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西藏披毛犀:给《物种起源》纠错
来源:中国科学报      作者:胡珉琦      2017年06月29日       
摘要:冰期动物究竟从何而来,科学家一直没有十足的把握来回答。直到青藏高原上出现了一头穿越370万年的披毛犀,它迫切想要告诉我们被错失近两个世纪的真相。
正文

 西藏披毛犀生态复原  Julie Naylor

 

在一片天寒地冻的雪原上,一个浑身覆盖了长毛的巨大身影正在雪地上挪动,每走几步,它就会低下头来,用它那硕大的鼻角刮开前方的积雪,寻找干草。1万年以前,古老人类曾与这种生物打过照面,他们甚至曾一同生活过,欧洲洞穴里的古老壁画就是最好的证明。

 

它,就是已灭绝的最著名的冰期动物之一 ——披毛犀。

 

冰期动物究竟从何而来,科学家一直没有十足的把握来回答。直到青藏高原上出现了一头穿越370万年的披毛犀,它迫切想要告诉我们被错失近两个世纪的真相。

 

披毛犀“认祖”事件

 

札达,在藏语里是“下游有草的地方”。它的南缘就是喜马拉雅山,几百万年前,山脉迅速抬升,分化也越来越强烈,因此,札达的湖盆里堆了很厚的沉积物。

 

直到有一天,象泉河从盆地穿过,切开了重重地层,形成大面积的露头和优良剖面。方圆近几百平方公里的札达盆地,满眼望去,都是高低错落、形态各异的“土林”。得天独厚的地层保存条件,让札达盆地也成为了古生物化石的富集区。

 

十年前,就是在那里,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、美国洛杉矶自然历史博物馆和佛罗里达州立大学等研究机构组成的考察队收到了来自370万年前的一头披毛犀发出的讯息。

 

信号先是一枚暴露在外的犀牛寰椎,然后是一排犀牛上颊齿列。经过一周的发掘,古生物学家意外地找到了同一个体的完整头骨、下颌骨和颈椎。最后,这具犀牛头骨在中科院古脊椎所的实验室里被复原了出来。经过一系列鉴定,它被确认为是一个全新的物种——西藏披毛犀。

 

在冰河世纪,披毛犀和猛犸象曾被列为最著名的冰期动物。它总共分为三种,早更新世250万年前在中国北方的泥河湾披毛犀、中更新世约75万年前在西伯利亚和西欧的托洛戈伊披毛犀,以及晚更新世在欧亚大陆北部广布的最后披毛犀。

 

在很多动物博物馆里,人们都能见到复原的披毛犀——它们有着非常粗壮的骨架,覆盖着又长又厚的毛发,当然,最显眼的还是那只长达1米的巨大鼻角。鼻角的存在并不是为了争斗,而是一边走一边刮开冰雪,好让自己找到可以取食的干草。

 

可是,犀牛角本身非常特殊,它是由毛发组成的无骨质角心的角,和覆盖其全身的长毛一样,因为会腐烂而无法被保存为化石。那么科学家又是如何准确得知它们的用途的?

 

中科院古脊椎所研究员邓涛说,这得感谢西伯利亚冻土和沥青沉积,埋藏了披毛犀的完整干尸。于是,古生物学家可以清晰地看到,披毛犀鼻角的前缘通常都存在磨损,磨蚀面还被一条垂直的中棱分为左右两部分,可以想象,这就是它左右摆动头部刮雪留下的痕迹;而且,它的鼻角并不像现生犀牛角那样呈圆锥状,而是侧扁形的,这就可以有效增加刮雪的面积。另外,向后倾斜的头骨枕面使披毛犀能够自如地放低头部。

 

根据他们的分析,西藏披毛犀的头骨具有披毛犀的典型特征,比如修长的头骨、骨化的鼻中隔、下倾的鼻骨、高大的齿冠等等。虽然没留下鼻角化石,但在鼻骨上存在着宽阔且扁的鼻角角座,足以证明它在活着的时候拥有一只巨大的侧扁状的鼻角。

 

这也意味着,早在泥河湾披毛犀出现的100多万年前,生长在青藏高原的披毛犀就已经演化出了可以适应寒冷气候的性状。事实上,目前已知的生物学证据证明,青藏高原在上新世的确已经达到了现代的高度,冬季便是一片荒芜的雪原。

 

不过,另一方面,西藏披毛犀又有它独特的地方。邓涛介绍说,披毛犀有一个构造叫鼻中隔,起初,它只是一块软骨,但随着适应环境的需要,鼻角越长越大,作为支撑的鼻中隔也逐渐演化成了一块完整的骨头。与此后出现的三种披毛犀不同,西藏披毛犀的鼻中隔还只是一块相当不完全的硬骨,显示出它比其他披毛犀更原始。

 

事实上,经过系统发育分析证实,西藏披毛犀正是其他三种披毛犀的祖先!

 

达尔文的失误

 

然而,这起“认祖”事件并没有就此结束,它的背后蕴藏着一个更大的秘密。那得从冰河世纪说起。

 

距今250多万年前,地球气温骤然下降,大陆冰盖不断扩大增厚,引起海平面大幅度下降。这种剧烈变化,必定会直接影响动植物的演化和分布。

 

达尔文在《物种起源》里这样解释:当寒冷到来,随着每一个较为南部一点的地带变得适于北极生物,而不适于原来的较为温带的生物时,后者便会被排除,而北极生物便会取而代之。

 

尽管这只是他的一种假设,但这种冰期物种的扩散方式看上去的确合情合理。于是,一直以来,科学界相信,遍及整个欧亚大陆北部的冰期动物是起源于北极圈的。

 

在此期间,科学家长期在极地苔原和干冷草原上寻找这些动物化石,试图为这个假设增添更为确凿的证据。但令人不解的是,他们还不曾成功过。

 

邓涛认为,一种可以自圆其说的解释是,北极圈地区特别是西伯利亚,是个稳定的地台,它的沉积物非常少。没有沉积物,动物死后就无法保存为化石,所以科学家才找不到它们。

 

但是,西藏披毛犀的出现彻底打破了这种假设。早在冰河世纪到来之前,这种适应寒冷环境的生物已经演化而来。而且,基于达尔文关于“地理分布”中最重要的一个基本假设——每一物种最初皆产生于单一地区之内,披毛犀这种冰期物种的起源地只可能是青藏高原,而非北极。

 

当然,我们不能苛求一个伟大的科学家在150多年前没有任何失误,事实上,一段更有意思的插曲透露,当年达尔文的这个失误也许只是因为运气不好。

 

1839年,在印度工作的英国博物学家法尔康那在伦敦地质学会上发表了一篇论文,内容是关于西藏新近纪地层的犀牛化石的,这个报告也是研究中国脊椎动物化石的第一篇科学论文。不过,法尔康那从未到过西藏,那些化石是他从几名在加尔各答做贸易的藏族商人身上寻来的“圣物”。藏族商人只记得,它们来自海拔5000多米的尼提山口。随后,法尔康那鉴定显示,那是几块犀牛的腿骨碎片,并认为,它与生活在印度、适应炎热环境的独角犀是同一类型。

 

那一年,达尔文正在撰写《物种起源》。

 

法尔康那去世后,他的报告、论文被整理出版。如今,科学家通过细致的分析发现,法尔康那的化石并非来自尼提山口,而是山口北面的札达盆地,因为札达盆地的地层就属于新近纪晚期到第四纪的沉积物。而他所找到的犀牛化石其实正是西藏披毛犀!

 

邓涛想象着,也许,当年身为伦敦地质学会会员的达尔文就在现场聆听过法尔康那的报告。但是,由于那些化石并不是具有关键鉴定特征的头骨,因此被误认为是独角犀,使得他们都错过了这个重要的发现。

 

冰河时代“训练营”

 

不过,要说现在的古生物学家全凭运气才纠正了达尔文的失误,恐怕也是不公平的。

 

早在2000年,中科院古脊椎所的研究人员在甘肃临夏盆地更新世初期约250万年前的地层里发现了完整的泥河湾披毛犀头骨化石时,就对“北极起源”起了疑心。因为这个地质年龄是冰河世纪刚开始的时间,古老的披毛犀如此迅速就出现在远离北极而靠南的地方,似乎有些不寻常。而且,临夏盆地就位于青藏高原的东北边缘,他们自然而然地想到,披毛犀祖先可能来自青藏高原。

 

当他们进一步看到了法尔康那的报告,并且从地质资料得知札达盆地的地层年代,有意把目标对准了那里。

 

可以说,这次发现是科学家预先分析、精确瞄准的结果。

 

顺着这种逻辑,他们又提出了一个新的疑问:披毛犀会是唯一起源于青藏高原的冰期动物吗?毕竟,现在高纬度、高海拔地区仍然存在不少耐寒动物,比如雪豹、盘羊、北极狐等等。

 

在此之后,科学家相继在札达盆地发现了雪豹祖先——布氏豹、所有盘羊现生种的最近共同祖先——喜马拉雅原羊,以及在札达盆地和昆仑山口盆地发现的北极狐的早期类型——邱氏狐。

 

在邓涛看来,青藏高原因隆升而创造出的独特地理环境俨然使它成为了冰期动物群提前适应冰河时代的“训练营”。“不仅如此,由于冰河世纪的过滤作用,这些从高原上来的动物,有的继续保持它们原有的耐寒习性,有的后代可以发展出更多的适应性,扩散到世界各地,从而形成了我们今天生物多样性的一个基础。”