平均海拔4600米以上的青藏高原中部，現(xiàn)在是一片高寒荒蕪之地。青藏高原如何抬升到現(xiàn)有高度，許多演化細節(jié)仍不清楚。我科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)的蔣浪植物化石群，刷新了人們對青藏高原的認知——
高冷的青藏高原中部 4700萬年前是一片亞熱帶森林？
日前，中國與尼泊爾兩國向全世界正式宣布，珠穆朗瑪峰的最新高程為8848.86米。
珠穆朗瑪峰以及與之相鄰的青藏高原的崛起并非一蹴而就。長期以來，青藏高原地表抬升歷史，是新生代以來眾多地質(zhì)事件和氣候環(huán)境事件的邊界條件，也是青藏高原研究的熱點和難點。在漫長的抬升過程中，有大量的謎題：在青藏高原隆起到現(xiàn)有高度之前，那里到底是什么樣的?在“高冷”的青藏高原，數(shù)千萬年前真的曾藏著一個溫?zé)岬?ldquo;香格里拉”?
12月7日，美國《國家科學(xué)院院刊》首次發(fā)布了我國科學(xué)家關(guān)于4700萬年前青藏高原中部的一項重要“探秘”成果，彌補了此前認知和研究的大量空白。
發(fā)現(xiàn)古近紀最豐富植物化石群
青藏高原中部，平均海拔4600米以上，是一片廣袤的高寒荒蕪之地，卻是認識青藏高原形成過程的關(guān)鍵地區(qū)，長期以來備受地球科學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。盡管經(jīng)歷了幾十年的調(diào)查，青藏高原的地貌演化細節(jié)仍不清楚。
“為什么要研究青藏高原?因為青藏高原的形成，是新生代全球最重要的地質(zhì)事件，改變了我們亞洲的地形地貌，也塑造了亞洲的季風(fēng)氣候，以及現(xiàn)在的生物多樣性分布格局。”中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園蘇濤研究員開門見山地說，青藏高原是非常重要的一個研究區(qū)域，不僅對地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等各個學(xué)科都非常重要，人們關(guān)注的高原隆升時間跟隆升方式，也是青藏高原研究的焦點。
“作為地球上最年輕、最高的山脈，喜馬拉雅山脈是由印度次大陸與歐亞板塊碰撞形成的。然而對于喜馬拉雅山的隆升歷史及機制，仍存在爭議。”中國科學(xué)院昆明動物研究所車靜研究員說。
目前，關(guān)于喜馬拉雅山脈隆升歷史的主要假說有兩個：一是近期隆升假說，該假說得到了水文學(xué)和熱學(xué)證據(jù)的支持，認為喜馬拉雅山直到上新世中期才達到現(xiàn)有高度;二是漸進式隆升假說，該假說認為喜馬拉雅山在古新世晚期就已經(jīng)開始隆升，但前期抬升較為緩慢，直到中新世才開始快速隆升繼而達到現(xiàn)在的高度。
而化石是生物與環(huán)境在漫長地質(zhì)時期協(xié)同演化的產(chǎn)物，是探討高原生物多樣性演變歷史以及高原形成過程的關(guān)鍵證據(jù)。通過研究化石，科學(xué)家可以認識地質(zhì)時期的生物多樣性歷史，及其環(huán)境變化過程。
近10年來，中國科學(xué)家通過大量的青藏高原野外工作，發(fā)現(xiàn)了棕櫚、攀鱸、水黽等化石類群，種類非常豐富，這些類群在現(xiàn)在的青藏高原中部不復(fù)存在。
近期，由中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)組和中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所共同組織的“第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究”古生物科考隊，聯(lián)合國內(nèi)外多家科研院所，在曠野的風(fēng)霜中，在強烈的高原紫外線條件下，開展了大量野外工作及相關(guān)研究。
功夫不負有心人。不久前，在青藏高原中部的那曲市班戈盆地一個叫蔣浪的地點進行科考時，科考隊在一套灰色泥巖中有了重大發(fā)現(xiàn)。“經(jīng)過我們對整套出露地層的踏勘，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)化石的層位共有5層，種類非常豐富。這是迄今為止高原上發(fā)現(xiàn)的物種最豐富的新生代化石植物群。”蘇濤說，這一發(fā)現(xiàn)，意味著青藏高原古近紀具有豐富的、與今天截然不同的植物多樣性。
與北半球植物區(qū)系有過密切交流
蘇濤他們此次發(fā)現(xiàn)的蔣浪植物群，屬于古新統(tǒng)至始新統(tǒng)牛堡組，位于現(xiàn)海拔4850米，地處青藏高原中部“班公湖—怒江縫合帶”。
“在這套地層的多個層位中，我們發(fā)現(xiàn)了大量植物化石，包括葉片、果實、種子、花、地下塊莖等，共劃分為70余個形態(tài)類型，這是迄今青藏高原發(fā)現(xiàn)的物種最為豐富的新生代植物群。”蘇濤向科技日報記者介紹，通過鈾-鉛法放射性同位素測定，蔣浪植物群的絕對地質(zhì)年代約為4700萬年。
“蔣浪植物群的很多植物種類是青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄，和北半球同時期的植物群有著很高的相似性。”中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園周浙昆研究員告訴記者，這個植物群的不少種類，如兔耳果屬、椿榆屬、金魚藻屬、臭椿屬等，都是這些類群在青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄;一些種類，如翼核果族，甚至是該類群目前已知的全球最早化石記錄。
“這些化石類群的發(fā)現(xiàn)，表明青藏高原是周邊地區(qū)植物多樣性的重要源頭之一。”蘇濤說，其生物多樣性對青藏高原及周邊地區(qū)，例如東南亞、甚至對整個亞洲的生物多樣性的貢獻是非常大的。
非常有意思的是，蔣浪植物群中，有很多類群在如今的西雙版納熱帶植物園中居然能找到，一些種子及果實都能與古老的化石對應(yīng)起來。“比如有一種蘿藦亞科的種子，當(dāng)時我們還不知道它的分類學(xué)位置，有一次非常偶然的機會，在我們?nèi)ノ麟p版納植物園上班的路上，居然發(fā)現(xiàn)了與其現(xiàn)生對應(yīng)的種子，形態(tài)非常匹配。這表明，在4700多萬年前，青藏高原中部應(yīng)該是偏熱帶、亞熱帶的氣候類型。”蘇濤說。
與同時期的植物群比較發(fā)現(xiàn)，青藏高原在中始新世與北半球其他地區(qū)具有相似的植物區(qū)系組成，也就是說植物種類具有較高的相似性。其中，和美國綠河生物群的物種相似度最高，其次是德國麥瑟爾生物群，例如兔耳果屬、臭椿屬、椿榆屬在三個植物群中同時出現(xiàn)，說明當(dāng)時青藏高原與北半球的其他地區(qū)存在密切的區(qū)系交流。
古氣候重建表明這里曾溫暖濕潤
長期以來，人們對青藏高原地形地貌以及亞洲季風(fēng)和生物多樣性之間的復(fù)雜關(guān)系知之甚少。
除了關(guān)注古植物本身，蘇濤他們還把目光鎖定在青藏高原地質(zhì)時期的環(huán)境變化上，而“會說話的化石”，不僅記錄了地質(zhì)時期青藏高原生物區(qū)系的多種成分，還可量化當(dāng)時的溫度、降雨量等氣候指標，為4000多萬年前隱藏在青藏高原中部的“香格里拉”生態(tài)系統(tǒng)的古氣候面貌提供了最直接的證據(jù)。
“通過葉片的形態(tài)特征與氣候的相關(guān)性，并結(jié)合熱力學(xué)原理，我們定量計算出4700萬年前青藏高原中部的古環(huán)境：在季風(fēng)氣候下，東西向中央谷地森林的生長海拔約為1500米。”周浙昆說，他們利用氣候—葉片多變量分析程序，對化石植物群的古氣候定量進行重建，結(jié)果表明，中始新世青藏高原中部存在溫暖濕潤的季風(fēng)氣候，該地區(qū)既低又濕，年均溫度約為19攝氏度。
周浙昆、蘇濤團隊還利用熱力學(xué)原理，重建了植物群的古海拔，表明當(dāng)時青藏高原中部存在海拔不超過1500米的東西向中央谷地，南北兩側(cè)分別是岡底斯山和羌塘山脈，這也得到了模型模擬結(jié)果的支持。結(jié)合古生態(tài)組前期發(fā)表的棕櫚化石證據(jù)，中央谷地在經(jīng)歷了2000余萬年之后，由于北向擠壓和剝蝕填充，到了中新世才逐漸形成現(xiàn)在的高原。
蘇濤介紹，青藏高原本身結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它是由不同的板塊拼接而成的;而不同板塊形成的歷史不盡相同。這個山谷及其所占據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)，一直持續(xù)到中新世才逐漸結(jié)束。
“這項研究也為探討高原的形成過程提供了重要的古生物學(xué)依據(jù)。”周浙昆提示說，今后研究青藏高原生物多樣性演變歷史與古環(huán)境變化過程，需要考慮青藏高原形成過程的差異性和復(fù)雜性。
