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2019-07-16 12:43 来源:中国网江苏

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人民日报:北极狐们如何从西藏走出

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作者: 喻思娈发布时间: 2019-07-16 05:26:20来源: ac.cn

从上到下依次为喜马拉雅原羊、西藏披毛犀、札达三趾马的复原图。(中科院古脊椎所供图 制图:李姿阅)

看过动画片《冰河世纪》的人或许会对里面可爱的猛犸象、剑齿虎等动物印象深刻。遗憾的是,这些冰期动物在暖期开始后多数已经灭绝,甚至连变种都没有留下,它们的起源也成为困扰科学家的谜团。近年来,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称“中科院古脊椎所”)科学家在青藏高原发现一系列的化石,经研究表明,部分冰期动物很有可能由西藏走出。目前,中科院古脊椎所科学家正在西藏考察,新找到的化石有望给这一结论提供更多证据。

冰期动物曾被认为起源于北极圈,随冰期冰盖扩张进化而来

体型大、身披长毛,有些甚至具有刮雪的身体构造,以猛犸象和披毛犀等为代表的冰期动物很好地表现出对寒冷环境的适应能力,因此它们的起源长期被认为与更新世(距今约260万至1万年)的全球变冷密切相关。科学家推断,这些冰期动物可能起源于高纬度的北极圈地区,冰河世纪冰盖扩张,一度覆盖了北半球的广阔地面,它们就沿着冰盖往南迁徙。随着气候逐渐变暖,巨大的冰川逐渐消退,留下的有些灭绝,有些则进化出新的种类。

根据该推论,科学家长期在极地苔原和干冷草原上寻找化石证据。令人不解的是,多少年来费尽功夫,科学家并没有在这些地方找到可信的化石证据。如此大规模的冰期动物群,在该区域长期生活,难道会不留下一点化石痕迹?

2009年,中科院古脊椎所副所长、研究员邓涛和副研究员李强等人组成的考察团队在西藏札达盆地发现了札达三趾马的骨架化石。这个460万年前的化石骨架保存了全部肢骨、骨盆和部分脊椎,科学家得以重建其当时的运动功能。

“三趾马用三趾行走,现生的马类只剩下中趾,其余完全退化。早期的三趾马奔跑速度较慢,因为它们大多时候生活在森林中,没有足够的驰骋空间。而札达三趾马的中间趾骨非常发达,内外两趾严重退化,这种骨骼特征已经接近现生马类,是一种善于奔跑的动物。”邓涛说。

此外,对札达三趾马膝盖部位骨骼结构的研究表明,它已经可以长时间站立。而其善于奔跑、能长时间站立这两个特征表明,札达三趾马生活在开阔的草原。

邓涛说,460万年前,全球正处于上新世(距近530万年至260万)中期的温暖气候中,温度比现代高约2.5℃。按照100米0.6℃的气温直减率,当时札达地区的林线(森林的上界)高度应位于海拔4000米处,接近札达三趾马骨架化石的发现地点的海拔。由此推断,札达盆地在460万年前就达到了现在的海拔高度。

科学界关于青藏高原古环境和古高度的研究一直存有争议。邓涛等人的研究,给出了青藏高原在460万年前的古海拔高度的化石证据。进一步追问:如果在400多万年前,札达盆地及其周边已经是高山草原,这里还生活着哪些动物,它们最后到哪里去了?在海拔4000米的高原,漫长的冬季气温都在零度以下,曾经生活在这里的动物,会不会是冰期动物的祖先?谜团从西藏披毛犀化石的发现和研究开始解开。

新发现认为,冰期动物在青藏高原经受了“耐寒训练”,成功往北扩散

虽然在札达盆地发现西藏披毛犀化石早于札达三趾马,但要证明它是冰河时期披毛犀的祖先并不简单。

2007年,中科院古脊椎所考察队在札达盆地中发现了一种新的披毛犀化石,邓涛等人将它命名为新种西藏披毛犀。经测定,该化石表明新种西藏披毛犀生存时代为370万年前的上新世中期。此前,披毛犀化石多分布在欧亚大陆北部,我国东北平原、华北平原也偶有发现,西藏披毛犀化石是目前已知最早的、最原始的披毛犀化石记录。

邓涛敏锐地意识到,在札达盆地发现的新种西藏披毛犀可能蕴含重大的科学意义。其后数年,通过对化石的一系列深入研究,邓涛发现,西藏披毛犀很有可能是披毛犀的祖先。随着更新世冰期在280万年前开始显现,西藏披毛犀走出高原地带,并逐步扩展到包括北极圈在内的欧亚大陆北部的干冷草原地带,最终演化为冰期动物。该研究成果在2011年的《科学》杂志上发表。

怎样证明西藏披毛犀是最古老的披毛犀?邓涛介绍,披毛犀有一个独特的构造鼻中隔,简单地说就是鼻子中间的骨头。开始这只是一块软骨,在冰雪环境中生存,披毛犀雪铲一样的鼻角越来越大,作为其支撑的鼻中隔逐渐发育,慢慢就成了一块完整的骨头。对西藏披毛犀化石的研究发现,其中的鼻中隔只是一块不完全的硬骨,早先在亚洲北部、西伯利亚等地发现的披毛犀化石的鼻中隔都比西藏披毛犀的鼻中隔要“完全”,这说明西藏披毛犀拥有更原始形态和更久远的历史。

“一个物种不可能在两个地方起源,有两个‘爷爷’。西藏披毛犀的发现足以证明,它不是北极圈中冰期动物的后代,而是它们的祖先。”邓涛说。

邓涛说,早在370万年前,西藏是全球最寒冷的地方之一。他把冬季严寒、高海拔的青藏高原称之为冰期动物群的“训练基地”,它们在寒冷的青藏高原受到了耐寒的训练,随着冰期到来,西藏披毛犀有了适应寒冷的能力,走出西藏,成功往北扩散。

根据新发现,邓涛等人还重新绘制了冰期动物的迁徙路线图,并由此提出,更新世冰期部分大哺乳动物可能起源于青藏高原地区的“走出西藏”假说。该假说推翻了冰期动物起源于北极圈的推测,认为青藏高原才是它们最初的演化中心。目前该假说逐渐得到国际古生物学界的认可。

对青藏高原古生物的研究,可能重写人们对地质和动物迁徙的认识

披毛犀并非唯一起源自青藏高原的冰期动物。近年来,越来越多的化石证据“现身”西藏,增强了邓涛等人对冰期动物“走出西藏”假说的信心。

一个新证据同样来自札达盆地。2006年、2007年,中科院古脊椎所科学家在札达盆地采集到了喜马拉雅原羊化石,经过多年化石研究,发现的新属种喜马拉雅原羊是现代盘羊的祖先。

李强说,喜马拉雅原羊在青藏高原适应了寒冷环境,并在更新世开始向外扩散到华北、西伯利亚北部和亚洲西部等地区。这一类群是所有盘羊现生种的最近共同祖先,这与冰期动物“走出西藏”的起源理论一致。

2014年,一项关于北极狐起源的研究也支持这一假说。中科院古脊椎所客座研究员王晓鸣和李强等人组成的团队,在札达盆地500至300万年前沉积中,发现了最原始的北极狐化石——邱氏狐。据介绍,邱氏狐的下裂齿与现生北极狐同样有发育的切割功能,和其他杂食性更高的现生狐狸种类不同。此外,邱氏狐的体型较北极狐大,能够通过降低表面积与体积的比率来减少热量的流失,更适应于寒冷气候。

通常,科学家认为北极狐起源于北极圈附近。这一新研究证明,500万年前,北极狐实际上起源于青藏高原。雪豹的原始类型布氏豹,也在札达盆地的上新世地层中被发现,并证明在更新世扩散到周边地区;岩羊的祖先被认为出现在札达盆地,并在随后的冰期里扩散到亚洲北部。

西藏披毛犀、布氏豹、邱氏狐、喜马拉雅原羊等动物化石在札达盆地的发现,表明在上新世时期,该地区极有可能存在独特的动物群,它们共同的特点是适应了青藏高原高寒气候。随着气候变化,有的动物消失了,有的则长途跋涉向北扩散,成为更新世冰期动物的祖先。

目前,中科院古脊椎所科学家正在青藏高原考察,同样发现了札达动物群的一系列化石。邓涛说,新找到的化石有望给“走出西藏”假说提供更多有力证据。

5000多万年前,印度板块与欧亚板块的碰撞,以及由此导致的青藏高原隆升对东亚乃至全球的气候环境产生了极大的影响,也影响了古动物群的进化、迁移。“从古生物学角度来说,青藏高原非常值得研究,化石挖掘的价值和潜力很大。现有的大量化石材料有待进一步研究,未来或将有更多惊喜。”邓涛说。他认为,对青藏高原古生物的研究,甚至有可能重新书写人们对地质和动物迁徙的认识。

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