“金剛”為何滅絕?他們用八年破解“懸案”
過去8年,中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱古脊椎所)研究員張穎奇和山東大學(xué)的研究人員,以及來自澳大利亞、美國等地的國際合作者悶聲干了一件“大事”。
這件“大事”和一種神秘古動物的滅絕有關(guān)。
這種古動物是地球上有史以來體形最大的靈長類——步氏巨猿。它身高約3米,最重可達600多斤。霸氣的外形讓它成為好萊塢電影《金剛》主角的原型。
根據(jù)化石證據(jù),步氏巨猿曾經(jīng)成群結(jié)隊地漫步于中國南方的喀斯特地區(qū)。可令古生物界費解的是,在20多萬年前,這些“龐然大物”走向了滅絕,而同時期其他靈長類卻安然無恙。
有一種假說認(rèn)為,步氏巨猿的滅絕是“人猿之爭”的結(jié)果。可是,事實果真如此嗎?
張穎奇和團隊成員鍥而不舍,用近10年時間追根究底。1月11日,他們在《自然》發(fā)表了有關(guān)這些“龐然大物”命運的故事——巨猿悲歌。
張穎奇告訴《中國科學(xué)報》,如果沒有兩位“貴人”相助,這項艱難的研究走不到今天。而且,為了搞清楚“金剛”的消亡史,沒有任何基礎(chǔ)的他居然掌握了“飛檐走壁”的技能。
直立人消滅了“龐然大物”?
巨猿化石的故事要回溯到1935年。當(dāng)時,荷蘭古人類學(xué)家孔尼華在中國香港的一家中藥鋪里發(fā)現(xiàn)了一個巨大的、類似人牙的類人猿牙齒標(biāo)本。他認(rèn)為這是一種新的類人猿,并將其命名為步氏巨猿。
盡管步氏巨猿在科學(xué)界引起了極大的轟動,但沒有人知道它來自哪兒,也不知道它和人類確切的親緣關(guān)系。
直到20年之后,古人類學(xué)家裴文中院士帶領(lǐng)團隊偶然在中國廣西崇左大新縣的黑洞里,首次發(fā)現(xiàn)了步氏巨猿的牙齒化石,這才解決了步氏巨猿的出處問題。
1957年到1963年間,科學(xué)家又相繼在黑洞和柳城巨猿洞發(fā)現(xiàn)了3件珍貴的下頜骨化石以及1000多件牙齒標(biāo)本。
在步氏巨猿剛被發(fā)現(xiàn)時,人們一度認(rèn)為它是人類的祖先,甚至把它稱為“巨人”。但系統(tǒng)發(fā)育研究證實,它和人類關(guān)系比較遠(yuǎn),跟紅毛猩猩血緣更近。
2008年,來到古脊椎所從事博士后研究的張穎奇跟隨導(dǎo)師——該所研究員金昌柱尋找步氏巨猿的蹤跡。2011年,他們在廣西崇左扶綏柳橋發(fā)現(xiàn)了第四件下頜標(biāo)本,但化石保存質(zhì)量不高。
一直以來,由于顱骨及顱后骨骼化石證據(jù)匱乏,有關(guān)步氏巨猿的科學(xué)研究進展緩慢。它們的體形為何如此巨大?它們棲息在樹上還是地面,采取哪種位移行為?這些問題都無從知曉。
有沒有一種研究方法可以利用有限證據(jù),巧妙找到一個科學(xué)問題的切入點?張穎奇把目光對準(zhǔn)了滅絕事件。
滅絕,雖然充滿了悲劇色彩,但卻是自然進程不可或缺的一部分。
“步氏巨猿的滅絕在古人類學(xué)中是個令人費解的謎團?!睆埛f奇說,當(dāng)時存在于同一地區(qū)的其他靈長類都成功適應(yīng)了環(huán)境并繁衍生息,為何唯獨步氏巨猿走向了滅絕?
曾有步氏巨猿是被直立人消滅的假說。該假說認(rèn)為,步氏巨猿曾與直立人共存,并在與直立人進行生存競爭的過程中敗北。
“這種說法沒有可靠的科學(xué)依據(jù)?!睆埛f奇解釋,根據(jù)現(xiàn)有證據(jù),步氏巨猿早在人類到達這片土地前就已經(jīng)滅絕了,雙方并沒有打過照面。因此,步氏巨猿的滅絕另有緣由。
固執(zhí)和保守釀成的悲劇
在古生物學(xué)中,化石可以告訴我們一個物種在什么地方、什么時候開始演化,但它不會直接告訴我們這些演化事件為什么發(fā)生。因此,古生物學(xué)家需要掌握大量物種演化背景信息,以還原當(dāng)時地球古環(huán)境及其變化。
由于物種滅絕大多與環(huán)境變化有關(guān),古生物學(xué)家還要進一步研究動物與環(huán)境之間的交互關(guān)系。由于其非常復(fù)雜,大量研究只能表明一定程度的相關(guān)性,無法得出直接因果關(guān)系。
要做就要做徹底。張穎奇抱著這樣的信念,確定了研究思路和方法。
一方面,通過孢粉、碳屑、微觀地層以及穩(wěn)定同位素和動物群對比的分析手段,重建步氏巨猿生存期生態(tài)環(huán)境;另一方面,進行牙齒穩(wěn)定同位素、微量元素、微磨痕等分析,掌握物種的攝食行為。這樣一來,就能知道不同環(huán)境對應(yīng)的步氏巨猿生存狀況。
而這些分析的重要前提是通過測年建立可靠的時間框架。張穎奇解釋,只有在一個明確的時間框架下進行古環(huán)境的重建和攝食行為還原,這項研究才能成立。于是,一個多學(xué)科綜合的國際團隊建立起來。
除了張穎奇,團隊另一位靈魂人物是年代學(xué)專家、澳大利亞麥考瑞大學(xué)副教授Kira Westaway。Westaway2011年曾測定了直立人最后生存的年代介于11.7萬年前至10.8萬年前。
有了Westaway的加入,研究團隊把6種獨立測年技術(shù)應(yīng)用于含化石堆積物和化石本身,總共獲得了157個放射性測年結(jié)果。這在古生物研究領(lǐng)域?qū)崒俸币姟?/p>
最終,一條全面、精準(zhǔn)的步氏巨猿由繁盛走向滅絕的時間線首次被構(gòu)建出來:繁盛期為距今230萬年—70萬年,過渡期為距今70萬年—30萬年,滅絕窗口期則被精確鎖定在29.5萬年前—21.5萬年前,再往后就是滅絕后期。
在確切的年代框架下,研究團隊分別進行古環(huán)境重建和攝食行為分析,繪制出了一幅完整的巨猿生存期的生態(tài)圖景:在繁盛期,環(huán)境中的木本植物占比較大,森林茂盛;到了過渡期,氣候季節(jié)性增強,森林群落結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化,非木本植物占比逐漸增加,環(huán)境變得更加多樣化;從滅絕后期開始,森林出現(xiàn)退化,環(huán)境更加開闊干燥,草地面積大幅增加。
在環(huán)境變化面前,步氏巨猿采取了怎樣的生存策略呢?
研究發(fā)現(xiàn),鼎盛時期的步氏巨猿生活在茂密森林中,以果實和花朵為食,食物種類豐富、數(shù)量充足,飲水很規(guī)律,生存毫無壓力;可到了后期,它們并沒有主動適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的變化。偏愛的食物減少,它們轉(zhuǎn)而依賴那些低營養(yǎng)、纖維質(zhì)的備選食物,飲水變得不規(guī)律,生存壓力很大。
不可思議的是,它們的體形在后期變得越來越大、越來越笨重,攝食范圍大幅縮小。張穎奇推測,由于它們吃得越來越粗糙,營養(yǎng)不足,只能拼命進食,導(dǎo)致體重“失控”。這也可能反過來加劇食物資源短缺,最終加速滅絕進程。
研究人員對比了同時期步氏巨猿的近親魏氏猩猩的攝食行為,結(jié)果發(fā)現(xiàn),后者在生存條件發(fā)生變化時,體形變小、更靈活,還調(diào)整了食物和棲息地偏好,因此,無論是食物多樣性還是飲水規(guī)律性都沒有受到影響。
“與猩猩這樣生存策略更加靈活的‘識時務(wù)者’相比,步氏巨猿稱得上是一個走到窮途末路的‘特立獨行者’?!睆埛f奇認(rèn)為,正是步氏巨猿的固執(zhí)和保守使其走向了滅亡。
一次不可能完成的任務(wù)
這項研究給了這種史前巨獸的命運結(jié)局一個交代。而張穎奇也給了自己過去8年在巨猿研究領(lǐng)域的“默默無聞”一個交代。
8年間,張穎奇沒有急著發(fā)表任何一篇有關(guān)步氏巨猿演化的論文?!皬囊婚_始我就想盡最大可能講述一個完整的、有說服力的物種滅絕故事?!彼J(rèn)為,如果因為種種原因,發(fā)表了階段性的成果論文,就會影響這個故事的分量。
張穎奇感謝整個團隊都有著相同的目標(biāo),特別是Westaway的執(zhí)著和熱情。
“堅持做一件沒人做過的、超酷的事”這種想法是美好的,但實現(xiàn)起來并不容易。
張穎奇告訴《中國科學(xué)報》,這項研究最大的特點是多學(xué)科高度綜合,涉及形態(tài)學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)、微觀地層學(xué)、古植物學(xué)等。地點多、方法多、樣品多、數(shù)據(jù)多,光是所有樣品的處理、測試和分析就有澳方6所大學(xué)的科學(xué)家參與完成。
這樣復(fù)雜的論文的審稿過程也有大麻煩。張穎奇解釋,沒有一個審稿人能精通論文涵蓋的所有研究方向,因此要反復(fù)尋找合適的審稿對象。此外,由于文章的方法多、數(shù)據(jù)多,審稿人在大量細(xì)節(jié)問題上提出了想法和建議,以至于這篇論文經(jīng)歷了5輪修改,歷時一年多才塵埃落定。
值得一提的是,在這篇論文的致謝中,出現(xiàn)了一個很特別的人——北京洞穴探險發(fā)起人崔慶武。
這項研究的展開依托于多學(xué)科的樣品采集。從2015年開始,張穎奇就帶領(lǐng)團隊在廣西崇左地區(qū)持續(xù)開展“地毯式”洞穴調(diào)查工作,最終選定了1999年至2020年發(fā)現(xiàn)的22處洞穴化石地點,作為系統(tǒng)性樣品采集地。
張穎奇回憶,每一年的野外季,夏季和秋季加起來共兩個月左右,總共要調(diào)查、評估幾百個洞穴點。由于接近地面的洞穴幾乎都受到人為破壞,研究團隊不得不采用崖壁洞穴調(diào)查的策略,越是高的、人很難到達的地方,他們越要上!
毫無攀巖經(jīng)驗的張穎奇只能求助于網(wǎng)絡(luò)。他偶然找到了洞穴探險愛好者崔慶武,兩個很有干勁的年輕人一拍即合。崔慶武愣是帶著一個有恐高癥的“攀巖小白”學(xué)會了“飛檐走壁”,為科考隊“保駕護航”。
張穎奇激動地說,在經(jīng)過一段時間的“科研訓(xùn)練”后,崔慶武還擔(dān)負(fù)起了洞穴調(diào)查預(yù)評估的職責(zé)?!懊看未揸牰紩谝粋€上崖壁探路,他會先觀察路過的洞穴內(nèi)是否有明顯的堆積物存在,幫我們省去了許多不必要的調(diào)查時間?!?/p>
近10年的時間里,崔慶武和科考隊一起遇過毒蛇、見過野豬、吃過老鄉(xiāng)的烤白薯,在潮濕、悶熱的洞穴里揮汗如雨……
如今,坐在辦公室里的張穎奇多了不少白發(fā)。采訪最后,他談到了大多數(shù)中年人都有的煩惱——發(fā)胖。“我還想多爬幾年山,多看幾個洞,多找一些好東西,多做一點酷酷的事?!彼f,為了這,也得少吃多動,保持身體健康。(記者 胡珉琦 實習(xí)生 荊曉青)
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