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大约距今18000年以前，在“北京人”曾经长期活动和生活的北京周口店地区，自然环境发生了较大的变化。原来从龙骨山下流过的坝儿河虽然仍然存在，但水势小了，变成为一条孱弱的小溪，到了冬天，常会出现干涸现象。以前曾是湖泊或沼泽的地方，变成一处处小水塘，水塘里生长着青鱼等淡水鱼类。平原上出现了一些干旱多沙的地区，时常可以看到鸵鸟在那里昂首阔步。龙骨山上的树木稀疏了，但不远处还生长着森林，斑鹿、狍子、野猪出没在森林里面。山下的辽阔的草地上，奔驰着野马、羚羊、野兔。这个时期，周口店龙骨山的山顶洞里，生活着一群被称为“山顶洞人”的原始人。近世发掘出来的这批原始人头骨的化石，以其奇特的相貌引起世人普遍的关注。
山顶洞人复原像
一些著名的考古学家、人类学家对这些人类化石进行了详尽的考察和研究，得出了各自的结论。
著名的人类学家魏敦瑞对头骨化石考察后认为：其中一个男性头骨经测量很像是某些西欧智人的化石，一名年纪大一点的女性头骨的化石很像美拉尼西亚类型，一名年纪轻一点的女性头骨的化石像是爱斯基摩人类型。这位魏敦瑞教授百思不得其解，最后得出结论：这些山顶洞人不是土著的，与土生的“北京人”没有什么传承关系。他们是外地迁来的居民，因受到原住当地的蒙古人种的攻击而最后绝了种。
因为魏敦瑞在国际人类学界是极具权威的，因此后来不少人都因袭其说。
依据山顶洞人洞穴中没有什么像样的石制工具这一事实，有些科学家顺着魏敦瑞的设想作了推断，认为在与当地蒙古人种的械斗中，外来的山顶洞人是失败者，而与之斗争的蒙古人种是胜利者，“胜利的敌人是不会空手而回去的，因此所有山顶洞人精制的成形的生产工具和武器，以及一切可使用的杂物，都被当作胜利品扫数掳去。”
当然，这样分析是并不怎么具有说服力的。
山顶洞是山顶洞人的“家”，那是谁都不会怀疑的。这个“家”是自上而下的“三层楼”。除洞口外，分为上室、下室、地下室。上室深约8米，宽约12米，是山顶洞人们日常生活、栖息的地方。下室在洞穴西半部稍低处，深约8米，是山顶洞人死后的墓葬之地。地下室在下室的深处，是一条南北长约3米、东西宽约1米的裂隙地带，是山顶洞人的贮藏室，包括植物及动物。山顶洞人的头骨发现在下室中，也就是在他们自己的墓室中，刚出土的时候，头顶向上，稍向左方倾斜，看得出是完全按照他们自己的惯例和顺序安葬的。如果山顶洞人是在与本地的蒙古人种斗争中被杀死的，那么，在当时十分野蛮的情况下，为什么不暴尸荒野，而相反要加以很好地礼葬呢？
至于对山顶洞人的相貌，人们也认为有重新审视的必要。中国的人类学家吴新智对权威的魏敦瑞先生提出了批评。他认为，魏氏对山顶洞人的三个头骨过分强调了其差异而对其共性估计不足。实际上，三个头骨都比较粗硕，头很长，额部倾斜，上面部低矮，眼眶较低，梨状孔宽阔，这些有的是晚期智人所同具的原始特征，有的则与今日蒙古人种相近。他们都应代表原始蒙古人种，与中国人、爱斯基摩人、美洲印第安人特别相近。吴新智认为：“山顶洞人可以看作是上述几种人的共同祖先，并不是几种人聚集到了一个山洞。”
而不少学者则对山顶洞人之谜回答得更干脆。他们认为：山顶洞人头骨从形态观察上讲有着明显的蒙古人种特征，如鼻骨较窄，有鼻前窝以及有下颌圆枕等。可以肯定，山顶洞人是蒙古人或黄种人的祖先。他们头顶圆横，前额比较饱满，眉脊已不明显突出，脸型和鼻型已与现代黄种人接近，吻部也不再向前伸出，下巴已经明显长了出来，比起他们的老祖宗“北京人”来，山顶洞人可以称得上是“五官端正”了。