從化石窺見青藏高原生長的秘密

西藏始攀鱸化石

倫坡拉盆地種類豐富的化石植物類群，包括棕櫚、欒樹、椿榆等

　　“多跑路，多挖土，得幸福……”10月4日，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分別結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，由古脊椎所和版納植物園的科學家組成的古生物科考隊開始了為期10天的新化石區前期調查工作。本報記者隨科考隊一起，從藏北輾轉藏南。

　　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。

　　化石證據與古高度重建

　　古生物學家、美國堪薩斯大學自然歷史博物館暨生物多樣性研究所教授苗德歲對研究化石的過程有一個形象的比喻。

　　他說，古生物學家就像福爾摩斯探案，發現了一種化石首先要鑒定它的身份，這就和弄清被害者的身份一樣；接下來，要研究它與其他親緣種的關系，就像研究被害者的社會關系。他們還要搞清楚這個物種從哪里來的，為什么會葬身在這里，以及它死亡的原因、埋藏的條件……

　　這是演化生物學非常有趣的研究內容。面對生物演化的結果，倒推造成這一結果的原因、中間經歷的過程以及相伴的條件等等。

　　在青藏高原，講述物種本身的演化故事當然很重要，但化石還有一個功能，就是去重建整個高原在地質時期的變化歷史。

　　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，而與歐亞大陸發生了碰撞，這是近5億年來地球歷史上發生的最重要的地質事件之一。

　　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域環境的深刻變化。比如，它重樹了亞洲主要河流水系的分布和走向，改變了亞洲大氣環流形勢，從而加強了亞洲季風系統，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境。

　　這其中最關鍵的問題是，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，因為生物對氣候環境的變化非常敏感，青藏高原隆升對氣候環境所造成的影響必定會反映在該地區生物群的演替上。

　　說來有意思，第一個意識到這個問題的是一個半世紀以前的一位英國博物學家，他叫法爾康那。1839年，當時正在印度工作的法爾康那在倫敦地質學會上發表了一篇論文，內容是關于西藏新近紀地層的犀牛化石的，這個報告也是研究中國脊椎動物化石的第一篇科學論文。

　　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，法爾康那鑒定顯示，那是幾塊犀牛的腿骨碎片，并認為，它與生活在印度、適應炎熱環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命題開始正式研究，那是在上個世紀70 年代青藏高原第一次綜合科學考察以后的事了。此后，關于青藏高原的隆升歷史和過程，尤其是不同地質時期的古高度，科學家們一直爭論不休……

　　重見南木林

　　“When you leave Tibet, Tibet will never leave you.”科考車隊駛過日喀則地區的南木林縣，蘇濤突然想起了英國古生物學家Robert Andrew Spicer的這句名言。青藏高原有很多的科學家“粉絲”，Spicer絕對算得上是一位。

　　2003年，Spicer跟他的合作者在《自然》上發表了一篇文章Constant elevation of southern Tibet over the past 15 million years，吸引了很多研究者的關注。

　　他第一次在青藏高原用植物化石證據，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，南木林就已經達到現今高度了，從中新世以后并沒有再發生抬升。

　　早期，科學家對高原隆升的認識過于簡單，常常把一個具體區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團隊提出的重要觀點是，青藏高原隆升的過程其實是很復雜的。青藏高原由不同的塊體組成，它們的隆升歷史和達到現今高度的時間有統一的部分，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，也是探索亞洲氣候演化的關鍵，而南木林盆地則是最早揭示岡底斯山脈古高度的窗口。根據這個研究，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，由于天氣以及當時的交通條件受限，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多塊葉化石標本。

　　Spicer的主要研究方向，就是建立植物葉片具體形態特征與氣候參數之間的關系。因為不同種屬的植物在相似的氣候條件下擁有類似的葉相特征，利用這些特征組合就可以估算氣溫和濕度等相關的函數，從而推算出相對精確的古高度。

　　這里還發生過一個小插曲。蘇濤的導師、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存類群對比的古高度重建方法，對Spicer得到的研究結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冊有關地質學、古生物學、生態學、植物分類學的書籍運到版納植物園，無償捐獻，最老的圖書距今已有200多年。

　　今年5月，Spicer和周浙昆都參加了中英聯合西藏野外科考，Spicer時隔那么多年再次來到南木林縣，來到當年化石點腳下的歐布堆村。他甚至還找到了20年前為他擔當助手的歐布堆村的村民。青藏高原的一切都還在。

　　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。科考隊此行最重要的新化石發掘點，位于倫坡拉和尼瑪盆地之間，色林措的西岸。

　　那一套發育良好的大型地層剖面，由紫紅色的粉砂巖、灰綠色泥巖、淺黃綠色鈣質頁巖組成，遠遠望去，呈蜿蜒的階梯狀分布。幾頭藏野驢就好像知道，藏在這樣的背景色里不易被人發現，只管悠閑地游蕩。

　　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一條意義重大的構造縫合帶。兩個盆地在地理上東西相接近，沉積活動也受到相同的構造因素控制，并反映在沉積環境和古生物面貌上。

　　吳飛翔猜測，在這兩個重要盆地中間的地帶找化石，它的沉積環境和古生物面貌也極有可能與兩者有關聯。

　　果不其然，短短半天時間的前期調查過程中，科考隊就采集了數量可觀的動、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，發現過非常重要的魚類化石——西藏始攀鱸。現生的攀鱸喜溫暖濕熱的環境，適宜溫度在15℃~30℃之間，分布區海拔大多在500米以下。但當時它們的化石出現在海拔近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構。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，團隊在發掘化石攀鱸的同層巖石里，還找到了相同環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境、葉型碩大的棕櫚，菖蒲以及與浮萍類關系密切的天南星科水生植物。

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

　　問題是，關于青藏高原古高度的其中一種代表觀點，基于穩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在的高度。

　　倫坡拉和尼瑪盆地大量古生物化石證據都與該結論是明顯對立的。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現，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也應該受到更多的關注。

　　總體來說，目前，應用于青藏高原古高度變化研究中的古高度計主要依靠的就是穩定同位素和古生物。但中科院古脊椎所所長鄧濤曾專門撰文總結，無論是地球化學還是古生物學方法，現代過程都是解決地史時期問題的有效參照，但卻存在相當大的難度。

　　“因為，對于同位素分餾和物種分布來說，現代過程并不容易精準地確定。此外，地史時期的氣候環境背景與現代的狀態有著顯著的差異，因此相關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，不同的古高度結果可能會通過不同的甚至相同的方法得到，而相同的結果也可能由不同的方法取得。

　　鄧濤表示，大多數依據碳酸鹽氧同位素進行的古高度重建認為，在古近紀末期到新近紀初期，青藏高原已達到現在的高度。然而，同位素古高度方法需要假設一系列不確定參數和條件，如地質年齡、成巖作用、樣品類型、蒸發效應、大氣溫度、氣候變化等，由此可能導致古高度的錯誤解釋。

　　比如，從氧同位素的角度看，現代的青藏高原可以分為兩個地區：南部地區的氧同位素垂直梯度變化率急劇，而北部地區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時期或新近紀時期，應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。