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追问|复旦分子考古团队破解“胡汉混血”北周武帝死因之谜

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·“历史资料和古基因组研究相互印证,有力论断了北周武帝为‘胡汉’混合。结合其他已发表的鲜卑族的样本,揭示古代鲜卑的形成经历了一个与周边人群动态混合的过程。”

北周是南北朝时期由鲜卑人建立的朝代之一,其第三位皇帝北周武帝宇文邕(公元543至578年)在位期间,大举实行军政改革,并统一中国北方,促进民族融合,为隋唐的大一统奠定了基础。

史书记载:“平突厥,定江南,一二年间,必使天下一统,此其志也。”然而公元578年,年仅36岁的武帝在亲征突厥途中突发恶疾去世,壮志未酬。他的逝世被认为改变了中国历史发展的进程,死因引发众多猜想。

2024年3月28日,复旦大学科技考古研究院文少卿团队、生命科学学院金力院士团队,联合厦门大学王传超团队及陕西省考古研究院在Current Biology(《当代生物学》)上发表了题为“Ancient Genome of the Chinese Emperor Wu of Northern Zhou”(《北周武帝古基因组》)的研究论文,公布了北周武帝的基因组数据,破解了他的死因之谜,并对其进行面貌复原。


北周武帝面貌还原。受访者供图

用新技术推测武帝面貌特征和死因

北周武帝在位前期对突厥采取联合态度,迎娶突厥木杆可汗阿史那俟斤之女为皇后。阿史那氏去世后与宇文邕合葬在位于今陕西省咸阳市渭城区底张街道陈马村的孝陵。因为被盗严重,陕西省考古研究院和咸阳市考古所于1994年联合对孝陵进行抢救性发掘。

2015年4月,受陕西考古研究院委托,联合研究团队正式前往西安对武帝及阿史那皇后遗骨进行采样。考虑到保护武帝颅骨的完整性,在采样时,团队没有选取DNA保存最好的颞骨和牙齿部分,而是选择了肢骨断片。由于大型墓地中氧气充分,人骨更易腐败,因此往往保存状况不佳,阿史那氏和宇文邕的遗骨出土后,能提取的DNA样本里,大部分为土壤微生物DNA,人的DNA占比仅为千分之一,给测序和分析造成巨大挑战。

研究团队花了6年时间,运用传统的提取和建库方法,配合探针富集技术,终于在二者肢骨样本上获取约10万个可用的基因位点。

阿史那皇后的样本保存相对较好,后续实验与分析比较顺利,相关结果已于2023年1月发表于Journal of Systematics and Evolution(《系统学与进化杂志》),成为首例公开发布的中国古代名人基因组。(详见澎湃科技报道:《解密阿史那皇后!复旦青年科学家破译全球首例古突厥皇室基因组》)

武帝的肢骨DNA样本的污染率更高,已获得的10万个位点仅可满足基本的族源分析,不足以推测武帝的面貌特征和死因。

文少卿向澎湃科技解释,分析武帝族源的目的是为了看看鲜卑进入中原以后,在民族大融合背景下,作为帝王的宇文鲜卑家族的遗传混血状况。与目前已经发表的古DNA分析整合后,如果遗传位点低于10万,只能做一些定性分析,无法量化回答其所关注的武帝遗传构成问题。古DNA数据普遍质量不好,涉及面貌推测和疾病风险相关的位点的可靠性就无法保障。因此要尽可能地提高数据质量。

经过一年多的努力,研究团队针对高度降解样本优化出一套全新技术方案,包含高效获取短片段的磁珠提取方法、对短片段友好的单链建库方法和专门适用于古DNA的捕获探针。在新技术的加持下,研究团队成功获取武帝相貌复原的色素沉积相关位点和疾病推断相关位点,并进一步对武帝族源进行更精细的定量分析。

文少卿介绍,“从考古应用层面而言,新技术为获取大墓和南方出土的挑战性骨骼样本乃至伴随土样中的基因组提供了可能,从法医应用层面来说,也为更多大案、要案和难案的破获拓展了想象空间。”

他告诉澎湃科技,发展新技术有一个很大的困难:文理交叉的跨学科研究,往往也需要巨大的投入。“相比传统的文科研究方式,分子考古研究需要实验产生数据,并且实验方法和工具也需要不断优化。我们一方面需要寻求‘新文科’研究的经费在哪里,我们怎么生存下去;一方面也要思考成果对于公众的应用价值和社会价值在哪里,如何回馈老百姓,将研究成果进行展示、传播和利用,对得起这一份投入和期待。”

研究团队表示,他们将不断升级技术方案,继续检测不同时序和不同考古文化的古代样本,持续梳理匈奴、突厥、鲜卑、吐谷浑、粟特等三到九世纪北方古族的遗传谱系。

破解武帝死因之谜并还原面貌

研究团队武帝基因组进行分析,发现武帝与古代契丹人、黑水靺鞨人以及现代达斡尔人、蒙古人存在最近的遗传关系,并估计武帝血统有六成源于古代黑龙江流域的东北亚人群,三成源于古代黄河流域的农业人群。“武帝家族谱系表明他的祖母王氏可能是北方汉人,所以,武帝约三分之一的古代黄河流域血统极可能是鲜卑皇族与汉人贵族长期通婚的结果。”文少卿分析。

整合分析已发表的鲜卑人基因组数据后,团队还发现,鲜卑人群至少有60%的主要血统来源于黑龙江流域的古东北亚人群。同时,不同地理区域的鲜卑人内部存在一定的遗传差异。研究团队认为,这种差异很可能是鲜卑人在发展壮大的过程中与周边人群长期通婚融合的结果。

“历史资料和古基因组研究相互印证,有力论断了北周武帝为‘胡汉’混合。结合其他已发表的鲜卑族的样本,揭示古代鲜卑的形成经历了一个与周边人群动态混合的过程。”文少卿介绍。

他们还破解了武帝的死因谜题。据研究团队介绍,关于武帝的死因,此前主要通行两种说法:其一为死于烈性疾病,其二为死于中毒。

文少卿向澎湃科技介绍,研究团队在DNA实验中,无意中发现提取液变成红色。于是对武帝遗骸股骨样本中33种微量元素进行分析,发现其体内砷(As)的含量显著高于同时期古代平民和贵族的平均水平。“人体中不同部位骨骼反映了生前不同阶段的元素累积过程,股骨反映的是十年以上的代谢过程,说明这些元素在长期饮食中累积而成。”研究团队分析。

史料记载,在武帝生活的魏晋南北朝时期,服用丹药是社会上层所崇尚的精神追求和生活方式,以求滋补长生。所谓丹药,其实是不同晶体形式的无机化合物,由多种矿物高温烧制提炼而成,在中国有两千多年的使用历史。《抱朴子内篇》等典籍均显示,不同丹药的成分虽有所差别,但雄黄与礬石是其中代表成分。

分析显示,武帝样本与隋唐时期贵族郭嗣本体内的异常元素构成更为接近。根据文献记载,郭嗣本有长期服食丹药的生活习惯,甚至接受过皇帝的御赐丹药。二者在分析中聚类在一起,说明武帝经历了与郭嗣本相似的元素积累,其遗骨中砷(As)显著偏高,可能是由于他服食了以雄黄、礬石为主要成分的丹药。

据史料记载,公元575年至578年间,武帝数次发病,“疠气内蒸,身疮外发(身体内部的病症不断积累,在皮肤表面爆发出来)”“身生癞疮,恶疾而死(由于身体上长疮,生重病而死)”,反映出其病痛以皮肤病为代表特征。

这符合慢性砷中毒的病理表现。研究团队介绍,慢性砷中毒病人皮肤上会出现弥漫性或局限性的色素沉着和病变,并导致皮肤血管发生变化,四肢出现疼痛和红肿。他们在武帝的股骨上发现了一块黑色素沉着区域,认为可能是砷中毒后,局部皮肤病变引起的骨髓坏死所导致。

此外,研究团队还以颅骨CT扫描技术对武帝进行了初步面貌复原。通过分析控制头发、皮肤和瞳孔色素相关的基因位点后,预测出武帝是黑色头发、黄色皮肤和棕色眼睛,符合典型的东北亚、东亚人长相。文少卿说,这对公众考古有着重要的应用价值。

研究团队介绍,多年来,鲜卑人的外貌长相是历史学界较具争议的话题之一。一些史料表明,鲜卑人具有须发茂盛、发色偏黄、高鼻深目等西域胡人特征;另有史料记载,鲜卑人与东北亚人群长相没有差别。“现在看来,第二种观点与我们预测出的武帝面貌特征相一致。”文少卿说。

文少卿此前在接受澎湃科技采访时介绍,其研究团队计划做全东亚人的遗传谱系树,建立现代人与古代人的联系,形成中华民族的“大家谱”。“目前,团队所检测的史前和历史时期样本约有2000多例,烈士样本约1500多例,距离最后的目标还有很长的路要走。”他说。

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