▲伍氏獻文魚 化石見證青藏高原隆起
“多跑路，多挖土，得幸福……”中科院古脊椎動物與古人類研究所副研究員吳飛翔和中科院西雙版納熱帶植物園副研究員蘇濤日前分別結(jié)束了他們在青藏高原的第13次和第14次古生物考察。這兩位年輕的“80后”，是青藏高原不折不扣的“鐵粉”。

從9月24日起，為了第二次青藏高原綜合科考，由中科院古脊椎所和西雙版納熱帶植物園的科學(xué)家組成的古生物科考隊開始了為期10天的新化石區(qū)前期調(diào)查工作。

并非每一個化石點都有驚喜等待，但這群年輕人始終樂此不疲。這些化石見證了我們家園形成的重要歷史，但它尚被謎團纏繞。

化石證據(jù)與古高度重建

在青藏高原，講述物種本身的演化故事當(dāng)然很重要，但化石還有一個功能，就是可以重建整個高原在地質(zhì)時期的變化歷史。

生命誕生在海洋，青藏高原是到了新生代初期才從海洋“躍升”而來。這次躍升是由于印度板塊向北漂移，而與歐亞大陸發(fā)生了碰撞，這是近5億年來地球歷史上發(fā)生的最重要的地質(zhì)事件之一。

這么說不是因為如今的青藏高原是地球的第三極，而是那場波瀾壯闊的造山運動直接造成了新生代全球和區(qū)域環(huán)境的深刻變化。比如，它重樹了亞洲主要河流水系的分布和走向，改變了亞洲大氣環(huán)流形勢，從而加強了亞洲季風(fēng)系統(tǒng)，甚至影響了動植物的遷徙和演化。如果不去探索、厘清那段歷史，就不可能真正了解如今我們賴以生存的家園環(huán)境。

這其中最關(guān)鍵的問題是，青藏高原究竟是如何隆升的？它的年代、幅度以及形式是什么樣的？而古生物化石是很重要的證據(jù)，因為生物對氣候環(huán)境的變化非常敏感，青藏高原隆升對氣候環(huán)境所造成的影響必定會反映在該地區(qū)生物群的演替上。

說來有意思，第一個意識到這個問題的是一個半世紀(jì)以前的一位英國博物學(xué)家，他叫法爾康那。1839年，當(dāng)時正在印度工作的法爾康那在倫敦地質(zhì)學(xué)會上發(fā)表了一篇論文，內(nèi)容是關(guān)于西藏新近紀(jì)地層犀�；�石的，這個報告也是研究中國脊椎動物化石的第一篇科學(xué)論文。

但是，法爾康那并未到過西藏，那些化石是他從幾名在加爾各答做貿(mào)易的藏族商人身上尋來的“圣物”。藏族商人只記得，它們來自海拔5000多米的尼提山口。隨后，法爾康那通過鑒定后發(fā)現(xiàn)，那是幾塊犀牛的腿骨碎片，并認為，它與生活在印度、適應(yīng)炎熱環(huán)境的獨角犀是同一類型。他因此推斷，幾百萬年前，此地還是低海拔暖濕環(huán)境，喜馬拉雅山在那之后上升了2000多米。

真正把高原隆升作為一個科學(xué)命題開始正式研究，是上個世紀(jì)70年代青藏高原第一次綜合科學(xué)考察以后的事了。此后，關(guān)于青藏高原的隆升歷史和過程，尤其是不同地質(zhì)時期的古高度，科學(xué)家們一直爭論不休……

重見南木林

 

2003年，英國古生物學(xué)家Robert Andrew Spicer跟他的合作者在《自然》上發(fā)表了一篇文章，吸引了很多研究者的關(guān)注。他第一次在青藏高原用植物化石證據(jù)，采用葉相分析法，定量測定了南木林盆地的古高度，證明早在1500萬年前，南木林就已經(jīng)達到現(xiàn)今高度了，從中新世以后并沒有再發(fā)生抬升。

早期，科學(xué)家對高原隆升的認識過于簡單，常常把一個具體區(qū)域的高度推廣到整個高原。但中科院院士、青藏高原研究所研究員丁林提出的重要觀點是，青藏高原由不同的塊體組成，它們的隆升歷史和達到現(xiàn)今高度的時間有統(tǒng)一的部分，也有獨立的部分。

拉薩地塊的岡底斯山是歐亞大陸碰撞的最南緣，被認為是認識青藏高原新生代形成演化的基礎(chǔ)，也是探索亞洲氣候演化的關(guān)鍵，而南木林盆地則是最早揭示岡底斯山脈古高度的窗口。根據(jù)這一研究，拉薩地塊南部在青藏高原抬升過程中是完成較早的部分。

自1995年開始，Spicer每兩三年就嘗試進入南木林地區(qū)，由于天氣以及當(dāng)時的交通條件受限，直到第三次才真正到達海拔4400米左右的植物化石點，采集了400多塊葉化石標(biāo)本。

Spicer的主要研究方向是建立植物葉片具體形態(tài)特征與氣候參數(shù)之間的關(guān)系。因為不同種屬的植物在相似的氣候條件下?lián)碛蓄愃频娜~相特征，利用這些特征組合就可以估算氣溫和濕度等相關(guān)的函數(shù)，從而推算出相對精確的古高度。

這里還發(fā)生過一個小插曲。蘇濤的導(dǎo)師、中科院昆明植物研究所研究室主任周浙昆，曾通過植物化石與最相近現(xiàn)存類群對比的古高度重建方法，對Spicer得到的研究結(jié)果提出了不同的看法。這些年，通過對植物分布受到的古氣候因素的校正，他們的結(jié)論也逐漸趨向一致。

周浙昆團隊從2011年起便在西藏進行古植物化石的探索研究，Spicer也成為了他們最緊密的合作伙伴。

去年，Spicer從英國花了幾個月時間將兩個集裝箱共1670冊有關(guān)地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物分類學(xué)的書籍運到西雙版納熱帶植物園，無償捐獻，最老的圖書距今已有200多年。

一條陷入爭議的魚

南木林的北邊是那曲申扎縣，海拔更高，肆意張揚的云彩壓得更低�？瓶缄牬诵凶钪匾�的新化石發(fā)掘點，位于倫坡拉和尼瑪盆地之間，色林措的西岸。

那一套發(fā)育良好的大型地層剖面，由紫紅色的粉砂巖、灰綠色的泥巖、淺黃綠色的鈣質(zhì)頁巖組成，遠遠望去，呈蜿蜒的階梯狀分布。

倫坡拉和尼瑪盆地一帶位于班公湖-怒江斷裂帶的中段，它被普遍認為是青藏高原地區(qū)一條意義重大的構(gòu)造縫合帶。兩個盆地在地理上東西相接近，沉積活動也受到相同的構(gòu)造因素控制，并反映在沉積環(huán)境和古生物面貌上。

吳飛翔猜測，在這兩個重要盆地中間的地帶找化石，它的沉積環(huán)境和古生物面貌也有可能與兩者有關(guān)聯(lián)。

果不其然，在短短半天時間的前期調(diào)查過程中，科考隊就采集了數(shù)量可觀的動植物化石材料，且與倫坡拉和尼瑪盆地有相似之處。

吳飛翔曾在這兩個盆地距今約2600萬~2400萬年前的晚漸新世地層中，發(fā)現(xiàn)過非常重要的魚類化石——西藏始攀鱸。現(xiàn)生的攀鱸喜溫暖濕熱的環(huán)境，適宜溫度在15℃~30℃之間，分布區(qū)海拔大多在500米以下。但當(dāng)時它們的化石出現(xiàn)在海拔近5000米的地方，實在令人吃驚。攀鱸的特別之處在于一種叫迷鰓的結(jié)構(gòu)。迷鰓表面覆蓋著呼吸上皮，有著豐富的毛細血管，通過迷鰓的血液會經(jīng)由靜脈回流到心臟。憑借這一器官，攀鱸可以直接呼吸空氣中的氧氣，成為可以上岸的魚類。不過，由于低溫會導(dǎo)致血液無法回流心臟而死亡，2600萬年前，化石攀鱸要想存活，必須生活在足夠溫暖、潮濕的低地。

不僅如此，團隊在發(fā)掘化石攀鱸的同層巖石里，還找到了相同環(huán)境下生存的植物化石。這一植物群落包括了典型的喜歡暖濕環(huán)境、葉型碩大的棕櫚、菖蒲以及與浮萍類關(guān)系密切的天南星科水生植物。

據(jù)此推斷，晚漸新世這一地區(qū)的生物群落與現(xiàn)在中國南部亞熱帶地區(qū)比較接近，且群落所在地海拔應(yīng)該不超過2000米，從印度洋而來的暖濕氣流還可以深入到藏北地區(qū)。

問題是，關(guān)于青藏高原古高度的其中一種代表觀點，基于穩(wěn)定同位素分析認為青藏高原在印度-亞洲板塊碰撞的早期階段形成，在晚漸新世或中中新世達到現(xiàn)在的高度。

倫坡拉和尼瑪盆地大量古生物化石證據(jù)都與該結(jié)論是明顯對立的，而丁林團隊的研究也認為，拉薩地塊北部的抬升應(yīng)該存在局部的地形高差。

古高度重建的困惑

過去，由于受到科考客觀條件的約束，以及化石本身的難以獲得性，利用古植物和古脊椎動物群的證據(jù)來揭示青藏高原的隆升并不常用。

2000年以后，古生物組在青藏高原的考察和研究中獲得越來越多的發(fā)現(xiàn)，從生物演化的角度去描繪青藏高原的隆升過程和影響效應(yīng)受到更多的關(guān)注。

總體來說，目前，應(yīng)用于青藏高原古高度變化研究中的古高度計算主要依靠的是穩(wěn)定同位素和古生物。但中科院古脊椎所所長鄧濤曾專門撰文總結(jié)，無論是地球化學(xué)還是古生物學(xué)方法，現(xiàn)代過程都是解決地史時期問題的有效參照，但卻存在相當(dāng)大的難度。“因為，對于同位素分餾和物種分布來說，現(xiàn)代過程并不容易精準(zhǔn)地確定。此外，地史時期的氣候環(huán)境背景與現(xiàn)代的狀態(tài)有著顯著的差異，因此相關(guān)的校正也會受到人為因素的影響。”他認為，在每一個青藏高原的研究地區(qū)，不同的古高度結(jié)果可能通過不同的甚至相同的方法得到，而相同的結(jié)果也可能由不同的方法取得。

鄧濤表示，大多數(shù)依據(jù)碳酸鹽氧同位素進行的古高度重建認為，在古近紀(jì)末期到新近紀(jì)初期，青藏高原已達到現(xiàn)在的高度。然而，同位素古高度方法需要假設(shè)一系列不確定參數(shù)和條件，如地質(zhì)年齡、成巖作用、樣品類型、蒸發(fā)效應(yīng)、大氣溫度、氣候變化等，由此可能導(dǎo)致古高度的錯誤解釋。

比如，從氧同位素的角度看，現(xiàn)代的青藏高原可以分為兩個地區(qū)：南部地區(qū)的氧同位素垂直梯度變化率急劇，而北部地區(qū)的變化率只達到南部的一半水平。但是，針對各個新生代盆地的古近紀(jì)時期或新近紀(jì)時期，應(yīng)該采用什么水平的氧同位素垂直梯度變化率，不同的研究者卻持有不同的觀點。

這既是青藏高原研究者的矛盾和困惑，也是他們研究的趣味和動力�！�