从柳州城区往西南走二三十分钟车程,进入柳江区新兴农场一带,路边的石灰岩山体开始密集起来。通天岩就在其中一座山的西坡,洞口朝向开阔,海拔约 164 米。站在洞口第一眼看到的是一个典型的喀斯特溶洞:石灰岩被地下水溶蚀出空腔,洞壁上挂着溶蚀痕迹,洞底堆着几万年间积下来的沉积物。这个洞看起来和柳州周边数以百计的溶洞没有本质区别,但 1958 年在这里出土的一具人类化石,把它从一个普通溶洞变成了理解东亚早期现代人迁徙的关键地点。

那具化石被称为柳江人。它包括一件基本完整的颅骨和 17 件躯干及后肢骨(胸椎、腰椎、肋骨、骶骨、盆骨、股骨),经鉴定属于一名约 40 岁的男性(中科院古脊椎动物与古人类研究所)。一具化石能保留颅骨加上大半个躯干,在东亚和东南亚地区都属罕见。中国的古人类化石里,多数只有零散的牙齿或颅骨碎片,能凑出一套骨架的几乎没有。柳江人的完整程度,让研究者可以同时从颅骨形态、体型比例和牙齿特征三个方面判断它的演化位置。

柳江人颅骨(复制品)正面
柳江人颅骨复制品正面观,展出于美国史密森尼自然历史博物馆。看这件颅骨的脑颅形态:圆隆、容量大(1567 毫升),面部低矮且扁平,眉弓突出。这些特征综合起来,是早期现代人的典型组合。图源:Wikimedia Commons

这件颅骨的脑颅呈圆隆形态,脑容量 1567 毫升,面部尺寸缩小且扁平化,体型纤细,牙齿咬合面简单。这些指向现代人。但它同时保留着一些早期特征,包括面部低矮、眼眶低矮、眉弓突出。研究者把这种混合特征归类为早期现代人,也就是解剖学上已经属于智人、但还带着一些古老痕迹的人群(人民日报海外版)。

从通天岩洞口回头看柳州方向,能看到远处的石灰岩孤峰和城区建筑。柳江人生活的年代,这一带是热带和亚热带气候下的喀斯特峰丛地貌,溶洞遍布,地表水系发达。对几万年前的人来说,溶洞提供了天然的庇护空间:洞穴内部温度相对恒定,雨季不会被淹,洞口采光通风,周围的柳江水系和植被支持采集和狩猎。通天岩的位置并非偶然选择,它坐落在一座石灰岩山体的西坡,洞口开阔、朝向有利于日照和观察周围环境,这些条件和世界各地旧石器时代人群选择居住洞穴的标准高度一致。

这里要理解一个背景:柳州地区集中分布着多处古人类遗址,通天岩只是其中一个。往东北方向 2 公里是白莲洞(堆积跨度 3.7 万至 7 千年),往南是鲤鱼嘴遗址(新石器时代),再加上柳城巨猿洞(发现过巨猿化石)。这些遗址散落在柳州周围的石灰岩山体中,共同说明一件事:柳州一带的喀斯特溶洞群在几万年的时间尺度上,持续被不同时期的古人类选择和使用。通天岩在这个群落中的独特位置,在于它出土的化石完整程度超过了其他所有地点。

66 年年代争议:一具化石的身份取决于它埋在哪一层

柳江人化石出土以后,它的年代成了一个持续 66 年的悬案。

问题出在 1958 年的发现过程。化石出土时,层位记录不够清晰,后来的研究者无法确定这具遗骸到底埋在洞穴沉积序列的哪一层。不同学者用碳十四和铀系方法对洞穴地层的沉积物分别做过测年,得出的结论差距很大:有人认为柳江人至少生活在 6.7 万年前,有人推到 13.9 万至 11.1 万年前,还有人给出 15 万年的上限(中科院古脊椎所)。

这些数字如果成立,意味着柳江人是距今 10 万年前甚至更早的现代人群成员,那将改写东亚现代人起源的时间表。但这些年代数据有一个共同的弱点:它们测的是洞穴地层的沉积物,而研究者无法确认柳江人化石到底出自哪一层。换句话说,地层的年代和化石的年代之间缺少一条确定的对应关系。

这件事悬了几十年。期间有学者尝试直接对柳江人的股骨做碳十四测年,但股骨里没有提取到足够的骨胶原(骨头中用于碳十四测年的蛋白质成分),这条路也走不通(中科院转光明日报)。

2024 年突破:从股骨髓腔里找到答案

2024 年 4 月,中科院古脊椎动物与古人类研究所、南京师范大学和中科院地质与地球物理研究所组成的研究团队,联合柳州白莲洞洞穴科学博物馆和澳大利亚人类演化研究中心,在 Nature Communications 上发表了综合测年结果。这项研究历时 4 年,从三条路同时推进。

第一条路是直接测化石本体。团队采集了柳江人左侧股骨掉落的骨头碎屑,用铀系法(通过铀元素衰变产物的比例推算年龄)测定其年代约为 2.3 万至 2.2 万年。又对颅骨上中门齿掉落的牙齿碎屑做铀系测年,得到约 1.9 万年,稍年轻一些,可能是牙齿的齿质更长时间处于开放体系中导致的偏差。这两个数字已经和此前的 6 万、13 万、15 万年差了一个数量级(中科院转光明日报)。

第二条路是确认化石到底出自哪一层。研究人员在柳江人左侧股骨的髓腔中发现了红棕色的黏土质沉积物,颅骨的鼻腔中也有同样颜色和质地的沉积物。接下来,团队对洞穴沉积序列逐层做了粒度、颜色、常量和微量元素分析,把骨头内部的沉积物和洞穴各层逐一比对。最终确认柳江人最可能出土自通天岩第三沉积单元的第 2 层,一层红棕色的细黏土,搬运动力弱,和化石出土时胸椎与腰椎仍然关联在一起的状态吻合。也就是说,柳江人死亡后几乎在原地被埋,没有被水流明显搬运过(中科院古脊椎所)。

柳江人颅骨(复制品)侧面
柳江人颅骨复制品侧面观。从侧面看,眉弓突出的程度和脑颅后部的圆隆轮廓更加明显。这种侧面轮廓是把柳江人归入早期现代人(而非更晚的完全现代人群)的形态依据之一。图源:Wikimedia Commons

第三条路是对确认后的第 2 层做系统的碳十四、铀系和光释光三种测年。碳十四测有机物中碳-14 的衰变,铀系测矿物和骨骼中铀的衰变,光释光测矿物颗粒最后一次见光以来积累的辐射能量。三种方法原理不同,互相独立,但结果收敛在同一个区间:第 2 层距今约 3 万至 2 万年。这和化石本体的铀系测年(2.3 万至 2.1 万年)吻合。三条路的数据指向同一个结论:柳江人生活在距今约 3.3 万至 2.3 万年前。

这个新年代把柳江人从此前"可能是10万年前的早期迁徙者"重新定位为距今 4 万至 3 万年间早期现代人在欧亚大陆广泛迁徙扩散的一员。在这个时间窗口里,北京田园洞人(约 4.1 万至 3.8 万年)和山顶洞人(约 3.9 万至 3.6 万年)也在活动。柳江人与他们处于同一个时代段落,而和距今 10 万年前的更古老人群没有时间上的交集(中科院古脊椎所)。

过去的形态研究还注意到一件事:柳江人和欧洲同时代的早期现代人,特别是距今 3.3 万至 3.1 万年的法国克罗马农人,在颅骨形态上相似度较高。这可能说明 3 万年前早期现代人在欧亚大陆快速扩散时,各地人群之间还没有像今天这样出现显著的特征分化。柳州的一个溶洞和法国的一处岩棚里的两具遗骸,颅骨形态能够对得上,这本身就是一条证据(人民日报海外版)。

这里还有一条线索和通天岩周围的考古记录有关。IVPP 的研究指出,在距今 3.3 万至 2.3 万年这个时间段里,全球气候正在变冷变干,中国北方流行石叶和细石叶技术,南方则不同,砾石工具仍占很高比例,同时小石片工具和细小化石器在部分遗址中大量出现。通天岩附近的鲤鱼嘴和白莲洞遗址就出土了这类多样化的石器组合,骨器也在南方洞穴遗址中变得更加常见(中科院古脊椎所)。这种南北方工具传统的差异,反映的是古人类对不同生存环境的适应方式。柳江人生活的这片喀斯特地貌提供了斑块化的微环境,山谷、洞穴、河流和密林相互交织,工具策略因此也更加多元。把通天岩的化石证据和周边遗址的石器证据放在一起,能看到一个更完整的图景:3 万年前的柳州不只有一具被埋在洞穴里的遗骸,还有一群正在适应这片喀斯特地貌的早期现代人。

洞穴地层能看什么:沉积物的颜色和颗粒是时间的标尺

回到通天岩现场。一个普通参观者在洞穴里能看什么?

最直接的观察对象是洞壁和洞底的沉积物。通天岩的沉积序列被研究团队划分成多个单元,每个单元的颜色、颗粒粗细和矿物成分不同,对应不同时期的沉积环境。柳江人出土的第三沉积单元第 2 层是红棕色细黏土,颗粒细、搬运动力弱。如果能在现场看到这一层或类似的红棕色沉积,就是在看几万年前这个洞穴处于低能量水动力环境的证据。

洞穴的形态本身也有信息。通天岩坐落在石灰岩山体的西坡,洞穴是碳酸钙被含二氧化碳的地下水溶蚀形成的。洞穴的走向、洞口的朝向、洞内是否有地下河的痕迹,都是喀斯特溶蚀过程留在岩石上的记录。这和柳州城区里那些插在马路边上的孤峰是同一套地质过程的产物,只是尺度不同:孤峰是被溶蚀剩下的岩体,溶洞是被溶蚀出来的空腔。

柳江人颅骨(复制品)另一角度
柳江人颅骨复制品的另一观察角度,可以看到颅底和面部的空间关系。三张不同角度的照片放在一起,能帮助理解研究者如何从三维形态判断这具化石属于早期现代人而非更古老的直立人或更晚的完全现代人群。图源:Wikimedia Commons

这里有一件事需要提前说明。柳江人化石原件目前在中科院古脊椎动物与古人类研究所(北京)用于研究,现场看不到化石本体。柳州白莲洞洞穴科学博物馆有柳江人相关的展陈,距通天岩约 2 公里(维基百科,白莲洞遗址)。如果去通天岩看洞穴现场,建议也去白莲洞博物馆看展陈,两处可以一并安排。

通天岩和白莲洞虽然只隔 2 公里,但性质完全不同。白莲洞是一处古人类长期居住遗址,堆积层跨度从 3.7 万年前到 7 千年前,出土了 500 多件石器、2 枚人牙化石、3500 多件动物骨骼化石、2 处用火遗迹。白莲洞讲的是"洞穴作为居所",重点是人在这里住了几万年、做了什么。通天岩讲的是"洞穴作为一具遗骸的埋葬地",重点是这具化石在人类演化图谱中占什么位置。两个洞穴,同一套喀斯特系统,回答的是两类完全不同的问题。

一个洞穴的坐标意义:层位定了,位置才定

这篇文章的核心判断是:通天岩成为人类演化史坐标的过程,取决于一件看似技术性的工作,确认化石的出土层位。

66 年里柳江人的年代数字从 6.7 万变到 15 万再到 3.3 万至 2.3 万年,每一次变化都改变它在全球早期现代人图谱中的位置。年代是 15 万年,柳江人就是比非洲以外最早的现代人还早的证据,整个东亚现代人起源的叙事都要改写。年代是 3.3 万至 2.3 万年,柳江人就归入和田园洞人、山顶洞人同一波迁徙扩散事件,是欧亚大陆 4 万至 3 万年前那次大规模人群流动的一个南方节点。

决定这两种叙事哪个成立的,是洞穴地层里一层红棕色黏土。研究人员从股骨髓腔里刮出沉积物,和洞穴各层比对,锁定出土层位,然后对这一层做三种独立测年。整个过程的逻辑链条是:骨头里的泥 → 洞穴的哪一层 → 这一层多老 → 化石多老 → 它在人类演化图谱中排第几。

站在通天岩洞口,能理解的一件事是:一个喀斯特溶洞之所以能成为人类演化的坐标点,前提是洞里的沉积地层提供了可以定年的物理记录。没有这些一层一层堆上来的泥和石块,化石即使完整,也只是一具没有时间坐标的骨架。柳州的石灰岩山体里到处是溶洞,但能成为演化坐标的,是那些沉积序列足够完整、能做系统测年的洞穴。通天岩是其中被研究得最彻底的一个。

这个判断还有一层延伸。通天岩的沉积地层之所以能够完好保存,和喀斯特溶洞的物理特性有关。石灰岩洞穴内部环境相对稳定,温度和湿度变化幅度小,风化作用弱。洞穴入口处的沉积物一旦被后续堆积覆盖,就进入了一个近乎封闭的保存环境。这也是为什么全球范围内最重要的古人类化石,有很大一部分出自石灰岩洞穴。柳州这一带的石灰岩山体密度高、溶洞发育充分,等于在地质尺度上提供了一批天然的"档案柜"。通天岩的柳江人化石,就是从其中一个档案柜里被取出来的。

在现场带四个问题去看

第一,站在通天岩洞口,看洞穴的规模和走向。这个溶洞的形态和柳州城区里那些插在马路中间的石灰岩孤峰,是同一套地质过程的产物吗?

第二,进洞以后留意洞壁和洞底的沉积物。不同层的颜色和颗粒粗细有没有肉眼可见的差异?如果有,那些差异对应的是什么样的沉积环境变化?

第三,如果去了白莲洞洞穴科学博物馆看柳江人的展陈,注意颅骨的形态特征:脑颅圆隆、面部低矮、眉弓突出。这些特征和博物馆里展出的其他史前人类化石有什么不同?

第四,想一想这件事:同一具化石,在被认为距今 15 万年和被认为距今 3 万年的时候,它在人类演化图谱中的位置完全不同。决定位置的那个关键证据,是从股骨髓腔里刮出来的一团红棕色黏土。一具化石的科学意义,在什么程度上取决于它被埋在哪一层?