CC讲坛第58期:生命逐高山,远古兽类踪迹启示录——邓涛

  • 孙逍然
  • 日期:2024-03-07
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        由中国科学院大学校友会、北京君和创新公益基金会联合主办,主题为“和而不同,思想无界”的CC讲坛第58期演讲2024年3月3日在中国科学院大学(北京玉泉路校区)礼堂举行。来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邓涛研究员出席,并以《生命逐高山,远古兽类踪迹启示录》为题发表演讲。

        我们都知道世界上最高的高山,就在我们中国的青藏高原,大家记得珠峰的高度是多少吗?8848米。当然这有一个插曲,上一次的珠峰的测高是8444米,错了吗?没错,那次测高是把积雪刨除掉了,可是大家觉得不是越高越好吗?就像刚才我在化妆的时候,因为个子不太高,希望化妆师把我的头发吹高一点,所以说我们再次测高的时候是珠峰的实际的高度那么高,它还有另外一个名字叫做第三极。大家知道北极、南极,它们最大的一个特点就是寒冷,南极也有高峰,但是南极的高峰不超过5000米,北极是在海里没有山。所以说我们叫第三极,最重要的是因为跟北极和南极一样,非常的寒冷。

        有的人在问,我们现在究竟是热还是冷?这个冬天不太冷,还是特别冷?全球变暖,是大家都很关心的问题,气候是波动的,实际上最大的一个波动的地区就在我们的青藏高原。8848米的珠峰,从来就是这样的吗?不是,在4.5亿年以前,我们通过化石可以证明那个时候珠峰是一片海洋,如果它们这些生物会唱歌的话,一定说我应该在海里,不应该在山里。

        46亿年前的地球开始早期演化,到了38亿年的时候,生命出现了。到了4.5亿年前的时候,生命的形式已经变得非常的多样,这是上世纪60年代,那个时候还是黑白的照片,可以从珠峰上面剥落下来的,奥陶纪4.5亿年前的岩石里面发现,下面的这些生物,珊瑚,腕足动物,角石,角石是一种头足动物,跟我们吃的鱿鱼,章鱼是一个家族,但是它是带壳的。

        到了2.2亿年前,从4.5亿年又过了那么长的时间,珠峰还是在海里。你是怎么知道的呢?我们继续能够找到化石的证据,而且是很大型的鱼龙化石,可以长到10米甚至更大的鱼龙。俗话说巧合全靠巧合,去年的这个时候我就在珠峰地区,这张照片可以看见我们在那个地方寻找鱼龙的化石。当然大家也会说运气不全靠运气,实际上要靠我们的艰苦的努力,我们找到了海洋生物的证据,在那个时候,整个珠峰,整个中国的南方,都被海水所淹没。流行歌有的时候也很准确,周杰伦在他的《蓝色风暴》里唱到:“洪荒世界70%都是水”这确实没错,我们在高原上找到的不断的变化就是海水。

        到了距今1.5亿年前,海水开始慢慢的退却了,并不是完全退出青藏高原。在青藏高原的东部昌都,如果你沿着川藏公路走的话,你可以观察一下两边的红色岩石,要找到恐龙可能比较难,也许你能看见恐龙的脚印,就在公路旁边岩石的层面上。而那个时候的恐龙显示,昌都地区跟四川盆地是连在一起的,它们的恐龙是非常的相似。

        时间继续往前推进,到了距今55个Ma,为什么要用这个词?表示百万年 megaannus,55个百万年,也就是5,500万年前,我们做地球科学研究习惯的这样的用法。

        这个时候发生了一次非常重要的地质的运动,我们可以说是史上最强烈的一次追尾,印度板块撞上了欧亚板块,造成了喜马拉雅山的逐渐的隆升。这个隆升是一蹴而就,就变成今天的8848米的高峰吗?其实不是。我们在青藏高原的两侧找到了巨犀的化石,巨大的犀牛有多么的巨大?可以看看上面的那张图,那是我们的一个技术人员在修复化石,而他面前的化石是巨犀的第二个颈椎,这一节颈椎比我们一米八几的小伙子看起来还要庞大。巨犀的体重我们经过详细的计算能达到24吨,可能大家也没什么概念,24吨有多大?今天最大的陆地上的哺乳动物是大象,非洲象比亚洲象更大,而在非洲象里面最大的个体,体重能达到6吨,24吨的巨犀相当于4头最大的非洲象的体重。这么大的巨犀它们却在青藏高原的两边都有分布,我们现在要去登珠峰,普通人去不了的,要翻越喜马拉雅山也非常的困难,而那个时候巨犀怎么能越过去呢? 实际上我们知道,在那个时候有很多低海拔的通道,其中最重要的通道,我们把它叫做中央谷地在青藏高原。

        巨犀在那个时候,是哪个时候?2,650万年前的时候,它们还可以穿过青藏高原,它们就像歌里唱到的“我曾经跨过山和大海”大海就是古地中海,或者我们把它叫做古特提斯洋,它一直延伸到塔里木盆地,所以说它们可以沿着这样的路线在高原上穿梭。

        什么时候变成了真正的高原,或者说已经有了非常高的海拔?我们都有经验,大家如果去西藏,非常担心的是高原反应,什么时候或者什么样的海拔高度会有严重的高原反应,或者是比较明显的高原反应呢?3000米,如果大概2000多米的地方还无所谓,还可以克服一下,但是到了3000米高原反应变得非常明显。而青藏高原在距今2000多万年以前,从2,600万年到2,100万年的阶段,青藏高原已经达到了3000米的高度。我们从这张图上可以看得出来,在2,000万年以前,这个地方还是一个热带或亚热带的生态的体系,有很多热带的鱼,热带的植物,比如说棕榈树在这生长。

        到了3000米的时候,已经变成了高山的针叶林,鱼类变成了裂腹鱼,那是今天青藏高原最典型的高原的鱼类。大家听这个名字裂腹鱼,肚子开着口不感染吗?实际上科学家有时候也很幽默,因为裂腹鱼在它的腹部有两排很大的鳞片,像我们的衣服一样,中间有一条缝双排扣的,所以把它很形象的叫做裂腹鱼。我们就在2,000万年前的地层里面,找到了裂腹鱼的化石,那些早期的热带鱼类,棕榈树都消失了,所以说我们知道在2,000万年的时候,青藏高原已经达到了3000米的这样的高度。

        3000米的高度会造成什么样的结果?大家知道,我们的西北地区都是一个干旱的地区,干旱是因为没有足够的降水,没有大洋送来的湿润的空气,太平洋过来太远了,印度洋过来,3000米的高度把暖湿气流阻挡住了。于是我们的西北包括整个的中亚的内陆,变成一个干旱的地区。有人问你怎么知道是干旱的?我们有证据,我们看化石。这是一个牛科的动物,或者叫牛超科,包括了麝跟牛这两种,它们有了最开始出现的角,头上长角,而牛长角是为了什么?它们之间也会争斗,如果说是一个湿润的环境,有很多的植被,有草有树,它们不用抢,有足够的吃的。 可是如果变成一个干旱的环境,比如说到了1,970万年到1,700万年之间,我们在阿尔金山,青藏高原的北缘,祁连山中段的这个地方,我们可以找到这个的化石,说明它有角。而且角首先发育在雄性个体的身上,它们要打斗,为什么打斗?它们要争夺草场。不是自己吃饱就够了吗?但是它们不是一人吃饱全家不饿,这样的偶蹄动物,都有一个家族,是一雄多雌的,还有很多它们的后代,所以它要占领草场,雄性之间就会发生争斗,它的角开始出现了。

        我们来看另外一个很有意思的例子,就是到了1,700万年前的时候,我们找到了早期的长颈鹿。长颈鹿为什么会长长脖子?很多人都以为甚至拉马克、达尔文,进化论的先驱,他们都以为是为了吃高处的树叶。大家看非洲草原,稀树草原很漂亮的金合欢树,就长颈鹿能够得着。可是也有人提出疑问,满地都是草不吃,干嘛非得伸长脖子,去吃稀树稀稀拉拉的几棵树?我们新的发现证明这种长颈鹿头上有个独角,最重要的是我们用力学的方法,来分析了这种长颈鹿,它是最善于头撞头的。左边这张图是我们发现的这种长颈鹿,它的力学的分析。右边最上面两张图,我们把它的有些的结构,比如说它颈椎给它缩小了,那一撞就断掉了。它们为什么也要打斗呢?那就是刚才我们说的原因,干旱。我们看右边的两张复原图,如果是一个水草丰茂的环境,大家都有草吃不用抢。如果是上面的那种干旱化的环境,那不仅为了自己抢,雄性还要为它们的家族占领一片草场。我们把这样的化石命名叫獬豸盘角鹿,盘角是它的头上有一个圆盘状的独角,獬豸是中国传说里面一种独角的神兽,我们也希望通过科学研究用这样的命名来弘弘扬中华的文化,所以我们把它叫做獬豸盘角鹿。

        为什么会长长的脖子?大家看我们的古代有很多的兵器,比如说流星锤,如果把手很短的话,够得到对方吗?够不着,所以说它们发展了更长的,更强壮的脖子,能更好的来跟另外一个雄性之间进行争斗。到了后来脖子越变越长,吃高处的树叶是一个附带的作用,不是为了吃树叶,把脖子长长了。

        大家说你只是讲了一两个例子,还有更重大的意义吗?太重要了。夏天我们经常会看,电视台转播非洲草原的动物大迁徙,迁徙是为了什么呢?寻找水源,它们也是逐水草而居,为什么会老要迁徙呢?因为非洲大草原也是一个干旱化的地区,但是非洲的那些动物,大多数只能在非洲追溯到700万年以前,当然也有一些本地的起源的,比如大象,它是在非洲起源的,可更多的类型,我们在青藏高原的北缘在1,000万年前的时候,比非洲早了300万年,这些类型就已经出现了,比如说黑犀牛,比如说非洲的很多的羚羊,我们可以追踪到它们在青藏高原的北缘先出现。这样一个变干的环境,随着全球的变化,很多地方都变干的时候,在这个地方先适应了环境的动物,它们取得了优势。我们还可以看更多的例子,这是一种蟒蛇,我们在青藏高原的北缘,找到了它们的化石。蟒蛇在非洲的撒哈拉沙漠分布,可是他的祖先可以在非洲跟我们的青藏高原北缘之间来回的迁徙。

        我们再看一个例子,这种化石有一个现生的亲戚叫做沙鸡。大家经常说母爱非常伟大,这种沙鸡它表示父爱同样的伟大,为什么呢?在干旱的环境里面,我们这个复原图大家可以看,正在低头喝水的是三个雌性的沙鸡,而没喝水,把胸部放到水里的是雄性的沙鸡,因为水源地有很多猛兽也会在这来喝水,它们胸前的羽毛已经变成一个海绵样的会吸水,然后它们会飞一二十公里,到了一个安全的,它们的巢穴,用这个胸前带回去的水,来抚育它们的幼畜。

        我们继续时间往前推进,到了六个百万年的时候,我们找到了另外一种鸟类的化石,这是一种猫头鹰,它叫日行猫头鹰。它为什么会在白天活动呢?是因为青藏高原到了六个百万年的时候,已经变成了高原,刚才我们说的高原寒冷,晚上就更寒冷,猫头鹰它们要吃的这些猎物,那些老鼠,还有鼠兔,晚上不出来活动了,所以说它只好在白天狩猎。

        而今天这样的白天活动的猫头鹰,如哈利波特上面有一个雪鸮,它叫什么名字?海德薇是吧。它就是生活在北极的,白天活动的猫头鹰,它们的祖先来自于青藏高原,因为青藏高原先进入了寒冷的环境。

        我们再来看藏羚羊是一个更典型的高原的动物,现在还在青藏高原生活。右边是藏羚羊的角,大家觉得左边画的藏羚角不是这么长吗?我今天给大家带来一件标本,这是距今700万年前的一对羚羊角。牛科的动物,它们的角是角质的,但是它的角心部分是骨质的,角质的部分,死亡以后就像我们人的指甲盖一样,就腐烂了,不能保存化石,它的骨质的部分可以形成化石,给我们留下了。如果大家再去博物馆,看见很大的牛科动物的角,一定说:“哇,这么大”,其实你应该再“哇”一声,因为它在活的时候,这个角心上还套着一个更大的角。我们知道700万年的时候,它们的祖先还生活在青藏高原的北缘,比如说柴达木盆地。到了500万年的时候,它们进入了高原,为什么呢?因为青藏高原达到了现在的高度,我放了一张图,大家觉得可能太复杂,其实很简单的一个道理,高原的植被是垂直分带的,下面是阔叶林,然后是针阔混交林,海拔在上升,变成了针叶林,再高,树没有了,变成高山的草甸。我们找到的马的化石,脚上有三个脚趾头的三趾马,它是一种生活在开阔的高山草甸地带的三趾马。有人会问你怎么知道它生活在高山草甸,又没拍一张照片留下来?我们分析了它的运动功能,它是一种快速奔跑的马,如果在森林里,跑不快,森林太茂密了,一启动就撞树上了,必须在开阔地方才跑得快。它为什么要跑得快呢?是因为它们要逃避敌害,没有地方躲藏。所以我们经过详细的分析,能证明在距今460万年大约500万年前的时候,青藏高原达到了现代的高度,而达到现代高度以后就进入了冰冻圈,真正适宜雪地生活的这些动物就出现了,我们在高原上找到了披毛犀,身披长毛,跟我们的长毛象一样,它们都是冰河世纪最典型的动物。

        可是以前也包括达尔文,他们按照合理的推断,觉得这些冰期动物应该是在北极圈起来的,但是在距今500万年前的时候,北极的年平均温度可以达到8℃,比现在暖和多了。那个时候最冷的,是已经到现在高度的青藏高原,年平均温度是0℃,在这样的地区耐寒的动物出现了。等到距今260万年前全球都变冷的时候,它们走出了高原,扩大了它的分布的范围。这个时候我们可以用一首歌来形容,雪花铺满地,生怕窗外枫叶已结成冰。那么全球都变冷了,更多耐寒的动物出现了,比如雪豹,我们在高原上找到了它们将近600万年前的祖先的化石。大型的猫科动物,我们把它叫做豹亚科,包括狮子,老虎,豹是最原始的,它们在青藏高原出现了,它的后代跟刚才一样全球变冷了,它们到处扩散,分布到了其他的地区。

        我们还可以看见盘羊,它们的后代甚至越过了白令海峡,因为冰期的时候海水大量结冰,海平面就下降了,白令海峡就露出了海面变成一个陆桥,盘羊一直可以跑到阿拉斯加,跑到加拿大,跑到美国,所以说青藏高原,在生物多样性中非常非常重要的作用。

        我们再来看一个很可爱的动物,北极狐,它们在冬天的时候毛色会变成纯白的,在雪地里便于隐藏。我们找到了在500万年前它们的祖先,也在青藏高原。等到后来全球变冷了以后,它们才扩散到了欧亚大陆的北部。现在全球又变暖了,所以它们在北极生活着,而和它有亲缘关系的兄弟藏狐,还在青藏高原待着。

        4,000万年前的时候,还有很多热带的甚至榕树,在青藏高原,那个时候海拔只有1000米。到了3,000万年前的时候,达到了2000米,但是巨犀仍然可以穿过,因为那个时候还有棕榈树,还有热带的鱼。到了距今2,000万年,那个时候变成针叶林,那些鱼都是冷水的鱼,犀牛变成很小的体型,还在这个地方生活着。而到了距今500万年前,海拔达到了4000米高度,进入了冰冻圈,只有长长毛的披毛犀,那些雪豹,盘羊,藏狐、北极狐,它们的祖先才在高原上的生活。

        大家说你讲了半天,一开始不是说我们人很关心全球变化吗?我们的人怎么还没出场?因为在1万年以前叫旧石器时代,实际上人在地球上并没有统治地位,一直到了新石器时代,冰期结束的时候,人类有了飞快的发展。你看看他们的武器有弓箭、有长矛,他们把那些大型的动物都逼的没有什么活路了,甚至用猛犸象的象牙来搭他们的窝棚,太奢侈了,但对当时来讲那些对他们来讲都没有用处。

        最后给大家一个启示,实际上地球的温度有非常强的波动,今天全球海水的表面温度大概是14.5℃,而在5,600万年前的时候,甚至温度比现在高10℃。那个时候怎么不担心全球变得太暖了?是因为我们前面的标尺是百万年。看我们的人类社会,从1850年到现在不是太久的时间,温度有明显的上升。从一开始是历史的记录,然后从模型的预测到2020年,模型预测的非常的准确,所以说我们担心未来会不会更暖。比如说悲观的认为到2200年会达到比现在高 8~9℃,最乐观的也就是我们现在经常说的2.6±1.4℃。实际上我们知道自然界有波动,但是它的变化速率是相对比较慢的,生物可以慢慢的适应,当然不是所有的都能慢慢适应,很多生态系统会逐渐变换。可是我们现在变得太快了,它来不及适应,还不说它传宗接代,在这一代它都没来得及适应,就被热死了。

        当然我们也要生活在地球上,我们也要使用能源,我们也要排放。看我们国家的政策,我们叫碳达峰,然后碳中和,就是说达到峰值以后,我们要让它逐渐的降低,这个是对我们人类,赖以生存的地球生态环境很好的一个保护。当然我们也会在适度的范围之内,保持我们舒适或者更加美好的生活。但是我们合理的利用能源,给我们的世界留下足够的空间。所以说我们要关心我们的生态的环境,关心我们的气候变化,我们可以从历史的记录里面得到很多的启示。