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珠穆朗瑪峰一直就像《攀登者》里的那樣?有人用20年發現一個你不知道的青藏高原

上新世(距今約四五百萬年前)西藏阿里地區札達動物群生態復原圖

上新世(距今約四五百萬年前)西藏阿里地區札達動物群生態復原圖

圖為西藏似沙巴棕化石,比例尺10厘米。

圖為西藏似沙巴棕化石,比例尺10厘米。

長梗似浮萍葉及伴生動物復原圖

長梗似浮萍葉及伴生動物復原圖

圖為倫坡拉盆地的長梗似浮萍葉化石。A、B為主標本整體,比例尺1厘米;C、D為化石果序,比例尺1毫米。

圖為倫坡拉盆地的長梗似浮萍葉化石。A、B為主標本整體,比例尺1厘米;C、D為化石果序,比例尺1毫米。

圖為倫坡拉欒樹化石碩果果瓣,比例尺10毫米。

圖為倫坡拉欒樹化石碩果果瓣,比例尺10毫米。

(神秘的地球uux.cn報道)據文匯網(吳飛翔):幾乎伴隨著大批恐龍的滅絕,6500萬年前,在特提斯洋里“漂”了近1億年的印度次大陸終于“靠岸”,與歐亞大陸碰在了一起。

這次碰撞是5億年以來地球歷史上最重要的一次造山事件。這一碰,碰出一個青藏高原,也碰出了華夏大地“三級階梯”的地理格局,甚至還導致了與中華文明起源息息相關的東亞季風的形成。

青藏高原是無數地質學家心馳神往的“天堂”,它為人們認識高原的地質歷史留下了豐富多樣的線索。然而,遼闊空曠的地域、高寒缺氧的環境、技術條件的限制,使得在青藏高原尋找化石的難度極大。在21世紀之前,人們對那里的生物演化歷史一直不甚明了。

近20年來,中國科學院高原古生物科考隊(以古脊椎動物與古人類研究所和西雙版納熱帶植物園隊員為主),對青藏高原進行了系統、深入的考察研究,大量存封于巖層千百萬年的化石重見天光,高原地質和生命的歷史畫卷日趨明朗。

海陸易勢,攀鱸西征

去東南亞旅行,如果雨后在田間散步,或許能看到一些小魚在路上鰓蓋大開,左右扭擺,神氣活現地“行走”,這種魚叫做“攀鱸”。

18世紀歐洲的博物學家在印度一棵棕櫚樹上發現了這種魚,以為它們能爬樹,因此取名“攀鱸”。實際上,這可能是個誤會,或許它只是被鳥類叼著掉落到樹上。但這類魚能出水上岸,在陸地上爬行倒是不爭的事實。因為它們鰓腔里有一個結構復雜的大迷鰓,其功能與肺類似。這個器官擠占了鰓腔的大部分空間,以致用于水中呼吸的鰓已經小到不能滿足魚的生理需求。所以,攀鱸必須不時地露出水面呼吸空氣,否則就會窒息昏厥,和人溺水一樣。

現代攀鱸的分布范圍呈現出有趣的間斷:主要分布在亞洲南部 (印度、東南亞)和西、中非熱帶雨林及平原地區,中間卻隔著撒哈拉、中東沙漠和伊朗高原。很明顯,這樣分布格局的形成必然和某種地質或環境事件相關。

可惜的是,攀鱸的化石記錄極少,它們的演化歷史謎團一直難以解開——亞洲和非洲的攀鱸到底是何時“分家”的?

有人認為,攀鱸起源于岡瓦納大陸 (如非洲)。大陸裂解后,攀鱸搭著印度板塊的“順風車”一路漂來亞洲。也有人認為,在約2000萬年前,非洲-阿拉伯半島碰上亞歐大陸時,攀鱸從大陸的一頭擴散到另一頭。此后,北非和西亞環境的變化又讓兩地的攀鱸從此分化。但是,這些假說都沒有可靠的化石證據可以驗證。

直到西藏的攀鱸化石“面世”,疑問才得以解開。西藏攀鱸化石是迄今所知保存最完整、最原始的攀鱸化石。為了紀念西藏第一例鱸形目化石的發現,中科院古脊椎動物與古人類研究所所長鄧濤研究員特作藏頭詩一首,從中亦可管窺該化石發現之艱難:西上羌塘覓舊鱗,藏身遠古費搜巡。攀高不畏寒冰雪,鱸骨鲃鰭慰苦辛。

通過用它以及其他幾個化石校正攀鱸家族的“分子鐘”,我們知道亞洲和非洲攀鱸是大約在4000萬年前分道揚鑣:在空間上,從東南亞起源后,它們一路西征,經西藏,過印度最終抵達了非洲大陸。換言之,印度次大陸與歐亞大陸的碰撞(聯結)很可能為攀鱸西擴非洲提供了關鍵條件。

然而,有趣的是,亞非攀鱸分化的時間卻滯后于目前關于印度—亞歐大陸碰撞時間的權威認識,是碰撞之初并無擴散條件,還是需作其他解釋?這又給科學家帶來了新課題。

遍野棕櫚,復現古境

現代攀鱸多生活在熱帶平原地區的湖沼里,岸上草木蔥蘢,其中常見各種棕櫚。在藏北化石攀鱸的產地,同時代的大量熱帶-亞熱帶森林植物化石類群里,一樣也有巨大的掌狀棕櫚葉,整體長度達到一米。

誰也不曾想到,在這高寒的藏北不毛之地,冰冷的巖層里竟還藏著碩大的棕櫚化石。版納植物園古植物學家將這珍貴的標本帶回實驗室,經過細致的形態學研究后,將其定名為“西藏似沙巴棕”,這是青藏高原迄今所知最年輕的棕櫚化石。

棕櫚是很好的環境指示物。今天全世界棕櫚科種類超過2500種,我們熟知的椰子、油棕等都屬于該科。它們主要分布于全世界熱帶、亞熱帶地區較暖濕的低海拔處。其正常生長環境最冷月均溫不低于5.2攝氏度。

將今論古,重建古環境,古生物學家們通過解析藏北化石棕櫚生物學特點,輔以復雜的模型推算,認為當時的高原中部古海拔低于2300米,也就是說2500萬年以來,這里的隆升幅度超過了2000米!將這一結果置入其他地質學模型,可以大致勾畫出青藏高原整體地理形態:南北奇峰峻嶺,高聳入云,而中部則是曠野寬谷,鳥語花香。

值得注意的是,藏北棕櫚的研究結合了古植物學、葉相分析和古地理演變模擬等多種方法,是一次成功的多學科交叉的嘗試。在筆者看來,其意義已超出論文本身。科技的進步為高原研究帶來了很多新機遇,集大數據做模型、用同位素測古高度,各種宏觀、微觀的新方法正在地球演化史的探秘中,發揮著很多傳統方法所不具備的優勢。

冰河主角,起于高原

達爾文在《物種起源》提出,包括披毛犀在內的冰期動物們,它們的祖先是從北極起源的。然而,近年來,古生物學家在西藏阿里地區札達盆地上新世地層,發現了諸多冰期哺乳動物祖先的化石,由此已可認定達爾文的看法并不準確。

事實上,披毛犀、北極狐等類群的祖先們是在上新世的青藏高原上,經受了冰緣環境的考驗。作為適應寒冷氣候的先驅者,它們在隨后的第四紀大冰期來臨時,走出青藏高原,一路北去,直到西伯利亞乃至北極圈地區,躋身冰河世紀的主角之列。

其他哺乳動物,如雪豹、盤羊等也曾有類似的經歷。

豹亞科(包括云豹、巽他云豹、雪豹、虎、美洲虎、豹和獅)動物在它們的生存環境中,都是頂級掠食者。作為食物鏈頂端的王者,它們的興衰起落,對群落生態的平衡舉足輕重。但由于化石材料稀少,之前人們對其演化歷史知之甚少,幾乎完全依靠分子生物學數據的分析。

發現于西藏阿里札達盆地上新世地層中的布氏豹化石,將豹亞科的化石記錄向前推進了兩百萬年,大大彌合了此前分子學和形態學對豹亞科起源時間推測的分歧。再加上多重數據推斷的歷史生物地理分布證據,現在可以確定豹亞科起源于亞洲。

雪豹是典型的高山貓科動物,分布在青藏高原及其周邊。它們棲息在高山裸巖地帶,其生活環境在一年的大部分時間里都存在積雪,因此其活動范圍在海拔4000米地區至雪線附近。布氏豹與雪豹有著密切的親緣關系,這說明現存于中亞地區的豹亞科支系可能最早就分布在喜馬拉雅和中亞山區。結合札達動物群的組成可知,現生雪豹與其獵物之間的生態模式開啟于幾百萬年前的青藏高原。

現生盤羊在高加索、喜馬拉雅、青藏高原、天山-阿爾泰、東西伯利亞,以及北美的落基山等山脈和高原廣泛分布,綿羊即從野生盤羊馴化而來。札達盆地發現的喜馬拉雅原羊是盤羊類最近的共同祖先。盤羊的系統關系與其分布明顯反應了它們的遷徙路途:盤羊成功地擴散到新的地區后就在那里形成新種,即便在像東西伯利亞與阿拉斯加山區那樣極端惡劣環境下,雪盤羊和白盤羊也穩固地生存下來。

拾階而上裂腹魚

鯉形目的鯉科裂腹魚類是高原魚類的主要組成之一。依據鱗片、觸須數目、咽喉齒行數,及其在三個水溫遞減的連續海拔高度區間的分布,裂腹魚被分為三個等級:原始等級分布在海拔1250至2500米的區域;特化等級在海拔高度2750至3750米;高度特化等級則在海拔3750至4750米以上地區。這種階梯狀的分布特點是高原隆升過程在裂腹魚演化歷史上的投射,是裂腹魚“演化與隆升并進”的結果。    高原已有的魚類化石也驗證了這一結果。上新世之前的高原裂腹魚類和其他鯉科魚類都呈現出相對原始的特征。直到上新世晚期,高度特化的裂腹魚才出現在今天它們的分布區內。

長梗似浮萍葉

與攀鱸、棕櫚同時代的還有似浮萍這類天南星科水生植物。似浮萍葉是天南星科一個滅絕類群,素來被認為是真天南星亞科(如芋頭)和浮萍亞科(如浮萍)演化過程中的過渡類群。發現于藏北的長梗似浮萍葉化石是西藏乃至東亞唯一一例似浮萍葉的化石記錄,并且保存精美,甚至首次保存了最重要的完整的果序和種子。

一方面,連同棕櫚、攀鱸等眾多化石資料,古生物學家可以重現當時藏北的自然環境,推斷當地當時的海拔高度,給高原隆升歷史斷代;另一方面,化石也為回溯其家族的演化歷史帶來了全新的科學信息。

從化石分布來看,似浮萍葉可能起源于北美,后于古新世通過白令陸橋擴散至遠東和東亞,并且至少在漸新世晚期西藏地區還是其家園,后來它們才擴至歐洲。

似葉似花欒樹果

欒樹又名“燈籠樹”,無患子科植物。欒樹屬的化石記錄揭示它們廣泛地分布于古新世的歐洲、東亞和北美西部。

藏北產攀鱸和棕櫚的上漸新統層位還產出不少欒樹蒴果果瓣化石。

經研究,這些化石包含兩個種類:一種是果瓣很不對稱,與現生種類和已知化石種均不同的倫坡拉欒樹,代表欒樹屬一個滅絕類群;另一種為果瓣基本對稱,和現代全緣葉欒樹很接近的古全緣葉欒樹。后者將古全緣葉欒樹化石的分布范圍擴展到了隆升前的高原中部,也將其地質歷史由中新世前推到了漸新世末。可見,青藏高原在古近紀末、新近紀初是欒樹多樣化的一個中心地區,也曾是全緣葉欒樹類群的殘遺種分布區。

有樗自南來

臭椿古稱“樗”,苦木科植物。它從南方隨印度板塊漂來,在板塊碰撞進入西藏后,又經此分別向西往歐洲擴散,同時往東北渡過白令陸橋,到達北美大陸。

在西藏新發現的始新世早期和漸新世末期的大果臭椿化石是高原地區的首例臭椿化石記錄,也是臭椿屬迄今已知最大的翼果化石記錄。西藏的新發現極大地拓展了新生代臭椿屬的分布范圍,也再一次突出了隆升前的西藏地區作為生物交流“樞紐站”的特殊地位。

作者:吳飛翔(作者系中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員)




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