古蛋白组学与形态学证据将许家窑中更新世晚期人科化石归入丹尼索瓦人并揭示其共有形态特征

《Nature》：The proteome of Middle Pleistocene Xujiayao and common Denisovan morphology

　　

东亚中更新世晚期人科（hominins）的分类与系统发育仍存在高度争议。许家窑是一个关键的代表性化石组合，包含大量化石且地层清晰，年代约为199–138千年前（ka），虽已被广泛研究，但其演化位置仍不确定。为此，研究人员通过古蛋白组学分析（palaeoproteomic analysis）并将许家窑材料与其他东亚中更新世晚期古老型人属（archaic Homo）进行形态学比较，以厘清其分类归属。对两件标本的蛋白组学分析鉴定出18种内源性蛋白（endogenous proteins），丹尼索瓦人特异性COL1A2-996 R>K突变强烈支持其属于丹尼索瓦人支系（Denisovan lineage）。扩展分析识别出丹尼索瓦人化石（许家窑与哈尔滨）及其他东亚中更新世晚期古老型人属（如金牛山、大荔和华龙洞）之间的一组共有形态性状（morphological traits），表明它们均属于丹尼索瓦人支系。该分析提供了对丹尼索瓦人特征的全面认识，显示其既具有类似直立人（Homo erectus）的性状（如厚颅盖（cranial vault）），也具有现代人（modern humans）的特征（如明显拱起的颞鳞（temporal squama））。它们还与晚期尼安德特人（Neanderthals）共享特征，如颞骨迷路（temporal labyrinth）结构和枕上窝（suprainiac fossa）的存在。值得注意的是，丹尼索瓦人具有独特性状，包括低平的颅部轮廓伴近于平行的侧壁、巨大的眶上圆枕（supraorbital torus）、平坦的颧上颌区（zygomaxillary region）和较弱的颌突（prognathism）。

论文解读：东亚中更新世晚期人属（Homo）的系统学长期不如西欧亚清晰，许家窑化石组合因材料丰富、地层明确且年代约为199–138 ka，被视为解决东亚中更新世晚期古老型人属演化关系的关键。许家窑曾先后被归入Homo sapiens neanderthalensis、早期H. sapiens、archaic H. sapiens、archaic Homo，近年又被置于H. juluensis，并与丹尼索瓦人（Denisovans）及H. longi等分类方案发生联系；其确切分类未定，制约了对东亚中更新世晚期人科的系统发育理解。研究人员因此联合古蛋白组学（palaeoproteomics，以古蛋白序列推断分类与系统发育）与形态学比较，确认许家窑人属于丹尼索瓦人，并据此讨论东亚中更新世晚期古老型人属的共有形态。该研究发表于《Nature》，其意义在于把许家窑这一关键化石组合纳入丹尼索瓦人支系，扩展了丹尼索瓦人的形态与地理变异，并为理解丹尼索瓦人与尼安德特人的形态分异提供证据。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员采用微损采样获取许家窑遗址两件人科骨碎片（右侧顶骨PA1490/XJY-6、下颌右侧升支PA1497/XJY-14）及同层动物样本，并以现代骆驼骨和提取空白作对照。关键技术包括：古蛋白分级提取与基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）初筛胶原；两个实验室的液相色谱–串联质谱（LC-MS/MS）；PEAKS Online与MaxQuant搜Harbin数据库；以Asn/Gln去酰胺化（deamidation）评估内源性；单氨基酸多态性（single amino acid polymorphism, SAP）分类；基于8个内源蛋白2,074个氨基酸位点构建贝叶斯系统发育树（Bayesian phylogenetic tree）；CT扫描、3D重建、26项线性距离/3项角度/2项指数及主成分分析（principal component analysis, PCA）进行形态比较。

研究结果：
1. Recovery of endogenous ancient proteome（内源性古蛋白组的获取）：通过两件许家窑人科样本的古蛋白提取与LC-MS/MS搜库，PEAKS获得102,029个肽段–谱图匹配（PSMs）和15,194条唯一肽段，MaxQuant获得3,526条唯一肽段；去酰胺化率显示古蛋白特征，污染物去酰胺化低，最终保留18种内源性古蛋白（PA1490 13种、PA1497 15种），证明样本保存有可用于分类的内源古蛋白。
2. Taxonomy and phylogenetic reconstruction（分类与系统发育重建）：通过哺乳动物I型胶原数据库搜索确认样本属于人属；SAP评估发现丹尼索瓦人特异性COL1A2-996K，许家窑样本含该位点的高质量肽段丰富（PA1490 57条肽段/207 PSMs，PA1497 61条肽段/244 PSMs），且相关肽段去酰胺化支持其内源性；基于8个内源蛋白2,074个氨基酸位点的贝叶斯树显示许家窑样本与Denisova3等丹尼索瓦个体形成单系（后验概率>99%），但丹尼索瓦支系内部拓扑不稳定（<50%），故只能确定许家窑属于东亚中更新世晚期丹尼索瓦人群。
3. The common morphology of Denisovans（丹尼索瓦人的共有形态）：通过许家窑与哈尔滨化石的颅骨、下颌骨和牙齿形态比较，研究人员识别出丹尼索瓦人兼具直立人样特征（低宽脑颅、厚颅盖，bregma 7.7 mm、parietal tubercle 12.0 mm、弱矢状旁凹陷、短且内折的乳突、不对称下颌切迹、开放下颌孔、M²、M³和M₃主尖完整；上标和下标分别表示上颌和下颌磨牙）、衍生特征（强拱颞鳞、中等道上棘、P³咬合面简化等）及独特特征（低颅轮廓伴近于平行侧壁、近垂直枕面、非圆形枕骨、鼓板偏转、弱角圆枕、中等线状枕圆枕、下颌三角面凹陷）。与金牛山、大荔、华龙洞等东亚中更新世晚期古老型人属比较，共有形态组合支持它们均属丹尼索瓦人支系，并扩大其形态变异范围。
4. Denisovans versus Neanderthals in morphology（丹尼索瓦人与尼安德特人的形态比较）：通过对比丹尼索瓦人与早期/晚期尼安德特人，研究人员发现二者共享颞骨迷路后管低位、枕上窝、磨牙后间隙和翼内肌上结节等特征；但东亚中更新世晚期古老型人属保留直立人样特征（矢状旁凹陷、顶骨矢状嵴），M²、M³和M₃主尖完整，而许多尼安德特人缺最后形成尖；尼安德特人典型的枕发包、后视圆颅、下颌切迹嵴附于髁突中1/3、桥接下颌孔、内翻下颌角及典型牙形态在东亚组中少见。结论是丹尼索瓦人与晚期尼安德特人形态差异明显，而与早期尼安德特人及非洲/欧洲H. heidelbergensis更接近。

讨论与结论：讨论部分指出，分子系统发育与共有形态性状将许家窑确定为丹尼索瓦人；许家窑年代约199–138 ka，是分子确认的最早丹尼索瓦人之一。东亚中更新世晚期古老型人属可整体归入丹尼索瓦人支系；H. juluensis（1,700–1,800 ml）与其他东亚中更新世晚期人属（1,120–1,420 ml）的脑容量差异落在现代人（1,090–1,880 ml）和尼安德特人（1,065–1,740 ml）变异范围内，宜视为种群内变异。结合哈尔滨面骨及金牛山、华龙洞、大荔材料，可近乎完整勾勒丹尼索瓦人颅面形态；丹尼索瓦人可能广布于西伯利亚、东亚和东南亚，时间至少约300–45 ka。研究结论可译为：分子系统发育与共有形态性状将最初被归入不同支系的许家窑人确定为丹尼索瓦人；许家窑丰富遗存为了解丹尼索瓦人的身体形态提供了依据。综合来看，这些发现提示现代人或当地古老型人科的基因渗入不仅改变了遗传结构，也影响了晚期尼安德特人的颅骨形态；这可能解释丹尼索瓦人与晚期尼安德特人之间显著的形态差异。