西伯利亚丹尼索瓦洞穴南室沉积物DNA揭示更新世古人类与动物群的时空演化格局

为解决丹尼索瓦洞穴三室沉积序列的完整历史重建问题，研究人员通过光学测年(OSL/pIRIR)和沉积物古DNA分析技术，对南室地层开展跨学科研究。结果表明：南室沉积序列填补了主室与东室的时间空白，将丹尼索瓦人mtDNA记录扩展至8万年前，并揭示古人类（丹尼索瓦人、尼安德特人、现代人）与动物群在30万年间的更替模式与气候适应策略，为理解欧亚大陆古人类演化提供关键证据。

　　

西伯利亚阿尔泰山脉的丹尼索瓦洞穴是唯一同时存在丹尼索瓦人、尼安德特人和早期现代人类活动的遗址，被誉为"古人类学的罗塞塔石碑"。然而，过去研究主要集中于主室和东室，南室的沉积序列与人类活动记录存在显著空白。更棘手的是，洞穴不同区域的沉积层经历了复杂的磷酸盐矿化、地震扰动和生物扰动，导致地层年代学与古DNA保存状况存在巨大不确定性。这些缺陷严重制约了对该遗址完整演化历史的解读，特别是丹尼索瓦人在晚更新世的关键消失时段。

为破解这一难题，由澳大利亚伍伦贡大学、德国马克斯·普朗克进化人类学研究所和俄罗斯科学院西伯利亚分院考古与民族学研究所组成的国际团队，对南室2017-2019年发掘的沉积层展开多学科研究。通过整合60个光学测年数据和437个沉积物古DNA样本（较前期研究样本量翻倍），首次构建了南室30万年的高精度年代框架，将丹尼索瓦人mtDNA记录从80-50ka扩展到更早时期，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用三大关键技术：1) 单颗粒光学测年技术（OSL/pIRIR）解决混合沉积层的定年难题；2) 微地层学分析（micromorphology）鉴别磷酸盐变形沉积层(pdd)的生物扰动特征；3) 高通量沉积物古DNA捕获技术（针对242种哺乳动物mtDNA和人类mtDNA探针）从15cm³沉积物中提取古遗传信息。样本来源于南室4个剖面（A-D）的明确地层单元，包括与丹尼索瓦22号头骨化石直接接触的沉积物。

地层学与微地层学
南室剖面揭示19-11层的复杂沉积历史：最下层19层（>24.7万年前）为潜水泥质黏土，含冰缘作用的灰色斑块；中层16-12层（14.8-5.6万年前）显示动物啃咬和地震导致的层理扭曲；上层11层含25-20ka的现代人类DNA，但混入更早的再沉积物质。微形态学证据（如磷酸盐化骨片、冻融形成的板状结构）证实pdd-9/12层经历多期次改造。

沉积年代学
贝叶斯模型显示：早期丹尼索瓦人活动集中于17层（20.2-16.7万年前），与早期旧石器石器共存；尼安德特人DNA首次出现于15层（12.1万年前）；关键转折发生在80ka后，丹尼索瓦人mtDNA谱系从Denisova 2/8型转变为Denisova 3/4型。引人注目的是，鹿牙吊坠附着沉积物的现代人类DNA（25-20ka）将欧亚北部现代人活动证据提前。

沉积物古DNA
326个样本检出古DNA，揭示动物群更替规律：17层以洞熊/棕熊为主，16-12层鬣狗（单倍型D→A转变）与野牛比例增加。丹尼索瓦人DNA在13层（7.9-6.7ka）达峰值，与尼安德特人存在约5万年的共存期。特别重要的是，南室数据使丹尼索瓦人mtDNA记录量增加1倍以上，填补了主室/东室8-5万年的数据缺口。

全洞穴整合分析
三室数据串联显示：丹尼索瓦人在末次间冰期（13-11万年前）栖息地适宜性降低，而尼安德特人相反。气候转型期（20-17ka和13-10ka）同时出现动物群大规模更替，但丹尼索瓦人消失更可能与现代人类竞争相关，而非环境压力。

这项研究通过创新性地结合高精度测年与沉积物古DNA，首次完整重建了丹尼索瓦洞穴30万年的"全洞穴历史"。其突破性在于：1）证实丹尼索瓦人存在中更新世（Denisova 25化石）与晚更新世（Denisova 22）两个演化阶段；2）揭示mtDNA谱系转变可能反映种群替代事件；3）为现代人类扩散至西伯利亚提供最早直接证据。该成果不仅为理解欧亚古人类动态提供时空框架，更开创了利用沉积物DNA研究遗址形成过程的新范式。