從分子生物學(xué)角度看河北蔚縣三關(guān)墓地古代居民的遺傳結(jié)構(gòu)

趙　欣　葛斌文　張全超　蔡大偉　周　慧　朱　泓

【關(guān)鍵詞】夏家店下層文化；蔚縣三關(guān)；古代居民；古DNA

【摘要】河北蔚縣三關(guān)墓地作為一個文化類型從屬于夏家店下層文化，利用線粒體DNA方法研究其遺傳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)蔚縣三關(guān)墓地古代居民在母系遺傳上與現(xiàn)代東亞人群的親緣關(guān)系較近。在與古代居民的對比中可以看出，三關(guān)組與姜家梁、喇嘛洞古代居民聚為一支，而與拓跋鮮卑位于兩個不同的分支上。從新石器時代晚期到青銅時代，在此地區(qū)母系遺傳關(guān)系較近。夏家店下層文化壺流河類型的古代居民對于今天北方漢族的形成有一定的基因貢獻(xiàn)。

一、前言

夏家店下層文化是分布于燕山南北地區(qū)的一支早期青銅文化。其分布廣泛，延續(xù)時間長，文化特征鮮明，與中原文化有著較密切的關(guān)系，在我國青銅時代考古學(xué)上占有重要地位。早在20世紀(jì)20年代就發(fā)現(xiàn)了該文化的遺存。1935年，日本學(xué)者濱田耕作發(fā)掘赤峰紅山后就提出了“赤峰第二期文化”[1]。20世紀(jì)50年代初，我國學(xué)者對此提出質(zhì)疑，指出“‘赤峰第二期文化實際上還包含幾個性質(zhì)面貌不同的階段”，并將“赤峰第二期文化”以“紅山前56.20Ⅰ”和“紅山后石棺墓和北大溝住地”為代表區(qū)分開[2]。1960年，中國科學(xué)院考古研究所內(nèi)蒙古工作隊在赤峰夏家店和藥王廟發(fā)掘后[3]，我國學(xué)者將原來混為一談的兩種性質(zhì)年代不同的青銅文化區(qū)別開，并分別命名為“夏家店下層文化”和“夏家店上層文化”。此后，考古工作者在燕山南北進(jìn)行大量調(diào)查與發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了夏家店下層文化遺址數(shù)百處。依據(jù)當(dāng)時的材料，學(xué)術(shù)界一般將夏家店下層文化劃分為兩個類型，或稱為遼西型和燕山型[4]，或稱為燕北類型和燕南類型[5]，或稱為西遼河水系區(qū)和海河北系區(qū)[6]，其基本觀點(diǎn)一致。隨著桑干河上游壺流河流域考古工作的進(jìn)一步展開，學(xué)術(shù)界對該地區(qū)的遺存又有了不同的認(rèn)識。有學(xué)者認(rèn)為“蔚縣壺流河系桑干河支流，屬海河北系。壺流河流域夏商時期第一、二、三階段遺存主要成分為海河北系區(qū)遺存”[7]；也有學(xué)者認(rèn)為壺流河流域遺存“既不同于以赤峰、朝陽為中心的燕北地區(qū)，又與燕南地區(qū)東部京、津、唐三角地帶有明顯區(qū)別。如果以劃分燕北、燕南兩個類型的標(biāo)準(zhǔn)來分析，以壺流河流域為中心的這類遺存也應(yīng)是夏家店下層文化的一個類型”[8]，即夏家店下層文化可分為三個類型：燕北地區(qū)的藥王廟類型、燕南地區(qū)的大坨頭類型和壺流河類型。無論壺流河類型是自成一個類型，還是從屬于海河北系區(qū)，它從屬于夏家店下層文化則是毋庸置疑的。

1979～1982年，張家口考古隊在蔚縣壺流河流域圍繞夏家店下層文化開展工作[9],發(fā)現(xiàn)了三關(guān)、莊窠、前堡、四十里坡等夏商時期文化遺存，即壺流河類型，它晚于當(dāng)?shù)佚埳轿幕?，早于二里岡上層文化。發(fā)掘者根據(jù)層位與器物演化規(guī)律將其分為三段：第一段以三關(guān)M2010等為代表，年代為夏代早期偏晚；第二段以三關(guān)H2047、四十里坡T12③為代表，年代為夏代晚期；第三段以前堡B1①、四十里坡H28等為代表，年代相當(dāng)于早商時期較早階段[10]。

本文材料取自蔚縣三關(guān)墓地（圖一）。該墓地與遺址隔河相望，其墓葬排列有序，因發(fā)掘面積有限，未能了解整個墓地的布局。已發(fā)掘的20余座墓葬均為長方形土坑豎穴墓，屬壺流河類型第一段，相當(dāng)于夏代早期偏晚。主體成分與海河水系地區(qū)的夏家店下層文化同屬于一系統(tǒng)文化，但與太行山東麓漳河流域地區(qū)的先商文化和太行山西麓汾河中游地區(qū)的考古文化有聯(lián)系[11]。

蔚縣位于冀北地區(qū)，燕山以南，地處長城沿線，是蒙古高原與華北平原的過渡地帶，歷史上也是中國北方草原文明與中原農(nóng)耕文明的交匯處，是我國古代各族先民往復(fù)遷徙、雜居混住的地區(qū)之一。由于這一地區(qū)既有本土文化，又有外來文化的影響，使得各種文化成分交織在一起，呈現(xiàn)出十分復(fù)雜的文化格局。由此也可以想象，這一地區(qū)的古代居民群體中必然也包含著較為復(fù)雜的人種學(xué)背景。因此，弄清該地區(qū)古代居民的族屬及與其他古代居民之間的親疏關(guān)系，對進(jìn)一步探討該地區(qū)考古學(xué)文化的成分及其性質(zhì)具有重要意義。

本文通過對蔚縣三關(guān)墓地古人的線粒體DNA進(jìn)行分析，研究這個古代人群的遺傳結(jié)構(gòu)，并在分子水平上探討它與現(xiàn)代人群以及其他古代人群的親緣關(guān)系。

二、實驗過程

（一）材料與方法

1.材料

實驗的樣本均采自河北蔚縣三關(guān)墓地，所采集均為牙齒，見表一。

首先將牙齒樣本在10%次氯酸鈉溶液中浸泡3～5分鐘，然后將牙齒樣本的每面均用紫外燈照射45分鐘，最后用6750 Freezer Mill 研磨機(jī)（Metuchen，America）研磨成粉末。取500mg牙粉用QIAamp DNA Mini Kit（QIAGEN，Germany）提取DNA[12]。

采用兩對套疊引物（ L16017-L16037，H16231-H16251； L16201-L16221，H16392-

H16409）擴(kuò)增線粒體DNA（mtDNA）高可變Ⅰ區(qū)（Hypervariable RegionⅠ， HVRⅠ）16038-

16391長度354 bp（去除兩端引物序列）的序列。使用QIAquick Gel Extraction Kit （QIAGEN，

Germany） 純化PCR產(chǎn)物，使用ABI Prism BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit進(jìn)行測序反應(yīng)，產(chǎn)物用于DNA直接測序（ABI Model 310自動測序儀）。

實驗各步均采取嚴(yán)格的措施防止外源DNA可能帶來的污染，具體防污染措施參見付玉芹《內(nèi)蒙古和林格爾東周時期古代人群的分子遺傳學(xué)分析》[13]，在這里不作贅述。

2.統(tǒng)計學(xué)分析

運(yùn)用ARLEQUIN 3.1軟件計算人群間的遺傳距離（FST），基于FST值使用PHYLIP 3.63軟件包構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹[14]。

多維度分析（multidimensional analysis, MDS analysis）是基于FST距離，即以兩個群體間的遺傳距離作為尺度，而不考慮整個群體的進(jìn)化發(fā)育關(guān)系，將FST值接近的群體在平面二維圖上聚在一起，從而直觀形象地推斷出群體間遺傳關(guān)系的遠(yuǎn)近。本實驗的多維度分析由SPSS11.0軟件[15]完成，基于FST值，采用歐式距離模型對所選人群進(jìn)行多維尺度分析。

在使用統(tǒng)計學(xué)分析蔚縣三關(guān)墓地古代人群（Yuxian）與現(xiàn)代人群以及其他古代人群的母系親緣關(guān)系時，根據(jù)本文樣本的地理位置，現(xiàn)代人群選取了7個對比人群，其中東亞人群：中國北方漢族人（northhan）[16]、朝鮮族人（korea）[17]、日本人（JAP）[18]；北亞人群：雅庫特人（yakut）[19]、伊溫克人（evenks）[20]；中亞人群：烏茲別克人（UZBEK）[21]；歐洲人群（EURO）[22]。古代人群選取了5個：河北陽原姜家梁古代居民（JJL）[23]、內(nèi)蒙古將軍溝古代居民（JJG）[24]、蒙古國匈奴人群（AncientMG）[25]、七郎山拓跋鮮卑古代居民（Qilang）[26]、遼寧北票喇嘛洞三燕時期古代居民（Lmd）[27]。

（二）結(jié)果

1.mtDNA序列變異情況

7例蔚縣古代居民的mtDNA序列變異情況見表二。

2.系統(tǒng)發(fā)育分析

基于蔚縣三關(guān)墓地古代居民與12個相關(guān)人群之間的線粒體DNA數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，構(gòu)建群體間的鄰接樹，如圖二所示。由此可以看出13個人群可以分成三個分支：雅庫特人、伊溫克人、蒙古國匈奴人、七郎山拓跋鮮卑古代居民聚為一支，構(gòu)成北亞人群分支；中國北方漢族人、朝鮮族人、日本人、姜家梁古代居民、將軍溝古代居民、喇嘛洞古代居民、蔚縣三關(guān)墓地古代居民聚為一支，構(gòu)成東亞分支；歐洲人群遠(yuǎn)離北亞人群和東亞人群，中亞人群烏茲別克人位于歐洲人群與亞洲人群之間，也反映出中亞人群的歐亞混合的構(gòu)成情況。從鄰接樹中可以看出在母系親緣關(guān)系上，蔚縣三關(guān)墓地古代居民與現(xiàn)代人群中的中國北方漢族，古代人群中的姜家梁古代居民、喇嘛洞古代居民比較接近。

3.多維尺度分析

基于人群之間的配對FST值（表三）利用SPSS 11.0軟件進(jìn)行了多維尺度分析，F(xiàn)ST值的計算基于公式FST=1-（1-1/N） ～1-e-/N。我們同時選取了上述12個古今人群與蔚縣古代居民構(gòu)建了多維尺度分析的二維圖譜（圖三）。

在二維圖譜中可以看到，人群的分布模式與鄰接樹類似，各個人群幾乎按照地理分布相互聚集在一起。蔚縣古代居民與東亞人群的母系親緣關(guān)系更近一些，這與系統(tǒng)發(fā)育樹得到的結(jié)果是一致的。

三、討論

古DNA（ancient DNA，簡稱aDNA）是指從博物館、考古發(fā)掘材料和古生物化石中提取的古代生物分子[28]?？脊臘NA研究是近年來出現(xiàn)的一個新興的研究領(lǐng)域。它將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于考古學(xué)的研究上，以古DNA為研究對象，進(jìn)行核酸序列分析和研究，不僅是對形態(tài)學(xué)的補(bǔ)充，而且也為考古學(xué)和人類學(xué)提供了從形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)中難以獲得的生物學(xué)信息。近年來，古DNA研究主要應(yīng)用于人類在個體水平上、群體內(nèi)部、群體之間的關(guān)系，人類起源與遷徙，動植物的家養(yǎng)與馴化等研究領(lǐng)域，具有重要的考古學(xué)意義。

與現(xiàn)代DNA相比，古DNA具有損傷、高度降解等特點(diǎn)。近年來古DNA研究的對象主要包括線粒體DNA（mitachondrial DNA）、常染色體（autosome DNA）、Y染色體（Y chromosome）。

由于線粒體DNA具有高拷貝、母系遺傳、較高的突變率等遺傳特征，因而廣泛地應(yīng)用于人類起源、進(jìn)化和親緣關(guān)系，動植物馴化以及系統(tǒng)發(fā)育研究中，是古DNA研究的理想標(biāo)記。

傳統(tǒng)考古學(xué)在未引入分子生物學(xué)技術(shù)以前，對于出土古人骨的研究主要是依靠體質(zhì)人類學(xué)方法，對骨骼外部形態(tài)進(jìn)行觀察與測量，并結(jié)合墓葬出土的環(huán)境、年代以及各種文字記載資料進(jìn)行推斷。而DNA研究是對骨骼內(nèi)的DNA分子進(jìn)行分析和測序，可以從古代人類遺骸中獲得更加直接的信息，這對研究群體親緣關(guān)系具有重要意義，尤其是在顱骨破損嚴(yán)重或變形而無法測量時，例如本文樣本YSGM2023、YSGM2044存在較明顯的枕部人工變形時，DNA研究就顯得更為重要。體質(zhì)人類學(xué)與古DNA研究兩種方法可以相互印證、相互補(bǔ)充，因此，通過考古學(xué)、人類學(xué)、分子生物學(xué)等多學(xué)科的交叉，可以為解決考古學(xué)問題提供新的思路與方法，對于解決考古學(xué)中的疑難問題具有重要意義。

從圖二、三來看，蔚縣三關(guān)古代居民與各東亞人群遺傳距離最為接近，尤其是與中國北方漢族的最近，而與北亞人群的遺傳距離相對較遠(yuǎn)。這一結(jié)果也可以與人種學(xué)研究中“與東亞類型存在較多的一致性”、“與北亞和東北亞類型的體質(zhì)差異比較顯著”[29]的體質(zhì)特征相吻合。在上述的5個古代人群對比組中，蔚縣三關(guān)古代居民與姜家梁古代居民、喇嘛洞古代居民的遺傳距離較近，而與在人種學(xué)特征上和北亞蒙古人種關(guān)系很近的七郎山拓跋鮮卑古代居民[30]相距較遠(yuǎn)。

體質(zhì)人類學(xué)研究認(rèn)為姜家梁古代居民“與東亞類型具有非常相似的特征”[31]，喇嘛洞墓地居民的種族類型最接近現(xiàn)代東亞蒙古人種[32]，三者在地理位置上較接近，而且三者在體質(zhì)特征上都與蒙古人種東亞類型最接近，這與本文得出的三者的遺傳距離較近相一致。特別是姜家梁古代居民與蔚縣古代居民位置更近，都位于河北省張家口地區(qū)，且年代相距較近，前者年代為新石器時代晚期，后者是青銅時代，而且相近的遺傳距離也說明了在這一地區(qū)從新石器時代晚期到青銅時代母系遺傳關(guān)系很近，可能存在連續(xù)性。此外，在文化特征上，蔚縣三關(guān)遺址三期的某些器物的文化面貌與姜家梁遺址墓葬出土器物有相似或相近之處[33]。因此，本文從分子考古學(xué)的角度，暗示了姜家梁遺址墓葬中至少有一部分人及其創(chuàng)造的文化，對于蔚縣三關(guān)墓地的居民構(gòu)成及其文化因素都有一定影響。

以河北蔚縣三關(guān)墓地為代表的夏家店下層文化壺流河類型的古代居民，在母系遺傳上與東亞人群，特別是北方漢族有密切關(guān)系。也就是說，夏家店下層文化壺流河類型的古代居民對于今天北方漢族的形成有一定的基因貢獻(xiàn)。由于蔚縣三關(guān)墓地位于冀北地區(qū)，處于夏家店下層文化分布范圍的邊緣地區(qū)，其遺傳結(jié)構(gòu)只能代表夏家店下層文化居民的一部分。夏家店下層文化的主體人群的遺傳結(jié)構(gòu)情況、居民的源流問題、以及各文化類型的居民之間遺傳關(guān)系的親疏等，都將是今后工作的重點(diǎn)。此外，本工作目前只從線粒體DNA角度開展研究，線粒體DNA母系單性遺傳僅能反映母系遺傳關(guān)系，特別是在研究進(jìn)入父系社會后，重視父系血緣關(guān)系的人群結(jié)構(gòu)與社會關(guān)系時具有局限性。而Y染色體是父系單性遺傳，可以彌補(bǔ)線粒體DNA的不足，但是由于技術(shù)和方法的欠缺，目前所開展研究較貧乏，這將是今后開展古DNA研究的方向和重點(diǎn)。

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［1］濱田耕作、水野清一：《赤峰紅山后》，《東方考古學(xué)叢刊》甲種第六冊，東亞考古學(xué)會，1938年。

［2］呂遵諤：《內(nèi)蒙赤峰紅山考古調(diào)查》，《考古學(xué)報》1958年3期。

［3］a.中國科學(xué)院考古研究所內(nèi)蒙古發(fā)掘隊：《內(nèi)蒙赤峰藥王廟、夏家店遺址試掘簡報》，《考古》1961年2期；b.中國科學(xué)院考古研究所內(nèi)蒙古發(fā)掘隊：《赤峰藥王廟、夏家店遺址試掘報告》，《考古學(xué)報》1974年1期。

［4］a.北京大學(xué)歷史系考古專業(yè)商周組：《商周考古》，文物出版社，1979年；b.鄒衡：《關(guān)于夏商時期北方地區(qū)諸鄰境文化的初步探討》，載《夏商周考古學(xué)論文集》，科學(xué)出版社，2001年。

［5］李經(jīng)漢：《試論夏家店下層文化的分期和類型》，載《中國考古學(xué)會第一次年會論文集》，文物出版社，1979年。

［6］［7］張忠培、孔哲生、張文軍、陳雍：《夏家店下層文化研究》，載《考古學(xué)文化論集（一）》，文物出版社，1987年。

［8］李伯謙：《中國青銅文化結(jié)構(gòu)體系研究》，科學(xué)出版社，1998年。

［9］張家口考古隊：《蔚縣考古記略》，《考古與文物》1982年4期。

［10］［11］張家口考古隊：《蔚縣夏商時期考古的主要收獲》，《考古與文物》1984年1期。

［12］蔡大偉等：《4種古DNA抽提方法效果比較》，《吉林大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版）》2007年33卷1期。

［13］付玉芹等：《內(nèi)蒙古和林格爾東周時期古代人群的分子遺傳學(xué)分析》，《吉林大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版）》2006年44卷5期。

［14］張小雷、崔銀秋、呂慧英等：《系統(tǒng)發(fā)育分析在古DNA研究中的應(yīng)用》，《吉林大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版）》2005年43卷5期。

［15］米紅、張文璋：《實用現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)分析方法與SPSS應(yīng)用》，當(dāng)代中國出版社，2000年，第204～278頁。

［16］Yao Y G. Kong Q P. Bandelt H J. et al. Phylogeographic differentiation of mitochondrial DNA in Han Chinese. Am J Hum Genet. 2002.70: p.635～651.

［17］Kong QP. Yao YG. Liu M. Shen SP. Chen C. Zhu CL. Palannichamy MG. Zhang YP. Mitochondrial DNA sequence polymorphisms of five ethnic populations from northern China. Hum Genet. 2003. 113: p.391～405.

［18］Oota H. Kitano T. Jin F. Yuasa I. Wang L. Ueda S. Saitou N. Stoneing M. Extreme mtDNA homogeneity in continental Asian populations. Am J Phys Anthropol. 2002. 118: p.146～153.

［19］［20］Pakendorf B. Novgorodov IN. Osakovskij VL. Danilova AP. Protodjakonov AP. Stoneking M. Investigating the effects of prehistoric migrations in Siberia: genetic variation and the origins of Yakuts. Hum Genet. 2006. 120: p.334～353.

（下轉(zhuǎn)33頁）

（上接8頁）

［21］Quintana-Murci L. Chaix R. Wells S. et al. Where West meets East: The complex mtDNA landscape of the Southwest and Central Asian corridor. Am J Hum Genet. 2004.74: p.827～845.

［22］Richards M. Macaulay V. Hickey E. et al. Tracing European founder lineages in the Near Eastern mtDNA pool. Am J Hum Genet. 2000. 67: p.1251～1276.

［23］萬誠、崔銀秋、段然慧等：《河北陽原縣姜家梁遺址新石器時代人骨DNA的研究》，《考古》2001年7期。

［24］Wang Haijing. et al. Molecular biological analysis of remains from Jiangjungou Cemetery in Inner Mongolia. Progress in Natural Science. 2006. 7（16）.

［25］Christine K. T. Eric C. Bertrand L. Nuclear and Mitochondrial DNA Analysis of a 2.000-Year-Old Necropolis in the Egyin Gol Valley of Mongolia. Am. J. Hum. Genet. 2003 （73）.

［26］Yu C. Xie L. et al. Genetic analysis on Tuoba Xianbei remains excavated from Qilang Mountain Cemetery in Qahar Right Wing Middle Banner of Inner Mongolia. FEBS Lett. 2006. 580 （26）.

［27］Haijing Wang. Binwen Ge. et al. Molecular Genetic Analysis of Remains From Lamadong Cemetery. Liaoning. China. Am J Phys Anthropol. 2007. 134: p.404～411.

［28］Herrmann B. Hummel S. Ancient DNA. New York: Springer-Verlag. 1994.

［29］張家口考古隊：《蔚縣夏家店下層文化顱骨的人種學(xué)研究》，《北方文物》1987年1期。

［30］鄭麗慧、朱泓、陳靚：《內(nèi)蒙古七郎山魏晉時期鮮卑墓葬人骨研究》，《內(nèi)蒙古文物考古》2003年1期。

［31］李法軍：《河北陽原姜家梁新石器時代人骨研究》，吉林大學(xué)博士學(xué)位論文，2004年。

［32］陳山：《喇嘛洞墓地顱骨種族類型初探》，載《邊疆考古研究》第1輯，科學(xué)出版社，2002年，第314～322頁。

［33］河北省文物研究所：《河北陽原縣姜家梁新石器時代遺址的發(fā)掘》，《考古》2001年2期。

〔責(zé)任編輯：張金棟〕