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阅读大地的“天书”——青藏高原化石采集考察纪精选

已有 7389 次阅读 2017-9-3 11:30 |个人分类:科学考察|系统分类:科研笔记| 青藏高原, 科学考察, 植物化石

图1. 藏北高原

大约5500万年前，印度板块和欧亚板块发生碰撞，开启了青藏高原沧海桑田的改变。青藏高原的隆升改变了亚洲的地形地貌，水系格局与大气环流。巨大的环境变化，必然深刻地影响了曾经生活在青藏高原的动物、植物和微生物。保存在地层中各类化石，见证了地球环境的演变及其对生物区系的影响，仿佛是一本神秘的“天书”，等着古生物学家去解读。

为了阅读这部“天书”，我们的研究团队自2011年起持续不断地开展了对青藏高原植物化石的考察和采集，分别在青藏高原不同地区，不同地质时代的地层中采集到了近万件的植物化石。这些化石带来了大量的信息，将会改变人们对青藏高原植物区系演替和古环境变迁的认识。比如说我们在西藏东南部芒康海拔3900米的距今约3600万年前的地层中，发现了如今仅仅分布在亚热带常绿阔叶林的青冈化石（图3， Xu et al., 2015）。这暗示着在3600万年前，芒康曾经存在亚热带常绿阔叶林的森林类型。又比如说我们在藏北晚渐新世地层发现了椿榆的化石，这是一个仅在北美和欧洲古近纪有分布的灭绝类群（图4），这暗示着青藏高原植物区系与北半球植物区系的联系。这些材料就在实验室，我随时可以去看它们，但是未能亲自去化石产地看看，总有一种未能读到“原著”的缺憾。往年每每研究组整装待发的时候，对我的内心都是巨大的冲击和煎熬。每次我都暗下决心，下一次我一定要参加，但每一个下一次到来的时候，都因各种原因将希望寄托于另一个下一次。

今年国家启动了第二次青藏高原科学考察，我们的研究团队也承担了考察任务。8月19日第二次青藏高原科学考察的启动仪式在拉萨举行，刘延东副总理宣读了习总书记的贺信。说起来这是我从事的研究领域今年第二次听到总书记的贺信了，第一次是在深圳国际植物学大会。启动仪式之后，古生物组出发前往藏北进行考察。古生物组这次一行五人，有古脊椎所吴飞翔博士，来自西双版纳热带植物园的苏涛、星耀武、刘佳和我。苏涛和星耀武曾经是我的学生，现在他们都是研究所的PI了。苏涛是古生态组的组长，也就是我的领导。刘佳是李吉均院士的博士，刚刚加入我们研究组。苏涛在出发前问我，他说周老师这一次去吗？我说去。虽说是答应了，但是心里还是有几分的忐忑，一是今年我已经六十一了，是否还能承担平均海拔在4000米以上的化石点的考察和作业，二是太太近来凤体有恙，需要陪伴。老牛自知夕阳晚，我知道此时不行，恐今后就今后就真的不行了。下了决心以后，我就试着和太太商量，结果她一如既往地支持我的工作，我的这次青藏考察终于得以成行。

伦坡拉是我们这次青藏高原考察的重点。伦坡拉位于藏北的那曲地区，现在的海拔高度为4800米，周边的植被为荒漠草甸，盆地边缘出露一套新生代的地层，被称为牛堡组和丁青组，在这套新生代地层中产有大量的化石。Rowley和Currie等人2006在Nature上发表了一篇文章，他们分析了伦坡拉盆地下部牛堡组泥质钙土中的微晶碳酸钙结核氧同位素平均值, 并通过现代喜马拉雅山前降水氧同位素对比并参考考虑纬度、海拔、温度和海岸线距离等因素推测伦坡拉盆地在中晚始新世就是已经达到了4850米的高度，而上部丁青湖组（渐新世）的古高度为 4260米（Rowley and Currie, 2006）。我们的研究团队和科学院古脊椎动物与古人类研究所（简称古脊椎所）合作已经连续两年对伦坡拉盆地进行了考察采集，获得大量的动植物标本。从目前已经获得的化石材料看，伦坡拉盆地不可能在古近纪就已经达到了4000米以上的高度的。古脊椎所吴飞翔博士的团队在伦坡拉盆地晚渐新世的地层发现并报道了攀鲈化石（图3， Wu et al., 2017）。攀鲈(图2）与水族馆里常见的斗鱼，天堂鱼等同属攀鲈亚目）是一种小型淡水鱼。主要分布于我国南方、马来西亚、印度和西非等地。攀鲈的鳃腔内长有由鳃骨特化而成的结构如花朵一般的迷鳃（labyrinth organ）（图3）。迷鳃表面覆盖着呼吸上皮，有着丰富的毛细血管，而且不同于其他正常的鳃，通过迷鳃的血液经由静脉回流到心脏，所以，该器官的功能与陆生脊椎动物的肺类似，但必须保持其湿润。凭借这一器官，攀鲈可以直接呼吸空气中的氧气,传说中有人见到攀鲈爬到了翻越陆地，爬上一种生长在印度的棕榈树，吸食这种棕榈树上含有酒精成分的果汁，然后再回到水里去。这个传说的真实性有待证实，但是迷鳃结构复杂，挤占了鳃腔很大的空间，而用于水中呼吸的鳃因此大大萎缩以致于不能满足鱼体存活所需要的氧量，所以攀鲈必须经常将头伸出水面，吞吐空气，否则它们会因缺氧而“晕厥”甚至“溺毙”；攀鲈常常在在雨后爬出水面，在湿润的地面“行走”（图3）甚至“上树”则是肯定的。在西藏发现化石攀鲈，也有迷鳃而且其发育程度更接近于在空气中呼吸能力最强的亚洲攀鲈。这些特征说明西藏的化石攀鲈具有类似于现代攀鲈的生理特征与生态习性，指示着温暖湿润的环境，它们所栖息的地方可能是较为局限的浅静水体。这与今天化石产地高海拔（近5000米）、强紫外线辐射、水体低温（年均温约−1.0 ℃）流动性强而溶氧量较高的环境截然不同（关于攀鲈的描述来自于古脊椎所吴飞翔博士）。换言之，地史时期生活在伦坡拉的攀鲈的生活环境与今天伦坡拉的环境有着天渊之别，对比最近缘的攀鲈鱼分布的环境和海拔高度，吴飞翔博士等人得出了伦坡拉盆地在晚渐新世海拔高度约为1000米的推论（Wu et al., 2017）。

在伦坡拉盆地发现攀鲈的化石产地，植物化石也有重要发现。我们的研究团队在伦坡拉进行了两年的采集，发现了大量的植物化石。从植物化石的组合来看，这是一个亚热带环境的植物群落。特别值得一提的是在去年的考察中，我们发现了一枚近一米长的棕榈化石。除极少极端情况外，棕榈科植物总体上说是分别在热带或亚热带的。攀鲈和棕榈的发现，几乎可以确定这些生物生活曾在一个温暖湿润的环境。也就是说鱼类和植物化石的都发现不支持Rowley 和 Currie利用同位素重建的古海拔的结果。

然而，要想让我们的结果有更大的说服力，更丰富化石材料就显得尤为重要，这样一个一个“孤证”相互支撑，就形成一个强有力的证据链。去年苏涛带领研究组在藏北就有非常精彩的发现，这一次我们也希望有所收获。这里的化石产地产地海拔超过4800米，在这个地方工作非常辛苦，在低海拔的一些常规动物如下蹲，起立，快走，在这里都会异常艰难，气喘吁吁。但是随着一块块精彩的化石的发现，我们几乎忘记了这一切，蹲不住就干脆趴在地上采集。在这里最有意思的发现当属兔儿果。记得去年苏涛野外考察中，在电话中用颤抖的声音告诉我：周老师我们发现了龙脑香的化石，并传了两张照片给我。如果在西藏发现龙脑香的化石，那一定是一个惊人的发现了。记得当年的墨脱考察任务之一，就是要确定墨脱是否有龙脑香林。苏涛虽然年轻但十分的稳重，我理解为什么他这一次不淡定的原因：龙脑香是热带雨林的标志树种，如果真是发现了龙脑香的化石，几乎可以肯定青藏高原曾经有过热带雨林的存在。我认真检查了苏涛发来的照片，发现照片中的化石确实有几分像龙脑香的翅果，但是仔细辨认可以确定不是龙脑香的翅果。龙脑香的果实表面是光滑的，而我们的化石有几道棱；龙脑香的翅是有两枚花萼增大而成，而其它萼片还能看到；化石的翅果直接从果实的顶端长出，没有其他宿存的萼片。经过查阅文献，发现这是一个灭绝的类群，著名古植物学家Steve在美国古新世和始新世的地层中发现过同样的翅果。Steve认为这是一个灭绝的类群将其命名为兔儿果（Lagokarpos）,根据形态特征可以归属到莲叶桐科，而且在美国中始新世以后，就再也没有发现过类似的化石。虽然否定了龙脑香的可能，但是确带来了一个不亚于发现热带雨林的惊喜，为什么在美国和青藏高原在5000多万年前分布着同样的植物？在青藏高原兔儿果存活了多长？这些秘密等着我们去解码。

10天的考察稍纵即逝，我们满载而归。青藏高原对于我来说充满了诱惑，而对高原的特殊环境也有着足够的敬畏，每次出发前都有着几分的担心，担心自己突然感冒，担心到了高原会不适应，尽管这样的事情一次也没有发生。此番再上高原，又是深入高原腹地，且已年逾六旬，担心更甚。高原反应如头疼、失眠和食欲减退等都没有出现在我的身上。尽管偶而晚上睡眠时断时续，总体上能够睡好，胃口也没有受到大的影响。尽管工作中非常疲劳，但是睡一个晚上第二天醒来体力就已恢复，还能接着干。你在高原坚持下来，高原也必不辜负你，定然赐你惊喜。大自然的鬼斧神工赋予你灵感，辽阔的高原壮开你的胸怀，一个个清澈透明得令人心悸的措（藏语的湖），荡涤着你的心灵。我们这个学科的实验室在大自然，一个科研人员不到实验室，如何指望他出成果？我之所以坚持再上高原，就是因为我觉得我必须要亲自到化石产地去倾听“远古的呼唤”，亲启几页记录数千万年来高原沧桑巨变的天书，才能获得研究的灵感。现在看来，的确不虚此行。