科学家聚焦西亚马逊物种大爆发之谜

我们站在研究的最前沿来理解这种大规模物种多样性是如何发生的。

两名研究生正在对秘鲁马努河约900万年前的沉积岩露头取样。

资料来源:杰森·休斯顿

凯瑟琳·瑞斯比的膝盖陷入了泥沼，她在秘鲁亚马逊森林的一条浅溪中挣扎。她平静地把泥巴扔掉，抓起银行的一根树枝当拐杖。蜜蜂在头顶嗡嗡作响，金刚鹦鹉在密林中尖叫。沉积学专家继续小心翼翼地在雨林中寻找她的勘探目标:裸露的岩石。这个地方位于马诺河的上游。到达最近的城镇大约需要一天时间。这些岩石可能分布在亚马逊森林的这个偏远角落。

“我认为我们很幸运！”里格斯比大学的研究生塞奇·瓦格纳在小溪的一个拐弯处大喊。瑞斯比在东卡罗莱纳州立大学和厄瓜多尔的雅恰伊技术大学任教。她看到的是一个相对较低的沉积层。这个沉积层是在大约900万年前一层层沉积的，这个露头沉积层隐藏着解决一个长期难题的线索:是什么在亚马逊雨林创造了如此巨大的生物多样性？

加勒比海入侵南美大陆

亚马逊西部包括秘鲁、厄瓜多尔、哥伦比亚和巴西西北部的部分地区，“这是世界上植物种类最丰富的地区”密歇根州立大学的进化生物学家克里斯托弗·迪克说:“北美北部大约有300种树木，而亚马逊西部每公顷森林有300种植物。”事实上，植物物种多样性只是其中的一部分。据了解，从巴西到大西洋海岸的670万平方公里的亚马逊盆地是世界上10%已知物种的家园。

科学家们一直认为，这种丰富的生物多样性来自亚马逊西部经历的巨大地质活动，如造山、海岸线变化、河流改道等。这些地质活动通过分散和改变物种栖息地导致物种爆发。然而，科学家们对这些地质活动的发生方式以及哪些地质活动在亚马逊物种的形成中发挥了更大的作用进行了激烈的辩论。

至于亚马逊西部物种形成的奥秘，一个普遍的观点是加勒比海在1000万年前入侵了南美洲大陆，形成了一个巨大的湿地，其中散布着各种大小的岛屿。因此，微生物必须适应各种生物群落，如盐水、淡水、水生生境和陆地，从而触发生物多样性。

为了支持这一观点，一些研究发现了强有力的证据，如浮游生物、软体动物、海洋鱼类，甚至现存的亚马逊海豚。“我100%确信，在亚马逊河漫长的历史中，加勒比海至少两次入侵南美大陆的北部海岸，并涌入2000公里以外的亚马逊河西部。”史密森热带研究所的古生物学家Carlos Jaramillo说。

安第斯山脉的崛起

然而，瑞斯比发现的露头沉积岩挑战了上述观点，这表明亚马逊当时的环境与今天完全一样。在河流表面附近，这种有着900年历史的沉积岩在颗粒细度上更粗糙，但在上升时更精细。当到达河流上方约1米的位置时，颗粒再次变得粗糙，并且重复这种模式。瑞斯比推测她所看到的是像今天这样河流反复奔流的痕迹。当洪水消退时，现代洪水也将提炼同一沉积层的原始粗颗粒。

基于这一露头沉积岩和其他证据，瑞斯比和一些研究人员认为，亚马逊地区大量生物物种的出现发生在更早的地质事件中。他们支持的另一种观点是，安第斯山脉的隆起发生在亚马逊盆地的西部边缘，而这一事件最迟发生在6500万年前。在物种适应了沿着山脉的狭窄生态位置后，生物多样性迅速发展，新物种从安第斯山脉进入亚马逊雨林。

为此，瑞斯比和迪克以及其他18名同事于今年7月来到秘鲁，开始寻找能够证明这一观点的地质和生物数据。他们不仅检查了岩石和化石，还检查了一些现存的植物，这些植物可能为他们理解亚马逊森林的进化提供了线索。“我们可以从这些收集到的物品中获得大量(基因)数据。如果我们能很好地过滤这些数据，我们就能获得大量关于环境历史、地质历史和气候历史的信息。”项目负责人之一、雅恰伊科技大学和杜克大学的地质学家保罗·贝克说。

神秘的秘密

“这个主意不错。”迪克说。然而，1990年发表在《自然》杂志上的一项研究结果推翻了哈弗的假设。这篇文章表明，生物多样性热点是虚幻的，这是科学家在容易到达的雨林地区反复收集样本的结果。"事实上，在冰河时期，南美雨林处于潮湿地带."内布拉斯加大学的古气候学家谢里琳·弗里茨是贝克的同事之一，她说，“简而言之，哈弗的假设是错误的。”

结果，科学家们再次绞尽脑汁，希望解开亚马逊雨林生物多样性之谜。

这时，年轻的地质学家和孢粉学家卡琳娜·胡恩进入了亚马逊西部，并在更新世之前建立了该地区的模型。几百万年前，从2300万年前到500万年前的中新世，“那里已经有一个高度密集的雨林。”她说。

胡恩知道科学家们在亚马逊西部寻找软体动物壳化石已经有一个多世纪了，但是她不相信加勒比海可以深入内陆。然而，她后来在秘鲁、哥伦比亚和巴西西北部的雨林中发现了越来越多的有孔虫化石(一种单细胞微生物，主要生活在海洋中)。“这就是为什么我相信这种观点。”胡恩回忆说，她现在是荷兰阿姆斯特丹大学的研究员，也是CLIM-AMAZON的负责人。

现在，她画了一幅中新世西亚马逊的图片:它属于被海水入侵的海口地区。当海水入侵时，它隔离了雨林，形成了岛屿，分裂了陆地物种，促进了物种的形成。加拿大多伦多大学的进化生物学家内森·洛夫乔伊说，与此同时，今天在亚马逊流域发现的几种河流物种的祖先也来自海洋，如海豚和黄貂鱼。

然而，与此同时，亚马逊其他潜在的物种形成假说也在酝酿之中。安第斯山脉间歇地上升，一旦这个“长城”形成，南美洲将会是另一个景象。

需要更多的研究来揭开面纱。

在马努国家公园的偏远雨林中，克里斯托弗·迪克从一棵名叫鲍尔森尼亚·阿玛塔(Poulsenia armata)的古树上摘下了一些树叶，他希望从中发现其基因中包含的古地质变化。此外，迪克还收集了厄瓜多尔相同树木的基因样本。他发现这两棵树在大约900万年前有一个共同的祖先，那时候安第斯山脉正在经历一次剧烈的隆起。正如贝克所说，这种“地理基因”在亚马逊雨林这样露头岩石很少的地方可能是一个有价值的研究对象。

其他团队也在研究这个极具挑战性的生物地理学问题。例如，一个由欧盟和巴西联合实施的名为CLIM-AMAZON的项目正试图揭开亚马逊盆地的沉积历史，从而追踪古代水体的方向。纽约美国自然历史博物馆的鸟类学家乔尔·克拉克拉夫特和巴西圣保罗大学的植物学家卢西亚·罗曼正在绘制亚马逊鸟类、蝴蝶、灵长类和两种植物群落的分布范围，以了解亚马逊盆地的历史如何影响其生物地理分布。所有三个研究小组都在最近于马里兰州巴尔的摩举行的美国地质学会年会上提交了他们的报告。

多学科合作的目标是“加速我们对亚马逊雨林的了解”。克拉夫特说:“我们站在研究的前沿，来理解这种大规模物种多样性是如何发生的。”

接下来，对贝克来说，他和他的同事将分析他在亚马逊雨林之旅中收集的珍贵样本:带“盔甲”的树叶、罕见的沉积岩露头和一棵石化的树。但是现在，他们正沿着马诺河走出雨林，满意地欣赏着雨林的风景——雨林的风景曾经在地质活动中异常活跃，但现在看起来像一个永恒的雨林。(红枫)

中国科学新闻(2015-110第三版国际版)

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