从化石窥见青藏高原生长的秘密

我们的记者胡

“跑更多的路，挖更多的土，快乐起来……”10月4日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员吴菲菲和中国科学院西双版纳热带植物园副研究员苏涛分别完成了对青藏高原的第13次和第14次古生物调查。这两位年轻的“80后”是青藏高原真正的“铁粉”。

从9月24日起，由古生物研究所和版纳植物园的科学家组成的古生物学考察队开始对新华石地区进行为期10天的初步调查，这是青藏高原第二次全面考察。这位记者随科研小组从藏北到藏南。

不是每个化石地点都有惊喜等待，但是这群年轻人总是喜欢它。这些化石见证了我们家园形成的重要历史，但它仍然笼罩在神秘之中。

化石证据与古高地重建

美国堪萨斯大学自然历史博物馆和生物多样性研究所的古生物学家、教授苗德年对化石研究过程有一个生动的比喻。

他说古生物学家，像夏洛克·福尔摩斯一样，必须首先识别化石，这和识别受害者是一样的。接下来，有必要研究它与其他相关物种的关系，就像研究受害者的社会关系一样。他们还需要找出这个物种从哪里来，为什么它会死在这里，为什么它会死，以及它是在什么条件下被埋葬的。

这是进化生物学中一个非常有趣的研究内容。面对生物进化的结果，这一结果的原因、中间过程和伴随的条件都被推后了。

在青藏高原，讲述物种本身的进化故事当然非常重要，但化石还有另一个功能，那就是重建整个高原在地质时期的变化历史。

生命在海洋中诞生，青藏高原只是在新生代早期才从海洋中“跳”出来。这一跳跃是由于印度板块向北漂移并与欧亚大陆碰撞，这是过去5亿年地球历史上最重要的地质事件之一。

这并不是因为今天的青藏高原是地球的屋顶，而是因为壮观的造山运动，它直接导致了全球和地区环境的深刻变化的新一代。例如，它重新确立了亚洲主要河流系统的分布和趋势，改变了亚洲的大气环流形势，从而加强了亚洲季风系统，甚至影响了动植物的迁徙和进化。如果我们不探索和澄清这段历史，我们就无法真正了解我们今天所生活的家园的环境。

最关键的问题是青藏高原是如何崛起的，它的年龄、范围和形式是什么？古生物化石是非常重要的证据，因为生物对气候环境的变化非常敏感，青藏高原隆升对气候环境的影响必然会反映在该地区生物群的演替中。

有趣的是，第一个意识到这个问题的人是一个半世纪前的英国博物学家。他的名字是法尔科内。1839年，当时在印度工作的法尔考·纳纳在伦敦地质学会发表了一篇关于*新近纪地层中犀牛化石的论文。这份报告也是中国第一份关于脊椎动物化石的科学论文。

然而，法尔考没有去过*，这些化石是他从几个在加尔各答交易的*商人那里发现的“神圣物品”。藏族商人只记得他们来自海拔5000多米的尼提山口。后来，法尔考的鉴定表明，这是几只犀牛的腿骨碎片，并认为这是生活在印度适应炎热环境的独角犀牛的同一类型。因此，他得出结论，几百万年前，该地区在低海拔地区仍然温暖潮湿，从那时起，喜马拉雅山已经上升了2000多米。

在20世纪70年代对青藏高原进行了第一次全面的科学考察之后，青藏高原的隆升才被正式作为一个科学命题来研究。从那以后，科学家们一直在无休止地争论青藏高原的隆升历史和过程，尤其是不同地质时期的古高地...

再次见到南木林

"当你离开*，*永远不会离开你."当科学研究小组经过日喀则的南岭县时，苏涛突然想起了英国古生物学家罗伯特·安德鲁·斯派塞的名言。青藏高原上有许多科学家“粉丝”，斯派塞无疑是其中之一。

2003年，Spicer和他的合作者在《自然》杂志上发表了一篇文章《*南部在1500万年间不断上升》，引起了许多研究者的注意。

首次利用青藏高原的植物化石证据，通过叶相分析定量确定了南木林盆地的古高度。事实证明，楠木林早在1500万年前就达到了现在的高度，中新世以来就没有再上升过。

在早期，科学家对高原隆升的理解过于简单，他们经常将特定区域的高度延伸到整个高原。然而，中国科学院院士、青藏高原研究所研究员丁琳的团队提出了青藏高原隆升过程实际上非常复杂的重要观点。青藏高原由不同的板块组成。它们的隆升历史和达到现在高度的时间既有统一的部分，也有独立的部分。

拉萨地块的冈底斯山是欧亚大陆碰撞的最南端。它被认为是了解青藏高原新生代形成和演化的基础，也是探索亚洲气候演化的关键，而南木林盆地是揭示冈底斯山古高地的最早窗口。根据这项研究，拉萨地块的南部是在青藏高原隆升的早期完成的。

自1995年以来，斯派塞每隔两三年就试图进入南穆林地区。由于当时有限的天气和交通条件，直到第三次，它才真正到达海拔约4400米的植物化石遗址，并收集了400多个叶化石标本。

斯派塞的主要研究方向是建立植物叶片的特定形态特征与气候参数之间的关系。由于不同物种和属的植物在相似的气候条件下具有相似的叶相特征，这些特征的组合可用于估计相关的函数，如温度和湿度，从而计算相对准确的古代高度。

这里也发生了一起事故。苏涛导师、中国科学院昆明植物研究所研究室主任周哲昆，曾就斯派塞通过植物化石与现存最接近的类群进行比较的古高重建方法获得的研究成果提出不同看法。多年来，通过对植物分布的古气候因素的校正，他们的结论逐渐趋于一致。

自2011年以来，周哲昆的团队一直在*探索古代植物化石，而斯派塞已经成为他们最亲密的伙伴。

去年，斯派塞花了几个月的时间从英国把总共1670本关于地质学、古生物学、生态学和植物分类学的书运到了版纳植物园。最古老的书有200多年的历史了。

今年5月，斯派塞和周哲昆都参加了中英联合野外考察*。时隔多年，斯派塞再次来到南岭县，来到化石遗址脚下的奥敦村。他甚至找到了20年前当他助手的奥敦村村民。青藏高原上的一切都还在。

一条有争议的鱼

南木林的北面是那曲地区的神杂县，那里有较高的海拔和较低的肆意云团的压力。探险队最重要的新化石发掘地点位于伦波拉盆地和尼玛盆地之间的塞林佐西岸。

发育良好的大型地层剖面由紫红色粉砂岩、灰绿色泥岩和浅黄绿色钙质页岩组成。从远处看，它呈蜿蜒的梯形分布。几头*野驴似乎知道，在这样的背景色下很难找到它们，它们只是悠闲地漫步。

伦波拉盆地和尼玛盆地位于班公湖-怒江断裂带的中部，该断裂带通常被认为是青藏高原的重要构造缝合带。这两个盆地从东到西在地理上相互靠近，它们的沉积活动也受相同的构造因素控制，这反映在沉积环境和古生物方面。

吴菲菲推测，这两个重要盆地的沉积环境和古生物特征也很可能与两个盆地中部化石的发现有关。

果然，在短短半天的时间里，科学研究小组在初步调查中收集了相当数量的动植物化石材料，与伦波拉盆地和尼玛盆地的类似。

大约2600万-2400万年前，吴菲菲在这两个盆地的晚渐新世地层中发现了一个非常重要的鱼类化石——*原始鲈鱼。生活鲈鱼喜欢温暖潮湿的环境，适宜的温度在15℃至30℃之间，其分布区域大多在海拔500米以下。但是当时他们的化石出现在将近5000米的高度，这真的很令人惊讶。

攀缘鲈鱼的特征是一种叫做扇鳃的结构。迷路的表面覆盖着呼吸上皮，并有丰富的毛细血管。穿过迷宫的血液将通过静脉回到心脏。有了这个器官，鲈鱼可以直接呼吸空气中的氧气，成为可以上岸的鱼。

然而，因为低温会导致血液不能流回心脏而死亡，2600万年前，化石攀缘鲈鱼必须生活在足够温暖潮湿的低地才能生存。

不仅如此，研究小组还在化石攀缘石被挖掘的同一层岩石中发现了生活在同一环境中的化石植物。这一植物群落包括典型的温暖潮湿、喜环境的大叶棕榈、菖蒲和与浮萍关系密切的天南星科水生植物。

据此可以推断，该地区晚渐新世的生物群落较接近中国南方的亚热带地区，群落的海拔高度不应超过2000米。来自印度洋的温暖潮湿的空气也可以渗透到*北部。

问题是，关于青藏高原古高度的代表性观点之一是，根据稳定同位素分析，青藏高原形成于印度-亚洲板块碰撞的早期，在渐新世晚期或中新世中期达到现在的高度。

伦波拉盆地和尼玛盆地的古代生物的大量化石证据显然与这一结论相反。然而，丁琳的团队也认为，拉萨地块北部的隆起应该存在局部高差。

中国古代高度重建的困惑

过去，由于客观科学研究条件的限制和化石本身的不可获得性，利用古植物和古脊椎动物群的证据揭示青藏高原隆升的方法并不普遍。

自2000年以来，在青藏高原的调查研究中，古生物团体有了越来越多的发现。从生物进化的角度来描述青藏高原的隆升过程和影响也是值得关注的。

总的来说，目前用于青藏高原古高变化研究的古高度计主要依靠稳定同位素和古生物学。然而，中国科学院古脊椎动物研究所所长邓涛写了一篇专题文章，认为地球化学和古生物学方法、现代过程都是解决地质历史时期问题的有效参考，但也存在相当大的困难。

“因为，对于同位素分馏和物种分布，现代过程不容易和准确地确定。此外，地质历史时期的气候和环境背景与现代状态存在显著差异，因此相关校正也将受到人为因素的影响。”他认为，在青藏高原的每一个研究区域，不同的古高程结果可以用不同的甚至相同的方法得到，同样的结果也可以用不同的方法得到。

邓涛说，大多数基于碳酸盐氧同位素的古高地重建认为，青藏高原从古近纪末到新近纪初已经达到现在的高度。然而，同位素古高法需要假设一系列不确定的参数和条件，如地质年龄、成岩作用、样品类型、蒸发效应、大气温度、气候变化等。，这可能导致对古高度的错误解释。

例如，从氧同位素的角度来看，现代青藏高原可以划分为两个区域:南部区域氧同位素的垂直梯度速率较大，而北部区域的变化速率仅为南部区域的一半。然而，对于每一个新生代盆地的古近纪或新近纪应采用何种水平的氧同位素垂直梯度率，不同的研究者持有不同的观点。

这不仅是青藏高原研究者的矛盾和困惑，也是他们研究的兴趣和动机。

*原始鲈鱼化石

伦坡拉盆地有丰富的植物化石群，包括棕榈、栾树、春雨等。

中国科学新闻(2018-10-12，第一版集锦)