從分子生物學角度看河北蔚縣三關墓地古代居民的遺傳結構

趙　欣　葛斌文　張全超　蔡大偉　周　慧　朱　泓

【關鍵詞】夏家店下層文化；蔚縣三關；古代居民；古DNA

【摘要】河北蔚縣三關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方法研究其遺傳結構，發現蔚縣三關墓地古代居民在母系遺傳上與現代東亞人群的親緣關系較近。在與古代居民的對比中可以看出，三關組與姜家梁、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，在此地區母系遺傳關系較近。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。

一、前言

夏家店下層文化是分布于燕山南北地區的一支早期青銅文化。其分布廣泛，延續時間長，文化特征鮮明，與中原文化有著較密切的關系，在我國青銅時代考古學上占有重要地位。早在20世紀20年代就發現了該文化的遺存。1935年，日本學者濱田耕作發掘赤峰紅山后就提出了“赤峰第二期文化”[1]。20世紀50年代初，我國學者對此提出質疑，指出“‘赤峰第二期文化實際上還包含幾個性質面貌不同的階段”，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”為代表區分開[2]。1960年，中國科學院考古研究所內蒙古工作隊在赤峰夏家店和藥王廟發掘后[3]，我國學者將原來混為一談的兩種性質年代不同的青銅文化區別開，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行大量調查與發掘，發現了夏家店下層文化遺址數百處。依據當時的材料，學術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和海河北系區[6]，其基本觀點一致。隨著桑干河上游壺流河流域考古工作的進一步展開，學術界對該地區的遺存又有了不同的認識。有學者認為“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遺存”[7]；也有學者認為壺流河流域遺存“既不同于以赤峰、朝陽為中心的燕北地區，又與燕南地區東部京、津、唐三角地帶有明顯區別。如果以劃分燕北、燕南兩個類型的標準來分析，以壺流河流域為中心的這類遺存也應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：燕北地區的藥王廟類型、燕南地區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，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],發現了三關、莊窠、前堡、四十里坡等夏商時期文化遺存，即壺流河類型，它晚于當地龍山文化，早于二里岡上層文化。發掘者根據層位與器物演化規律將其分為三段：第一段以三關M2010等為代表，年代為夏代早期偏晚；第二段以三關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，年代相當于早商時期較早階段[10]。

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

蔚縣位于冀北地區，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耕文明的交匯處，是我國古代各族先民往復遷徙、雜居混住的地區之一。由于這一地區既有本土文化，又有外來文化的影響，使得各種文化成分交織在一起，呈現出十分復雜的文化格局。由此也可以想象，這一地區的古代居民群體中必然也包含著較為復雜的人種學背景。因此，弄清該地區古代居民的族屬及與其他古代居民之間的親疏關系，對進一步探討該地區考古學文化的成分及其性質具有重要意義。

本文通過對蔚縣三關墓地古人的線粒體DNA進行分析，研究這個古代人群的遺傳結構，并在分子水平上探討它與現代人群以及其他古代人群的親緣關系。

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（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）擴增線粒體DNA（mtDNA）高可變Ⅰ區（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產物，使用ABI Prism BigDye Terminator Cycle Sequencing Kit進行測序反應，產物用于DNA直接測序（ABI Model 310自動測序儀）。

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

2.統計學分析

運用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軟件包構建系統發育樹[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化發育關系，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系的遠近。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行多維尺度分析。

在使用統計學分析蔚縣三關墓地古代人群（Yuxian）與現代人群以及其他古代人群的母系親緣關系時，根據本文樣本的地理位置，現代人群選取了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.系統發育分析

基于蔚縣三關墓地古代居民與12個相關人群之間的線粒體DNA數據進行系統發育分析，構建群體間的鄰接樹，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、蔚縣三關墓地古代居民聚為一支，構成東亞分支；歐洲人群遠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成情況。從鄰接樹中可以看出在母系親緣關系上，蔚縣三關墓地古代居民與現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軟件進行了多維尺度分析，FST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系更近一些，這與系統發育樹得到的結果是一致的。

三、討論

古DNA（ancient DNA，簡稱aDNA）是指從博物館、考古發掘材料和古生物化石中提取的古代生物分子[28]。考古DNA研究是近年來出現的一個新興的研究領域。它將分子生物學技術應用于考古學的研究上，以古DNA為研究對象，進行核酸序列分析和研究，不僅是對形態學的補充，而且也為考古學和人類學提供了從形態學和解剖學中難以獲得的生物學信息。近年來，古DNA研究主要應用于人類在個體水平上、群體內部、群體之間的關系，人類起源與遷徙，動植物的家養與馴化等研究領域，具有重要的考古學意義。

與現代DNA相比，古DNA具有損傷、高度降解等特點。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，因而廣泛地應用于人類起源、進化和親緣關系，動植物馴化以及系統發育研究中，是古DNA研究的理想標記。

傳統考古學在未引入分子生物學技術以前，對于出土古人骨的研究主要是依靠體質人類學方法，對骨骼外部形態進行觀察與測量，并結合墓葬出土的環境、年代以及各種文字記載資料進行推斷。而DNA研究是對骨骼內的DNA分子進行分析和測序，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系具有重要意義，尤其是在顱骨破損嚴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。體質人類學與古DNA研究兩種方法可以相互印證、相互補充，因此，通過考古學、人類學、分子生物學等多學科的交叉，可以為解決考古學問題提供新的思路與方法，對于解決考古學中的疑難問題具有重要意義。

從圖二、三來看，蔚縣三關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。這一結果也可以與人種學研究中“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差異比較顯著”[29]的體質特征相吻合。在上述的5個古代人群對比組中，蔚縣三關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，而與在人種學特征上和北亞蒙古人種關系很近的七郎山拓跋鮮卑古代居民[30]相距較遠。

體質人類學研究認為姜家梁古代居民“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，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從新石器時代晚期到青銅時代母系遺傳關系很近，可能存在連續性。此外，在文化特征上，蔚縣三關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，本文從分子考古學的角度，暗示了姜家梁遺址墓葬中至少有一部分人及其創造的文化，對于蔚縣三關墓地的居民構成及其文化因素都有一定影響。

以河北蔚縣三關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。由于蔚縣三關墓地位于冀北地區，處于夏家店下層文化分布范圍的邊緣地區，其遺傳結構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構情況、居民的源流問題、以及各文化類型的居民之間遺傳關系的親疏等，都將是今后工作的重點。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系，特別是在研究進入父系社會后，重視父系血緣關系的人群結構與社會關系時具有局限性。而Y染色體是父系單性遺傳，可以彌補線粒體DNA的不足，但是由于技術和方法的欠缺，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。

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（下轉33頁）

（上接8頁）

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〔責任編輯：張金棟〕