多更可靠的材料和数据。青藏高原的旧石器遗址多为地表发现,有可靠地层和测年数据的旧石器遗址不足20处,多为旧石器人类单一时期季节性生活的营地。根据目前的研究结果,旧石器人群在青藏高原的活动方式很可能是低强度的季节性游猎。史前人类何时及如何大规模定居到目前高寒缺氧、环境严酷的青藏高原始终是一个没有解决的谜。
  青藏高原有可靠测年的旧石器遗址大多数分布在青藏高原东北部(包括河湟谷地、共和盆地、青海湖盆地和柴达木盆地东部),全国文物普查数据显示,青藏高原72.4%的史前遗址分布在该地区。青藏高原东北部也是人类进入青藏高原腹地的重要通道,是历史时期的“唐蕃古道”和现今青藏铁路的重要途经之地。因此,在青藏高原东北部开展细致的考古研究和精确测年工作,对理解史前人类定居青藏高原的历史至关重要。该地区考古调查发现的新石器-青铜时代遗址数量远多于旧石器遗址,达2000余处,分布在海拔1600-4700米之间。在已发掘的新石器-青铜文化遗址中发现了大量的房址、墓葬,以及农作物和驯化动物遗存。以上证据显示人类在新石器-青铜时代已经在青藏高原东北部大规模永久定居,但受限于精确测年数据和细致考古材料分析工作的匮乏,其过程和动力并不清楚。
  受国家自然科学基金和中国科学院碳专项项目资助,研究团队陈发虎教授、董广辉副教授、张东菊博士等开展了史前人类定居青藏高原历史的过程和机制研究,对青藏高原东北部的200余处史前遗址进行了调查,选择在考古地层保存完整的53个新石器-青铜文化遗址开展了动物和植物遗存分析工作。在此基础上,研究团队用炭化植物种子直接测定了63个AMS碳十四年龄,并开展了骨骼碳氮同位素的分析工作。研究工作充分体现了多学科交叉的优势,这项研究涉及旧石器时代考古学、新石器时代考古学、植物考古学、动物考古学、农业考古、遥感考古及地理学、环境变化、气候变化等多学科领域。该研究也是以我校陈发虎教授带领的环境考古研究团队为主,联合国内青海省考古文物研究所、中国社会科学院考古研究所、北京大学,以及英国剑桥大学、美国匹斯堡大学和华盛顿大学圣路易斯分校等多个国内外科研机构共同完成的。
  根据新获得的数据,并结合青藏高原已发表的相关领域研究成果,研究团队提出了史前人类向青藏高原扩散的三步走模式:第一阶段,距今5200年以前,青藏高原活动的人群为狩猎采集人群,最早时间可能追溯至距今20000年之前。寒冷的末次冰期结束之后,15000年以来气候回暖,古人类频繁游猎到青藏高原中低海拔地区(如青海湖盆地和河湟谷地),但没有证据显示这个时期的人群是永久定居青藏高原,更多表现为季节性活动;第二阶段,距今5200-3600年间,与青藏高原毗邻的黄土高原西部的农业人群沿黄河及其支流河谷扩散至青藏高原东北缘。这部分人群以种植粟(谷子)黍(糜子)为主,而粟黍的生长受温度限制,此时古人类主要生活在海拔2500米以下地区。根据遗址数量和考古遗存(农作物、驯化动物、建筑遗迹等)判断,该阶段古人类大规模永久定居至青藏高原东北部河谷地带,形成以粟作农业社会为主的村落,少部分人群季节性到高海拔地区狩猎采集;在纬度较低、气候温暖的青藏高原东南部地区,粟作农业扩展到海拔3000米左右地区,如距今4700-4300年人类定居至西藏昌都地区的卡若遗址;第三阶段,距今3600年以来,人类大规模向高海拔地区扩张,永久定居至海拔3000米以上。该时期全球气候向寒冷方向发展,气候也趋于干旱,但欧亚大陆的史前农业扩张,使得大麦、小麦等西亚起源的农作物和家畜羊在距今4000年左右传入到甘肃、青海地区,并在3600年前后开始成为青藏高原高海拔地区人类的重要食物来源。大麦和羊对低温的耐受能力强,是人类在气候变冷时期向高海拔地区大规模成功扩张的主要促进因素。
  根据国内外学者和兰州大学的研究团队的研究成果,末次冰期中晚期,紧邻青藏高原的黄土高原西部地区的宁夏、甘肃地区就存在大量古人类活动踪迹,围绕六盘山及其周边地区分布有大量考古遗址,主要遗址有甘肃的长尾沟遗址、武山人遗址,宁夏的水洞沟遗址,兰州大学环境考古研究团队在我国北方著名的新石器时代早期遗址大地湾遗址发现了距今6万年以来持续的人类活动遗存。在陇西黄土高原的多年考古调查研究显示,即使在寒冷的末次盛冰期,该区域也发现了大量的旧石器时代遗址,与现代人扩散相关的细石器文化已经在距今2万年前后扩散到了这一区域,这一研究成果在专业期刊《科学通报》上做了报道(张东菊等,2010)。近期,兰州大学董广辉副教授带领的团队与云南省相关考古部门合作,对云南省西北地区的考古遗址进行了考察,并在海拔2530米的玉水坪旧石器时代晚期遗址开展了考古研究和测年工作,初步结果显示该遗址人类活动的年代在距今3~4万年。这些事实说明,狩猎采集人群可能因狩猎野生动物而活动在青藏高原东部边缘附近的地带。在此过程中,可能已有少数狩猎者在末次冰期中气候相对温暖湿润的时期季节性游猎至青藏高原边缘海拔2-3000米的地带,如怒江中游的玉水坪遗址和柴达木盆地西部的冷湖遗址。到距今2万年前后,狩猎采集者可能已活动至海拔4200米的拉萨附近,但其迁移路线尚待研究。末次盛冰期之后气温开始回升,在距今15000~13000年出现了全球性温度回升(即B/A暖期),在青藏高原东北部的青海湖盆地发现了数处该时期的旧石器遗址,为狩猎采集人群活动的营地,说明气候好转后青海湖盆地森林植被增加,野生动物资源丰富,吸引旧石器狩猎采集人群到此季节性游猎。随后,全球性气候从寒冷冰期过渡到距今1万年以来的现代温暖的间冰期,到距今8000年之后,狩猎采集人群在青藏高原东北部的活动范围和强度都有明显的增加,河湟谷地有狩猎采集人群活动,且古人类活动已达到海拔4000米以上地区,如西大滩、野牛沟和下大武等遗址。该阶段在青藏高原东部毗邻的黄土高原地区已出现植物驯化的证据,如大地湾遗址、老官台遗址等,“竞争性排斥”很可能是促使青藏高原东北部旧石器末期人类活动不断增强的重要因素。旧石器人群在青藏高原的活动至少延续至新石器人群到来之前(即5200年以来),甚至更晚,如在青藏高原腹地发现的石器遗址甚至晚到距今1300年。
  在距今一万年前后,是旧石器时代向新石器时代过渡的关键时期,在欧亚大陆的东西两端各出现了一个农业驯化中心。西亚的“肥沃新月地带”是农作物小麦、大麦和家畜羊的驯化中心,中国长江流域是水稻的驯化中心,而黄河流域是农作物粟黍的驯化中心。在距今8000年前后,黄土高原西部的甘肃省秦安县大地湾遗址已经出现了炭化黍,说明旱作农业已在该地或其周边地区出现,但距今7800~7200年狩猎采集经济成分比重较大,而农业经济的比例还较小。到全新世气候温暖的距今7000~5000年间,以粟黍农业经济为支撑的仰韶文化在我国北方迅速崛起并扩张,在距今6500年时已扩张至黄土高原西部的天水地区。从6000年开始,成熟的粟黍农业已经在这一地区发展起来,研究团队与美国学者合作研究成果发表在2009年的美国科学院院刊(PNAS)上,发现黄土高原西部地区已经发展为粟作农业为主的经济形态。仰韶文化对甘肃和青海地区的新石器文化影响深远,其中的一个结果是与当地考古学文化结合,在洮河流域产生了马家窑文化(距今5300~4000 年),也被认为是仰韶文化的地方类型。仰韶晚期(距今5500~5000年)和马家窑早期(马家窑类型,距今5300~4600年)粟黍农业在甘肃省中东部快速发展,遗址显著增加。研究团队2013年发表在《Holocene》的研究成果显示,中全新世温暖多雨的气候环境条件,推动了粟作农业从气候相对湿润的东部地区向干旱的黄土高原西部地区扩散,以及马家窑文化和齐家文化(距今4100~3500年)的西向扩张。这一时期大量的遗址也说明,该阶段人口也在急剧增加。该地区人口的迅速增长很可能加剧了生存资源的压力,而其东部被仰韶文化人群占据,因此出现了文化的西向扩张。马家窑人群和部分仰韶文化晚期人群沿黄河及其支流河谷向西扩张,于距今5200年前后到达青藏高原东北边缘的河湟谷地,此后齐家文化再次出现自东向西的扩张,同样扩散至这一地区。马家窑文化和齐家文化在西南方向也出现扩张,可能促使粟黍农业传播至四川盆地,甚至到青藏高原西南部西藏昌都地区的卡若遗址,该遗址粟黍直接测年年代为距今4700~4300年。
  在距今5200~4000年,尽管中国西北地区以种植粟黍为主的旱作农业已经发展到相当程度,但因粟黍不耐寒冷,其生长受到积温的限制,因此这一阶段青藏高原的绝大多数遗址分布在海拔2500米以下相对温暖的河谷地区。马家窑文化向西扩散至共和盆地东部地区,包括黄河上游的贵德盆地。与贵德盆地相邻的黄河上游贵南县和兴海县此前已有旧石器人群活动,如拉乙亥遗址。马家窑和齐家文化的扩张可能使旧石器土著人群与马家窑和齐家农业人群产生了交流,吸收了制陶和农业技术,并产生了青藏高原共和盆地东部独特的新石器文化--宗日文化,其年代约为距今5200~4100年,其分布范围仅限贵南县和兴海县。
  距今4000年之后全球性气候向冷干方向发展,至距今3600年左右北半球的温度降到低谷,此后甘青地区文化面貌发生重大转变,由单一主流的齐家文化分裂为数支不同区域分布的青铜文化,在青藏高原东北部的青铜文化包括辛店文化(距今3400-2700年)、卡约文化(距今3600-2600年)和诺木洪文化(距今3400-2800年)。文物普查结果显示,尽管气候恶化,该地区的考古遗址数量却有所增加,且向更高海拔的地区,如青海湖盆地、柴达木盆地扩张,最高至海拔4700米。考古研究显示西亚起源的农作物大麦和小麦,以及驯化动物羊,在4000年左右传入青藏高原东北部相邻的河西走廊和黄土高原地区。在距今3600年之后耐高寒的大麦、羊成为这一区域,尤其是海拔2500米以上区域的最为重要的人类利用的动植物资源。牦牛在此阶段可能已经驯化,并成为古人类重要的食物资源,但此推测尚待更多研究证实。史前欧亚大陆的农业传播使得青藏高原地区的古人类有更多的选择,对大麦、羊耐寒习性的认识则促使古人类选择了正确的、适应地区气候变化策略。陈发虎等发表在Science杂志上的文章发现,不是在全新世气候温暖时期,而是在距今3600年之后全球气候变冷的大背景下,史前人类反而大规模成功定居至青藏高原高海拔地区,其重原因是青藏高原东北地区史前人类采用了麦作-牧业为主的这一新的生计模式。不但在青藏高原东北部,在青藏高原腹地,如西藏的昌果沟遗址、曲贡遗址,都可以找到这样的证据。
  兰州大学陈发虎教授团队的研究成果有助于认识史前人类定居青藏高原的历史,并为理解史前人类如何大规模永久定居至青藏高原高海拔地区提供了新的视角。过去的研究认为,全新世温暖适宜的气候条件被认为是促使史前人类永久定居青藏高原高海拔寒冷地区的最主要因素,而陈发虎等人的研究结果显示,史前人类永久定居到高海拔青藏高原经历了漫长过程,现代人扩散到青藏高原周边地区,我国北方以粟黍为主的旱作农业起源,以及在全新世温暖适宜向青藏高原低海拔河谷地区的扩散均对史前人类大规模永久定居青藏高原创造了条件,但史前人类恰恰是在距今3600年之后全球气候转向冷干的大背景下才向青藏高原高海拔寒冷缺氧地区大规模扩张的,在此过程中欧亚大陆史前农业传播给青藏高原东北边缘地区带来的农业技术革新发挥了最为关键的作用。在当前全球气候快速变化的背景之下,科学技术的进步应当是人类应对气候变化的重要手段。陈发虎等人的研究表明,技术革新在数千年前的人类及其社会的发展中同样发挥着重要的作用,其中的一个实例是史前人类开始大规模定居在青藏高原的高海拔地区。
  陈发虎等发表的Science文章已被多家杂志和媒体报道,如Nature杂志(
http://www.nature.com/news/barley-fuelled-farmers-spread-onto-tibetan-plateau-1.16382)、Science杂志http://news.sciencemag.org/archaeology/2014/11/barley-helped-ancient-tibetans-climb-3400-meters),Science Daily (http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141120141704.htm)、Science News,The Economist (http://www.economist.com/news/science-and-technology/21633792-settlement-tibet-depended-exotic-crop-west-barley-mow) 和Reuters、New York Times、新华网、光明日报等网络与平面媒体。

陈发虎等Science文章链接:
http://www.sciencemag.org/content/early/2014/11/19/science.1259172

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