更新世气候变化与欧亚大陆人类演化

李潇丽

欧亚大陆更新世冰期和间冰期示意图（修改自Dodonov and baiguzian, 1995; Dennell, 2008）

人类起源、演化和扩散是晚新生代地球生命演化历史的重大事件，自人类诞生之日起，就与其赖以生存的生态环境和气候发生着各种各样的相互作用。随着人类的进步和科学技术的发展，这种关系也变得日益密切。相关研究表明，人类自诞生至今已有近700万年的漫长历程，虽然占据人类演化历史的70%以上的时间均发生在非洲大陆，但自距今200万年前后人类走出非洲，并开启了人类在非洲以外演化历史的新篇章。对早期人类来讲，欧亚大陆是陌生的，在这个地形复杂、生态环境多变的区域，频繁的气候波动对人类扩散和演化的影响不仅是学术界长期关注的前沿与热点，同时也是大众热议的话题。

更新世（从距今2.58百万年到1.17万年前）是地球上气候发生剧烈变化的时代，气候特征主要表现为冷暖交替的变化并表现出一定的周期性。北半球的高、中纬度地区以及低纬度地区的一些高山，在这时期出现过大规模的冰川活动；冰川的前进和退缩，形成了寒冷的冰期和温暖的间冰期的多次交替，并导致海平面的大幅度升降、气候带的转移和动荡、动物的迁徙或绝灭。这些周期性的气候变化主要受控于地球的轨道要素变化，具体表现为在不同的时间尺度上有不同的变化方式，或者说不同阶段具有不同的主导周期。在总体趋冷、变干的环境演化背景下，开阔生境扩大，海平面降低，形成扩散廊道，是促进人类演化、迁徙和扩散的主要动力，这些气候波动对早期人类扩散和文化的发展产生过巨大的影响。

在整个更新世，人类的迁徙和扩散无疑是地球景观最为壮阔的场景之一。他们在欧亚大陆的演化主要经历直立人大扩张和现代人的扩散等重大事件。这种演化历程固然是人类进化过程中的“自我”表现，但也是环境变化的产物。相关研究显示，在气候适宜时期（间冰期），伴随着人口的增长，古人类会扩大自己的生存范围，并重新占据以往由于气候恶劣而被他们舍弃的生存空间。当寒冷气候（冰期）来临，他们的生存范围会随着冰盖的扩大而向南退缩，并伴随着对部分生存空间的舍弃和部分人群的灭绝。有证据表明，在更新世，至少有六个关键的气候演化阶段与欧亚大陆早期人类的扩散和行为发展存在密切联系。

更新世气候变化与欧亚大陆人类演化关系（修改自Head et al., 2008）

1. 1.8～1.6百万年前的气候转型期：进入更新世后，北半球陆冰加速积累，非洲大陆朝干旱化方向发展，欧亚大陆中东部典型黄土开始堆积。在距今1.8至1.6百万年前，气候发生转型，大区域甚至全球性气候和环境也发生了重要的转变，气候特征从以前的较复杂多周期转变为以4.1万年较为稳定的周期为主。在非洲，粉尘堆积显著增加，指示非洲大陆干旱程度进一步增加；欧洲陆冰聚集，气候干冷；在中国，黄土地层的风化程度指示了气候进一步趋于干旱。作为人类起源地的非洲地区降水量总体上趋于减少，草原扩张。在该阶段直立人或匠人（Homo erectus/Homo ergaster）出现，与早期的人科成员－南方古猿（Australopithecus）和能人（H. hablis）相比，直立人除脑量增加外，还拥有较大的体型和较为进步的生存技能；因此，直立人的出现可能为这次迁徙提供了生理基础。在该阶段人类开始首次走出非洲扩散至亚洲的中低纬度热带-亚热带地区，比如在欧亚大陆交界地带的高加索地区（格鲁吉亚的Dmanisi）、东南亚（印度尼西亚的Java）、中国的元谋、蓝田以及泥河湾盆地均发现了直立人化石或文化遗物。在该时期，由于高纬度和寒冷气候的影响，欧洲大陆尚未发现人类生存的证据。虽然此阶段在非洲出现了进步的以手斧、薄刃斧等为标志的模式2（Acheulean）工业，但早期人类扩散至亚洲大陆，仍然选择相对简单的模式1（Oldowan）工业的简单石核-石片类型，以此权益的策略来应对多变而陌生的生态环境。

格鲁吉亚Dmanisi遗址及发现的直立人化石

中国蓝田遗址及发现的直立人化石

2. 1.25～0.8百万年前的中更新世气候转型期（Mid-Pleistocene Transition-MPT）：该时期是早更新世晚期的一个重要气候变化阶段，环境变化的幅度增大。从深海氧同位素记录来看，气候波动周期开始从4.1万年向10万年转变，气候总体上表现为冰期时更加寒冷，间冰期时更加温暖。黄土堆积层和古土壤层厚度增大，黄土磁化率幅度大于前期古土壤中的平均值，表明夏季风气候显著增强以及冬、夏季风的反差增大。这种增大的间冰期效应为早期人类开始由中低纬度的热带亚热带地区迁徙至中高纬度的温带和内陆干旱-半干旱地区、由海拔较低迁徙至海拔较高的地区提供了环境条件。该阶段是直立人在欧亚大陆的大扩张时期，模式2技术的扩散和多样化的适应行为表明，人类体质特征较早更新世发展到了一个新的阶段。早期人类开始占据欧洲大陆，并于距今1百万年后逐渐向北欧扩散，西班牙的Atapuerca遗址、Orce盆地、意大利的Ceprano等地均出土了早期人类化石。多数学者认为这些人类化石从分类位置上属于从Dmanisi直立人演化而来的先驱人（H. antecessor）。同时在亚洲的以色列Ubeidiya也出土直立人化石，中国的郧县也出土了距今1.0百万年左右的直立人化石和文化遗物，泥河湾盆地在该时期人类遗址的数量明显增多，表明人类对当地自然环境适应能力逐渐提高，出现了对优质原料的青睐和精致加工。

中国泥河湾盆地东谷坨遗址出土的精美石器（卫奇，2014）

西班牙Atapuerca遗址及发现的先驱人化石

3. 80-50万年前的模式2（Acheulean）工业的扩散：进入中更新世以后，MPT气候转型已经完成，以10万年为波动周期主导该时期的气候特点，加强的冰期和间冰期效应迫使人类自身做出调整。欧洲的先驱人演化成海德堡人（H. heidelbergensis），东亚的直立人加速演化并逐渐显示镶嵌的形态特征。古人类开始运用较为进步的以生产两面加工的手斧、薄刃斧等石器类型模式2（Acheulean）技术来适应多变的气候波动。这种技术的最大特点是可以作为复合工具，在面临多变的生态环境时，古人类不仅可以使用，同时也可作为毛坯来制作更加精致的工具，这表明人类的认知能力已经随同其体质特征进化到一个全新的阶段。虽然在欧亚大陆的以色列的Ubeidiya曾发现距今1.4百万年的Acheulean工业的产品，但古人类携带这种技术越过Jordon Rift Valley并对这种技术的熟练掌握，在距今60-50万年前中更新世中期才达到了较为熟练的地步。在此阶段，欧洲、东亚和印巴次大陆人类活动遗址的数量明显增多，Acheulean工业产品频繁出现，如西班牙的Atapuerca遗址，中国的百色盆地和湖北的郧县人遗址等。

西班牙Atapuerca遗址发现的海德堡人化石

伊拉克Shanidar Cave遗址发现的尼安德特人化石复原像

4. 中更新世气候波动与中纬度古人类的频繁迁徙：中更新世频繁的气候波动和冰期-间冰期效应在中纬度地带（40-50°N）表现得非常明显。在间冰期时期也就是气候适宜期，古人类对该区域的占据和活动非常频繁；而当冰期（寒冷气候）来临，这些地带被冰川覆盖，人类面对如此的环境不得不向低纬度退却，随之而来的是人口的减少或人群的灭绝。有证据表明，在距今50-60万年的冰期，该地带80%的地区被早期人类抛弃，他们迁徙至更靠南的地区，而在间冰期到来，他们又卷土重来。来自地处欧洲偏北部英国的证据表明，人类远离该地区的原因就是冰川的发育和寒冷的气候；中亚地区和华北的资料显示，降雨量的减少和干冷的气候是早期人类抛弃该地区的主要因素。而气候适宜的间冰期来临，人类会重新回到自己曾经的家园。在频繁的冰期和间冰期波动的气候背景下，欧洲的海德堡人逐渐进化成尼安德特人（H. neanderthalensis），并逐渐适应寒冷的气候；起源于非洲以预制石核为代表性特点的勒瓦娄哇技术（Levallois technique）于中更新世扩散至欧洲和西亚。东亚的直立人加速演化并逐渐向古老型智人（H.sapiens）进化，古人类在保留模式1工业的前提下，Acheulean工业在多个地区被发现，如洛南盆地、丹江口库区、丁村遗址等，表明早期人类已经完全适应东亚中更新世的气候特征。

中国百色盆地枫树岛发现的手斧（Wang et al., 2014）

中国丹江口库区双树遗址发现的手斧（Li et al., 2014）

中国湖南道县福岩洞遗址（左图）、发现的现代人化石（左图左上部）及距今12万年以后人类扩散模式（右图）（Liu et al., 2015; Dennell, 2015）

欧洲莫斯特工业典型标本

5. 末次间冰期（氧同位素5阶段）与现代人扩散：最新的证据显示，最早的解剖学上的现代人（H. sapiens）在距今30万年前出现在北非摩洛哥的Jebel Irhoud遗址，而现代人何时走出非洲并扩散至欧亚大陆一直是学术界争议的焦点。虽然近期在以色列的Misliya洞穴发现距今约19-17万年前的现代人化石，但非洲以外最早的现代人的化石证据多集中在晚更新世早期的末次间冰期。该时期对应深海氧同位素第5阶段（Marine Isotope Stage 5-MIS5），年代大致为距今13-7.5万年前。末次间冰期是近15万年来全球最暖的时期，整体的气候条件与目前的全新世间冰期相似，表现为海洋表层水温相近，海面稍高。增高的海平面缩小了海岸线的长度，早期现代人沿海岸带走出非洲来到欧亚大陆。在距离非洲最近的地中海东岸的Levant地区的Qafzeh和Skhul遗址发现了距今9-12万年前的现代人化石，而中国的广西崇左智人洞（10万年前）、湖北的郧西黄龙洞、湖南道县（8-12万年前）等地也出土了早期现代人化石，表明末次间冰期是现代人走出非洲的关键时期。而此阶段的欧洲大陆仍然是尼安德特人的势力范围，他们熟练掌握了勒瓦娄哇技术并成功发展成旧石器时代中期的代表性工业类型——莫斯特工业（Mousterian），该类型是早期人类的模式3工业，表明人类在制作定型且多功能工具方面比两面器技术的模式2工业更进一步。

6. 深海氧同位素第3阶段（MIS3）与旧石器时代晚期革命：多方面的环境证据如冰芯、深海沉积物、黄土、石笋等表明，距今约6.0～2.5万年的深海氧同位素第3阶段，是末次冰期中一个气候相对温暖湿润的阶段。这一阶段气候虽然相对暖湿，但内部仍然呈现波动起伏、冷暖交替的变化特征，而这一时期也是古人类文化发展的重要时期，正处于旧石器时代中期向晚期过渡阶段。现代人加速扩散并在逐渐替代欧洲的尼安德特人，尽管有DNA证据表明他们之间存在过微弱的基因交流。现代人在亚洲的生存范围逐渐扩大并逐渐替代这里生存的古老型人类，但这个过程非常复杂，有形态学证据表明东亚的古老型人类和从非洲来的早期现代人也存在过杂交。大量考古发现表明，欧亚大陆在这一时期人类活动十分活跃，不仅古人类遗址数量显著增多，而且人类文化也出现了显著的进步与变化，如象征性行为及装饰品的出现和增多、埋葬行为、骨角器的加工、石叶技术的广泛应用、石器类型标准化及多样化、构造相对复杂的火塘、有组织的空间利用行为、交换行为出现和交易网络的扩大、季节性迁徙策略、恶劣环境下的生存能力等，学术界称为“旧石器时代晚期革命（the Upper Paleolithic Revolution）”。这个革命性的变革在欧洲和西亚出现在距今4.5万年前，而中国发生这场革命则在距今4万年后，其中地处我国西北边陲的宁夏水洞沟遗址就见证了这场革命发生的集中证据。随着距今2.1至1.5万年末次冰盛期（Last Glacial Maximum）的来临，早期人类再次大幅度退至中低纬度地带生活，部分人群沿白领陆桥扩散至美洲大陆；冰消期的到来古人类再次返回他们曾经熟悉的家园并孕育了早期的农业和定居的生活方式。

中国宁夏水洞沟遗址第2地点及发现的遗物

人类本身是自然界的产物，是和自然环境一起发展起来的。随着时代的发展和人类文明的进步，人口急剧增长，对自然资源的过度开发使我们赖以生存的地球变得不堪重负。面对日益多变的气候变化，人们采取如何的应对策略是目前全球面临的重要问题。回首200万年来气候变化对人类演化的影响，我们不难发现，气候变化对人类的演化和技术发展产生了重要影响；而这种影响的过程和机制尚需学术界长期探索来完善。因此，探求气候变化和人类的发展历史及应对策略，对把握今天的人与自然环境的关系，并预测未来的发展趋势同样具有积极的科学意义。（文中图片除注明外均来自网络）