以分子考古视角讲述中国故事.pdf

何以中国：以分子考古视角讲述中国故事文少卿复旦大学 科技考古研究院中国历史研究院 兰台青年学者分子考古简介田野考古田野考古新石器时代王湾三期陶器形状与特征科技考古科技考古地质地貌调查人骨形态观察植物形态观察动物形态观察分子考古分子考古同位素分析1.1.室外到室内室外到室内2.2.描述到定量描述到定量3.3.宏观到微观宏观到微观古基因组学古古DNADNA、古蛋白质、古脂肪酸等化学分子、古蛋白质、古脂肪酸等化学分子复旦大学科技考古研究院生物考古平台分子考古分子考古分子考古分子考古文科文科理科理科医科医科跨跨学学科科融融合合创创新新分子考古+历史学=历史人类学分子考古+语言学=语言考古学分子考古+表型组学=考古表型组学例如：例如：分子考古+病理学=古病理学分子考古+口腔学=古口腔学分子考古+动物学=动物考古学田野考古：新疆石城子屯田城址为汉代“疏勒城”田野考古：新疆石城子屯田城址为汉代“疏勒城”石城子遗址是迄今为止新疆地区发现的唯一一处年代准确可靠、形制基本完整、保存状况良好、文化特征鲜明的汉代古遗址。该遗址于该遗址于20202020年入选为“年入选为“20192019年度全国十大考古新发现”年度全国十大考古新发现”故事一：分子考古故事一：分子考古+古西域古西域1 1）环境考古：环境暖湿，有利于屯田）环境考古：环境暖湿，有利于屯田碳十四测年结果显示，石城子城址修筑的时间最早可追溯至公元前40年（按：公元前48年西汉中央政府在车师地区设立戊己校尉，统领屯田事务）。西墙南段地层剖面的植硅石和花粉分析植硅石和花粉分析结果显示，石城子城修筑时，周边环境相对暖湿，为发展屯田经济奠定了良好的环境基础。故事一：分子考古故事一：分子考古+古西域古西域2014-2017年出土的2000多块动物骨骼中共鉴定出 12 种动物。羊骨羊骨数量占主体，显示牧业生产较发达。羊是主要的肉食来源，其他家畜、家禽还包括牛、马、狗和鸡。动物古病理显示，马、马、牛和骆驼被长期使役牛和骆驼被长期使役，畜力的开发极大地提高了驻边军队的军事战备和物资运输能力。3 3）动物考古：牧业较发达，畜力利用度高）动物考古：牧业较发达，畜力利用度高故事一：分子考古故事一：分子考古+古西域古西域结论：结论：石城子石城子A A人群：人群：M1M1、M4M4具有古东北亚血统；具有古东北亚血统；石城子石城子B B人群：人群：M3M3、M9M9新石器时代晚期以来黄河流域农业人群血统新石器时代晚期以来黄河流域农业人群血统3 3）分子考古：不同族源同一墓地现象）分子考古：不同族源同一墓地现象故事一：分子考古故事一：分子考古+古西域古西域冷数据背后的热故事：冷数据背后的热故事：1 1）“民以食为天”民以食为天”环境考古：有利于屯田，自给自足。动植物考古：以麦作农业为主，兼具粟黍小米种植的农业，以羊、牛为主的畜牧业，以及少量狩猎多样化的生业模式，生存适应性极强2 2）“基建狂魔”）“基建狂魔”田野考古：石城子遗址是迄今为止新疆地区唯一大量出土汉代砖瓦的遗址。窑室内出土的板瓦、筒瓦、瓦当等遗物与城址内出土同类器物相同，说明建城时使用的大量建筑材料为本地烧制3）“彼此认同”“彼此认同”不同族源，同一墓地不同族源，同一墓地区别于罗马帝国殖民扩张的“东方模式”区别于罗马帝国殖民扩张的“东方模式”在相互尊重并不改变彼此生活方式的基础上，自力更生，艰苦创业，共同建设、共同发展，实现美美与共的文化互鉴，赢得西域各族人民的信任和尊重。分历史故事二：分子考古故事二：分子考古+河西走廊河西走廊分历史故事二：分子考古故事二：分子考古+河西走廊河西走廊考古故事二：分子考古+河西走廊故事三：分子考古故事三：分子考古+古长安城古长安城北周贵族（宇文邕、阿史那、高宾、李诞）北周贵族（宇文邕、阿史那、高宾、李诞）高宾高宾李诞李诞研究对象研究对象鲜卑鲜卑突厥突厥汉族汉族北周武帝宇文邕北周武帝宇文邕阿史那皇后阿史那皇后粟特粟特故事三：分子考古故事三：分子考古+古长安城古长安城渤海高氏：高宾渤海高氏：高宾结论：结论：可以将高宾的祖先来源定位在新石器时代中/晚期及以后的黄河流域中/上游地区的人群。确认了高宾家族为中原本土起源，排除了东北亚、高句丽和南方来源。O1a1a2bO1a1a2b-F2444*F2444*故事三：分子考古故事三：分子考古+古长安城古长安城北周武帝孝陵生物考古背景北周武帝孝陵生物考古背景北周武帝孝陵生物考古背景北周武帝孝陵生物考古背景北周武帝体质人类学鉴定：男性、30-40岁与史书记载（36岁）吻合DNA分析也支持是男性北周武帝孝陵生物考古背景北周武帝孝陵生物考古背景阿史那皇后测年结果为564-650 cal AD(1386-1300 cal BP)DNA分析显示为女性北周武帝孝陵生物考古综合研究北周武帝孝陵生物考古综合研究武德皇后阿史那氏武德皇后阿史那氏研究对象研究对象鲜卑鲜卑北周武帝宇文邕北周武帝宇文邕突厥突厥微量元素分析稳定同位素分析古基因组学分析考古综合研究考古综合研究微量元素分析微量元素分析1.武帝和阿史那皇后2环境对照：墓室陶罐土样柔然将军公主墓（贵族）柔然将军公主墓（贵族）兴平留位墓地（平民）兴平留位墓地（平民）翟家寺隋唐墓翟家寺隋唐墓咸阳机场墓地（平民）咸阳机场墓地（平民）元威夫妇墓（贵族）元威夫妇墓（贵族）武帝孝武帝孝陵陵3.平民对照：17名（当地、上游）4.贵族对照：6名考古综合研究考古综合研究微量元素分析微量元素分析三、考古综合研究三、考古综合研究微量元素分析微量元素分析砷武帝与贵族-6郭嗣本的体内元素组成最为接近。考古综合研究考古综合研究微量元素分析微量元素分析人骨不同部位的代谢速率代谢速率不同，由于样本都采自武帝遗骨的肢骨部位，说明这些元素是在长期饮食中累积在骨骼中的。据史料记载，公元575年至578年四年间，武帝数次发病，生病时“疠气内蒸，身疮外发（身体内部的病症不断积累，在皮肤表面爆发出来”“身生身生癞疮癞疮，恶疾而死恶疾而死（由于身体上长疮，生重病而死）”，反映出其病痛以皮肤病为代表特征。在研究团队看来，这符合慢性砷中毒的病理表现。慢性砷中毒后，病人皮肤上会出现弥漫性或局限性的色素沉着和病变，并导致皮肤血管发生变化，四肢出现疼痛和红肿。在武帝的股骨上，研究团队发现了一块黑色色素沉着区域黑色色素沉着区域，可能是砷中毒后，局部皮肤病变引起的骨髓坏死所导致的。问题问题1 1：急性砷中毒：急性砷中毒 VS VS 慢性砷中毒慢性砷中毒考古综合研究考古综合研究微量元素分析微量元素分析问题问题2 2：服食丹药？：服食丹药？在武帝生活的魏晋南北朝时期，服用道家丹药是社会上层所崇尚的精神追求和生活方式，以求滋补长生滋补长生。所谓丹药，其实是不同晶体形式的无机化合物，由多种矿物高温烧制提炼而成，在中国有两千多年的使用历史。抱朴子内篇等道家典籍均显示，不同丹药的成份虽有所差别，但雄黄与礬石雄黄与礬石是其中代表成份。雄黄为硫砷化物矿石，主要成份是As2S2，礬石是一种含铁的硫砷化物，主要成份是FeAsS。黄色的雄黄黄色的雄黄、白色的礬石白色的礬石、红色的朱砂红色的朱砂、青色的青色的曾青曾青、黑色的慈石与道家五行原理的五色相对应黑色的慈石与道家五行原理的五色相对应，为当时著名丹药五为当时著名丹药五石散的主要原料石散的主要原料。分析显示，武帝样本与隋唐时期贵族郭嗣本的体内元素组成最为接近。根据文献记载根据文献记载，郭嗣本有长期服食丹药的生活习惯郭嗣本有长期服食丹药的生活习惯，甚至接受过甚至接受过皇帝的御赐丹药皇帝的御赐丹药。武帝经历了与郭嗣本相似的元素积累，其遗骨中砷（As）、硼（B）、锑（Sb）元素显著偏高，可能是由于他服食了以雄黄（As）、礬石(As)、硼砂（B）、辉锑矿石（Sb）为主要成份的丹药。考古综合研究考古综合研究稳定同位素分析稳定同位素分析本研究选择公元6世纪都城长安身份明确、有史料记载的8例核心贵族阶层人类骨骼、9例关中地区平民人类骨骼和3例家养动物骨骼进行了碳、氮稳定同位素分析，其中包括北北周武帝宇文邕周武帝宇文邕和阿史那皇后阿史那皇后、西魏吐谷浑晖华公主西魏吐谷浑晖华公主和茹茹大茹茹大将军乞伏孝达将军乞伏孝达、周隋勋贵李裕、元威及其夫人于宜容周隋勋贵李裕、元威及其夫人于宜容、北周北周汉人豪族高宾汉人豪族高宾（独孤宾）。贵族贵族平民平民考古综合研究考古综合研究稳定同位素分析稳定同位素分析该研究将以上数据与已发表的中国北方及其周边地区公元前550至公元1200年左右1233例人骨胶原碳、氮同位素数据进行了对比分析。总的来说，本研究中讨论的大多数贵族的饮食习惯与蒙古高原游牧人群的饮食习惯趋于一致，而平民饮食则倾向于与华北平原等农耕区的人口趋于一致。考古综合研究考古综合研究稳定同位素分析稳定同位素分析6世纪长安城贵族群体内部不同阶层的生存状态存在明显的差异，总体呈现出农牧交融的态势；其中，高等级贵族高等级贵族饮食中可能较多摄入麦类食物和肉食，保留了较多牧业民族的特征；而低等级贵低等级贵族族则摄入了相对更多的粟黍食物，动物蛋白摄入量相对较低；平民平民则以农业食物为主，经营粟黍和麦作农业。6世纪居住于长安的贵族阶层虽然主要保持着牧人的饮食生活方式，但在中原地区履行贵族职责的过程中也进行了适当的调整，下层贵族牧业生活方式调整幅度比高层贵族和皇帝、皇后的更大。考古综合研究考古综合研究稳定同位素分析稳定同位素分析考虑到人类肢骨与脊椎骨的新陈代谢速率存在的差异，一般脊椎骨35年可以全部更新，肢骨更新周期则为 810 年。北周武帝和阿史那皇后的肢骨与椎骨的同位素数据进行对比发现阿史那椎骨15N值相对肢骨较高，说明她在定居长安后享受了与其故乡蒙古草原一样甚至相对更好的以牧业为主的饮食生活方式。阿史那氏是北周武帝皇后，突厥木杆可汗之女。由于突厥对北周和北齐形成压迫之势，所以他们的婚姻实际上是政治联姻，天和三年（568年），阿史那氏嫁给北周武帝宇文邕，册立为皇后。进一步印证了历史文献的记载阿史那皇后出嫁自突厥，一到长安就受到武帝的亲自迎接，此后武帝对她非常尊重。考古综合研究考古综合研究稳定同位素分析稳定同位素分析北周武帝宇文邕的饮食生活方式可见受到了农牧业混合经济的深刻影响。宇文泰家族是六镇的部落酋帅，长期生活是游牧交错地带，武帝的母亲是叱奴氏，姓氏来源与DNA也暗示其出自草原游牧人群。幼年的饮食口味、习俗对人有极为重要的影响。武帝对肉食的偏好可能是受家庭（特别是母亲）的影响，也可能和其贵族身份有关。武帝早年尊崇佛教，后来有亲近道士，后期为了富国强兵，抑制佛、道，推崇儒学，其日常生活“身衣布袍，寝布被，无金宝之饰”（周书）。北周武帝的同位素古食谱数据暗示出武帝一方面保持着对鲜卑人或牧业人群生活方式和文化的敏感度，同时也趋向化解胡汉之间的紧张关系。结论：结论：阿史那皇后的基因组分析揭示了蓝突厥的东北亚血统(97.7%97.7%的东北亚成分和的东北亚成分和2.3%2.3%的西欧亚成分的西欧亚成分)。驳斥了欧亚大陆西部起源说和多重起源说；考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析阿史那氏与铁器时代以后的通古斯和蒙古语游牧人共享更多的基因，如柔然，鲜卑，契丹，黑水靺鞨，与其他古突厥人有显著的遗传差异，显示了突厥汗国内部的多重来源。考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析蓝突厥对现在突厥语人群有限的贡献，再次确定了突厥语为文化传播模式文化传播模式考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析AR_Xianbei_IAAR_Xianbei_IAMongolia_IA_XianbeiMongolia_IA_XianbeiMongolia_Xianbei_ZHS5Mongolia_Xianbei_ZHS5Xianbei_WudiXianbei_WudiTuoba_Xianbei_QL11Tuoba_Xianbei_QL11考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析宇文邕的祖先成分为65.4%东北亚成分+29%黄河流域成分+5.6%西欧亚成分考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析宇文邕的祖先成分为65.4%东北亚成分+29%黄河流域成分+5.6%西欧亚成分考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析大模型大模型考古综合研究考古综合研究古基因组分析古基因组分析存在心血管类（特别是中心血管类（特别是中风）风）等疾病的患病风险建德四年（575年），伐北齐，“口不能言；睑垂覆目，不复瞻视；一足短缩，又不得行”宣政元年（578年），伐突厥，“贬膳日久”，病逝黄河下游黄河下游样本数目：大汶口（29）+龙山（13）+历史时期（27）+现代人（310）主要发现：1）大汶口时期（6200-4600BP)重要的转型期，内部分化出三个亚结构（黄河中游成分+本地采集狩猎成分+南方成分）2）龙山时期（4500-4000BP)延续大汶口时期的主要成分3）历史时期（3000-300BP）商周时期，中原成分再次进入山东汉代及以后，遗传结构基本与现代山东人一致展望展望项目支撑：项目支撑：1)1)国家社科基金冷门“绝学”国家社科基金冷门“绝学”从鲜卑核心集团族源谱系探索北方民族史从鲜卑核心集团族源谱系探索北方民族史2)2)国家社科基金重大项目国家社科基金重大项目 三到九世纪北方民族谱系研究三到九世纪北方民族谱系研究子课题一子课题一 匈奴谱系研究匈奴谱系研究子课题二子课题二 鲜卑谱系研究鲜卑谱系研究子课题三子课题三 突厥谱系研究突厥谱系研究子课题四子课题四 吐谷浑谱系研究吐谷浑谱系研究子课题五子课题五 隋唐民族大融合隋唐民族大融合 国家英烈DNA数据库：点燃英魂归乡希望的明灯研究背景研究背景研究背景研究背景共享单倍型分析共享单倍型分析研究进展研究进展方法方法四大技术瓶颈：四大技术瓶颈：1.1.现有法医提取方法通量低（柱式法）、效果差（遗现有法医提取方法通量低（柱式法）、效果差（遗骸骸DNADNA降解）降解）2.2.传统的传统的PCRPCR-毛细管电泳分型法，不适用于遗骸毛细管电泳分型法，不适用于遗骸DNADNA鉴定。鉴定。3.3.缺乏适用于遗骸缺乏适用于遗骸DNADNA鉴定的基于二代测序的成品鉴定的基于二代测序的成品试剂盒试剂盒4.4.缺乏有效地污染控制和评估。缺乏有效地污染控制和评估。研究进展研究进展方法方法考古法医学：考古法医学：将考古学、特别是科技考古手段引入到法医学将考古学、特别是科技考古手段引入到法医学的领域的领域1.1.样本信息采集平台样本信息采集平台2.2.英烈英烈DNADNA测试平台测试平台3.3.英烈英烈DNADNA分析平台分析平台4.4.英烈英烈DNADNA比对平台比对平台研究进展研究进展方法方法样本信息采集平台样本信息采集平台1 1）传统考古学发掘）传统考古学发掘记录每个遗骸的出土情况，具体工作内容包括地面勘探、记录每个遗骸的出土情况，具体工作内容包括地面勘探、发掘记录、分析鉴定等发掘记录、分析鉴定等2 2）体质人类学鉴定）体质人类学鉴定包括法医人类学观察和颅骨、牙齿等性状的测量分析包括法医人类学观察和颅骨、牙齿等性状的测量分析3 3）全颅）全颅CTCT扫描扫描研究进展研究进展方法方法英烈英烈DNADNA测试平台测试平台1 1）Panel 1Panel 1（母系线粒体高变区（母系线粒体高变区I/III/II和性别鉴定）和性别鉴定）2 2）Panel 2Panel 2（父系（父系4747-YSTR&485YSTR&485-YSNPYSNP）3 3）Panel 3 Panel 3（145 AI145 AI-SNPsSNPs）4 4）Panel 4 Panel 4（1240 K ASNPs1240 K ASNPs）5 5）氧）氧-碳同位素分析碳同位素分析Panel 4 Panel 4（1240 K ASNPs1240 K ASNPs）复杂亲缘关系鉴定）复杂亲缘关系鉴定研究进展研究进展方法方法英烈英烈DNADNA分析平台分析平台1 1）遗骸降解遗骸降解DNADNA的数据拆分和的数据拆分和SNP CallingSNP Calling2 2）单亲遗传标记系统的单倍群推断）单亲遗传标记系统的单倍群推断3 3）性别推断）性别推断4 4）STR CallingSTR Calling5 5）污染控制和评估污染控制和评估研究进展研究进展方法方法英烈英烈DNADNA比对平台比对平台研究进展研究进展案例案例2.2.研究进展研究进展案例案例研究目的：研究目的：让无名烈士变有名让无名烈士变有名复原英烈的个体生活史复原英烈的个体生活史展望展望 数据库建设：国家英烈DNA数据库（抗战烈士）“万人坑”“万人坑”一、侵华日军对中国军民进行大规模集体屠杀所形成的，如南京江东门“万人坑”、雨花台“万人坑”、辽宁抚顺平顶山“万人坑”、山东济南琵琶山“万人坑”；二、日本侵华时期修筑大型军事工程或其他设施形成的，如内蒙古海拉尔“万人坑”、黑龙江东宁要塞“万人坑”、虎头要塞“万人坑”、吉林孟家村丰满水电站“万人坑”；三、日本侵华时期疯狂掠夺各类矿产资源,施行野蛮的“以人换矿”政策,造成中国劳工大量死亡。展望展望 学科建设：法医考古学一、如何规范挖掘？二、死因鉴定、身份鉴定三、历史证据类遗骸资源保护与保存 四、爱国主义教育意义等沉积物沉积物DNADNA解释与考古有关的问题解释与考古有关的问题p150150年前双耳瓶沉积物环境年前双耳瓶沉积物环境DNADNA勾画沉船最后一次航行史勾画沉船最后一次航行史p清代罐子沉积物环境清代罐子沉积物环境DNADNA注释出与抗坏血病有关的中药成份注释出与抗坏血病有关的中药成份p汉代水渠沉积物植硅体与汉代水渠沉积物植硅体与DNADNA研究研究:相互印证相互印证p长江下游流域良渚长江下游流域良渚-河姆渡早晚期古稻田沉积物研究河姆渡早晚期古稻田沉积物研究注释到注释到OryzaOryza sativasativa，蚊子蚊子、蛾等蛾等，暗示了暗示了沉船航行时间可能为夏季沉船航行时间可能为夏季检测到了毛竹检测到了毛竹，代表了当时的打包工艺代表了当时的打包工艺全基因组水平确定与江西地区的籼稻有全基因组水平确定与江西地区的籼稻有最近的遗传距离最近的遗传距离，推测江西可能是沉船推测江西可能是沉船出发地出发地据史料记载该地区夏季籼稻据史料记载该地区夏季籼稻，再次证明再次证明最后航行时间为夏季最后航行时间为夏季150150年前双耳瓶沉积物环境年前双耳瓶沉积物环境DNADNA勾画长江口二号沉船生命史勾画长江口二号沉船生命史Ma et al.,submitted双耳瓶变成了一个独特的生物资源库，其中蕴藏着最初带上船的生物和随后的水生生物的 DNA。150年后，这艘沉船终于被打捞出来，重新呈现给世人，揭开了一段属于长江口二号古船的故事150150年前罐子沉积物环境年前罐子沉积物环境DNADNA注释出与抗坏血病有关的中药成份注释出与抗坏血病有关的中药成份经数据筛选，共注释出经数据筛选，共注释出1010余种中药成份，指向消炎、抗菌、止血消肿等功效余种中药成份，指向消炎、抗菌、止血消肿等功效UPLCUPLC-MSMS分析分析推测可能来自豆科、菊科，也少量存在其他几种植物，符合推测可能来自豆科、菊科，也少量存在其他几种植物，符合DNADNA数据注释结果数据注释结果结合出土越南鼻烟壶等，推测该沉船可能从事远洋航线结合出土越南鼻烟壶等，推测该沉船可能从事远洋航线!#$BCECFC*C+C+BC+EC+FC+*CBCI+BCECFC*C+C+BC+EC+FC+*CBCI+BB-.B+/MNOP4/+5S!T8SM9SO9:S;YZCEB$?!#$%&$%#(!)&)!&%(!*%$%$!+)(&$!&!(%*!#*%&$%#(!&%&$%&+!)&()%#!(!&!*#*%$!#*#!%&#*+!*$*%!+BB-.B+/MNOP4/+/+5S!T8SM9SO9AS;YZ+C.$F!%(%$&!)+#*%$%)%!+$&(!*$!($!&*#&!$!&$(#!+*(!)%!%#!+*(!#%&!*&!*!%!$&+#!&!#!#!+*!&!+$*!&)#!#!*)!*%!#*!+)#&)+液相色谱-质谱联用分析柑橘属橙皮苷柑橘属橙皮苷（增强维生素（增强维生素C 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