從化石中窺見青藏高原劇變史
第二次青藏科考是第一次科考的延續(xù)和深入。生物的分布、形態(tài)等都與周圍的環(huán)境密切相關(guān),因此古生物化石不但是生物演化的重要證據(jù),也是認(rèn)識地質(zhì)時期環(huán)境與氣候變化的重要研究材料。
蘇濤 中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園研究員
青藏高原是世界屋脊、亞洲水塔,是地球第三極,是我國重要的生態(tài)安全屏障、戰(zhàn)略資源儲備基地,也是中華民族特色文化的重要保護(hù)地。
青藏高原緣何成為生物多樣性演化中的重要樞紐?在考古與遺傳視角下,青藏高原人群有怎樣的起源與演化歷史?青藏高原隆升與植物多樣性演化有怎樣的關(guān)系……弄清這些問題,猶如攀登珠峰的步履,每一步都充滿艱辛。
不久前進(jìn)行的2023“巔峰使命”珠峰科考中,中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園研究員蘇濤以及中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員尚慶華等人,在喜馬拉雅極高海拔地區(qū)相繼有了重大發(fā)現(xiàn)。
加布拉化石點重露真容
卓奧友峰海拔8201米,是世界第六高峰,位于喜馬拉雅山脈中段,其五條山脊常年積雪,四周雪峰林立,層巒疊嶂,十分壯觀。
1973年,第一次青藏科考開始。中國科學(xué)院植物研究所的徐仁、孔昭宸等老一輩科學(xué)家,在卓奧友峰北坡一個叫加布拉的地方,曾報道西藏云杉的球果化石。當(dāng)時條件有限,沒有詳細(xì)記錄,也沒有后續(xù)調(diào)查研究,這個化石點成為古生物學(xué)界的一個謎。
加布拉化石點究竟在哪里?新時代的科學(xué)家能否接力前賢,有新的突破?
“第二次青藏科考是第一次科考的延續(xù)和深入。生物的分布、形態(tài)等都與周圍的環(huán)境密切相關(guān),因此古生物化石不但是生物演化的重要證據(jù),也是認(rèn)識地質(zhì)時期環(huán)境與氣候變化的重要研究材料?!碧K濤告訴科技日報記者,珠峰地區(qū)具有海陸不同地質(zhì)時期的化石,是珠峰地區(qū)滄海桑田的關(guān)鍵證據(jù)。
5月的卓奧友峰下,寒風(fēng)凜冽,冰雪茫茫。長期以來,冰川運動形成的冰磧物,改變著地表,增加了尋找化石點的難度。到達(dá)珠峰北坳的大冰壁附近時,蘇濤團(tuán)隊克服極度高寒和缺氧,采集到30余份極高海拔地區(qū)的珍貴樣品。在一處海拔5000米的河灘邊的陡峭懸崖上,隊員們不停地“掃描”著每一寸灰土、每一塊巖石。隨著搜索面積擴(kuò)大,柏科、莎草科、水生植物等化石陸陸續(xù)續(xù)露出來。
“這個地層其實是在水下形成的,可能是三疊紀(jì)時期的一個湖泊。湖泊里面的泥沙都非常細(xì)膩,所以可以把柏樹的枝條甚至是一些動物的精細(xì)結(jié)構(gòu)都保存下來?!敝袊茖W(xué)院古脊椎動物與古人類研究所副研究員王維分析說。經(jīng)過兩個多小時的搜尋,隊員張鵬杰一錘敲下,一對精美的魚鰭化石出現(xiàn)在科考隊員眼前,無疑是發(fā)現(xiàn)云杉針葉之后的又一個重大驚喜——這或是這個地層里的第一件脊椎動物化石。
“第一次青藏科考的前輩曾發(fā)現(xiàn)了不少植物化石,比如云杉的球果,我們在這里雖然沒有找到球果,但是找到了云杉的針葉,還有其他植物化石。”蘇濤說,歷經(jīng)50年,卓奧友峰北坡的加布拉化石點重露真容??瓶缄爢T希望通過采集的巖石樣品中的鋯石,并結(jié)合化石證據(jù)測定加布拉化石點的絕對地質(zhì)年代,進(jìn)一步深入研究。
“復(fù)原”青藏高原隆升歷史
孢粉學(xué)是以植物的孢子和花粉為主要研究對象的一門學(xué)科。沉積地層中豐富的孢粉,可為古生物學(xué)家和考古學(xué)家提供氣候、植被等方面的最直觀、準(zhǔn)確的信息。
在2023“巔峰使命”珠峰科考實施之初,蘇濤等人經(jīng)過一周的高原適應(yīng)性訓(xùn)練后,從海拔5200米的珠峰大本營出發(fā),沿著東絨布冰川徒步向上攀登至海拔6500米。為節(jié)省體力,他們先攀爬到位于海拔6500米的最高采樣點,在下山過程中,按照每隔100米為一個海拔梯度進(jìn)行表土及冰雪樣品的孢粉采集。
從2011年第一次踏足青藏高原起,12年間,蘇濤踏上這里的土地多達(dá)30次,在海拔4500米以上的地區(qū)野外工作時間累計超過350天。近年來,蘇濤團(tuán)隊的系列研究多次入選中國古生物學(xué)年度十大進(jìn)展。
“孢子主要是一些蕨類、苔蘚、真菌等結(jié)構(gòu)比較簡單的生物的繁殖器官;花粉則來自裸子植物和被子植物,它們都非常小,但可以從中揭秘植被面貌以及古氣候和古海拔等信息?!碧K濤說,通過孢粉研究,可以揭示普遍的生態(tài)規(guī)律,從而推測過去的生態(tài)特征。
隊員們認(rèn)真采集封存的樣本,帶回去后可在光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡下,顯露多姿多彩的形態(tài),為物種鑒定提供依據(jù)。研究人員從而確定這些不同海拔的孢粉組合特征。
5月3日至17日,蘇濤和科考隊員在海拔約4600米的佩枯措第四紀(jì)地層開展系統(tǒng)性考察,采集到孢粉和測年樣品共計50余份,并在卓奧友峰海拔5000—5200米的地區(qū)發(fā)現(xiàn)了保存完好的新近紀(jì)沉積地層,采集到植物大化石100余份,孢粉及地化樣品200余份。
結(jié)合此前已經(jīng)采集到的2700多個點位的青藏高原現(xiàn)代表土孢粉樣品,他們希望組建起青藏高原現(xiàn)代表土孢粉數(shù)據(jù)庫,通過探討極高海拔地區(qū)孢粉傳播與擴(kuò)散過程等模式,進(jìn)一步從古生物學(xué)角度恢復(fù)青藏高原的隆升歷史。
魚龍化石見證滄海劇變
在2023“巔峰使命”科考中,另一大驚喜來自中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所青藏科考隊發(fā)現(xiàn)的喜馬拉雅魚龍化石。
魚龍類有的長達(dá)十余米,是地球歷史上最早出現(xiàn)的具有超大體型的脊椎動物,目前人們對其知之甚少。
“了解這種晚三疊世諾利期的大型魚龍的形態(tài)特征,推測其生活習(xí)性,如食性、游泳能力等,可以復(fù)原當(dāng)時海洋生產(chǎn)力水平,了解地質(zhì)時期大型海洋生物生活與環(huán)境的關(guān)系及其協(xié)同進(jìn)化?!鄙袘c華說,喜馬拉雅魚龍還是目前已知的最兇猛的超大型海洋生物之一,極具“明星光環(huán)”。
20世紀(jì)60年代,古生物學(xué)家曾在喜馬拉雅區(qū)域發(fā)現(xiàn)了分散保存的魚龍的局部骨骼,記述比較籠統(tǒng),沒有具體經(jīng)緯度,地名也有變動,所以科考隊員無法確定其具體是產(chǎn)于曲龍共巴組的哪一個層位,只能根據(jù)資料來推測化石點的大致區(qū)域。
“能再次發(fā)現(xiàn)喜馬拉雅魚龍,是每個到青藏高原科考的古脊椎所人的夢想吧!大家交流并匯總各自的發(fā)現(xiàn)和經(jīng)驗,直達(dá)目標(biāo)層,在目標(biāo)層上下分散開,逐層搜索?!鄙袘c華說,今年初,他們先在聶拉木地區(qū)開展工作,后來轉(zhuǎn)到定日地區(qū)。在定日南部剖面上的第一塊魚龍骨頭,是隊員李強(qiáng)發(fā)現(xiàn)的,隊員吳飛翔在上部層位也有了發(fā)現(xiàn),她自己隨后在更上部也發(fā)現(xiàn)了魚龍骨頭。
“這次能夠發(fā)現(xiàn)魚龍化石,不是說我們運氣好,而是前期多次野外踏勘工作的積累,以及多個方向的研究力量聯(lián)合起來才獲得了最終突破。”中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所所長、研究員鄧濤說,在第二次青藏科考的支持下,從2019年起,古脊椎所每年都有不同研究方向的分隊到這里科考。
這次科考隊員至少在曲龍共巴組中、上部的三個層位上發(fā)現(xiàn)了骨骼碎片,三個層位代表三個不同的時間段?!八鼈兛隙▽儆诓煌膫€體。雖然都是碎的骨頭,但一些可以識別出的肋骨和椎體的特征表明,它們無疑屬于大型的魚龍。目前我們暫時將其歸入喜馬拉雅魚龍屬?!鄙袘c華說。
接下來,科考隊員們將確定這些骨骼材料的類型,準(zhǔn)備做切片,開展骨組織學(xué)等后續(xù)研究,解釋魚龍的生長過程、年齡。
“與魚龍化石相伴生的大量菊石、雙殼等化石,也為了解三疊紀(jì)古海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了更多的信息?!鄙袘c華說。此外,在剖面上系統(tǒng)采集的巖石樣品,將用于開展沉積學(xué)和地球化學(xué)分析,以了解更多的特提斯喜馬拉雅古海洋環(huán)境信息。
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