基于冰河时期欧洲丰富的人类化石记录的新研究，揭示了古代人口如何应对剧烈的气候变化。该研究通过机器学习算法分析牙齿数据，详细阐述了迁徙趋势、人口动态以及末次盛冰期的重大影响。

利用迄今为止欧洲冰河时代最大的人类化石数据集，一个国际研究团队展示了史前猎人和采集者是如何应对4.7万至7千年前气候变化的。8月16日发表在《科学进展》杂志上的一项研究表明，在最寒冷的时期，人口数量急剧下降，欧洲的冰河时代人甚至面临灭绝。

首席研究员、德国图宾根大学森肯伯格人类进化和古环境研究中心的汉内斯·拉特曼博士与图宾根大学、费拉拉大学（意大利）和纽约大学（美国）的同事合作，开发了一种基于机器学习算法的新方法来分析这些化石。

考古方法的进步

大约45,000年前，在最后一次冰河时期，第一批现代人迁移到欧洲，标志着所谓的“旧石器时代晚期”的开始。这些早期的人类群体不断在欧洲大陆繁衍生息——即使在大约25,000年前所谓的“末次间冰期”时也是如此，当时冰川覆盖了欧洲北部和中部的大部分地区。

“考古学家长期以来一直在争论气候变化和相关新环境条件对当时狩猎采集者人口统计的影响。由于可用的化石数量有限，且这些化石的分子保存状况往往很差，很难对气候因素对迁徙、人口增长、下降和灭绝的影响得出结论，”该研究的第一作者、图宾根大学森肯伯格人类进化和古环境研究中心的汉内斯·拉特曼博士解释说。

因此，拉特曼（Rathmann）与来自意大利、美国和德国的研究团队一起，选择了一种新的方法来澄清这个问题：研究团队并没有分析少数可获取古代DNA的史前个体的信息，而是检查了他们的牙齿。“牙齿是人体中最坚硬的组织，因此也是考古学家发现的最常见的化石骨骼元素。

创新的数据收集技术

拉特曼解释说：“这使我们能够收集到前所未有的数据集，这些数据集明显大于以前的骨骼和遗传数据集。我们新编译的收藏品包括来自欧洲各地的450名史前人类的牙齿数据，时间跨度为47,000年至7,000年前。”

研究人员专注于“形态学”牙齿特征——牙齿内部的微小变化，如冠尖的数量和形状、咀嚼面上的脊和槽图案，或者智齿的有无。

拉特曼解释说：“这些特征是可遗传的，这意味着我们可以利用它们来追踪冰河时代人类之间的遗传关系，而无需保存完好的古代DNA。”由于这些特征可以用肉眼观察到，研究团队还检查了数百张已发表的化石照片。拉特曼说：“检查历史照片中的牙齿特征特别令人兴奋，因为这使我们能够包括一些不幸已经不存在的重要化石，比如那些在二战期间丢失或毁坏的化石。”

这项研究的结果表明，在大约47,000至28,000年前，即“中冰期”期间，西欧和东欧的人口在基因上是紧密相连的。“这一发现与我们之前从考古研究中获得的知识一致，这些考古研究发现了不同地区石器工具、狩猎武器和便携式艺术品的广泛相似性，”图宾根大学DFG高等研究中心“文字、骨骼、基因、工具”的合著者Judith Beier博士解释道。

在这一时期，欧洲主要特征是开阔的草原景观，能够养活大量的哺乳动物种群——这是狩猎采集者的主要食物来源。这些条件可能有利于人口之间的相互联系。

基因断裂与气候挑战

在随后的28000年至14700年前的“末次盛冰期”期间，研究人员发现西欧和东欧之间不存在遗传联系。此外，分析表明，这两个地区的人口规模都出现了显著减少，导致遗传多样性丧失。

图宾根大学的科学家解释说：“这种剧烈的人口变化可能是由巨大的气候变化引起的：这一时期的温度降至整个旧石器时代晚期的最低值，并在最后一次冰河时期达到顶峰，当时冰盖达到最大范围，覆盖了欧洲北部和中部的大部分地区。”拉特曼解释说：“恶化的气候导致植被从草原转变为以苔原为主的景观，这影响了猎物的栖息地，进而影响了依赖它们的狩猎采集者。”

“我们的研究结果支持了长期以来所持有的理论，即人口不仅被前进的冰盖向南驱赶，而且被分隔成大体上孤立的、具有更有利环境条件的避难所，”拜尔补充道。这项研究的另一个显著发现是，西欧的人口在中冰期向晚冰期的过渡时期灭绝，并被来自东欧的新人口所替代。

人口的复苏与恢复

在末次盛冰期之后，气温再次稳步上升，冰川后退，草原和森林植被重现，为先前被遗弃的地区首次重新殖民提供了条件。研究小组观察到，在此期间，西欧和东欧地区原本孤立的、大幅减少的人口数量开始增长，区域间的迁徙也重新开始。

“我们新方法——基于我们称之为Pheno-ABC的机器学习算法——使我们首次能够使用形态数据重建复杂的史前人口事件。据我们所知，这是以前从未实现过的，”费拉拉大学的联合第一作者Maria Teresa Vizzari博士说，她在算法开发中发挥了关键作用。

新的分析工具使得在多种经过测试的方法中识别出最可能的人口统计方案成为可能。据研究人员称，Pheno-ABC方法可能会在未来彻底改变化石骨骼形态学的分析。

结论：从过去中学习

拉特曼总结道：“我们的研究为冰河时代欧洲的人口历史提供了重要的见解，并强调了气候和环境变化对史前人类生活的深远影响。如果我们想解决未来复杂的环境问题，就必须迫切地从历史中吸取教训。”

参考文献：Hannes Rathmann、Maria T. Vizzari、Judith Beier、Shara E. Bailey、Silvia Ghirotto和Katerina Harvati于2024年8月16日在《科学进展》上发表的《根据化石牙齿表型推断旧石器时代晚期欧洲人口动态》一文。DOI：10.1126/sciadv.adn8129