动物冰河期幸存的真相!火山爆发成动物们的救命稻草
2014-03-13 10:48:00   来源:新华网
内容摘要
冰河时期,又称冰期,是地球气候长期低温、极地冰盖覆盖大陆的地质时期,澳大利亚科学家研究发现,一些物种之所以在冰期“幸存”下来,是因为南极火山的爆发,使温度升高,成为了动物们的救命稻草。

澳大利亚研究人员报告说,火山爆发产生的蒸汽和热度可能帮助一些植物和动物熬过冰河时期,这一成果也可以帮助科学家了解物种如何应对气候变化

冰河时期,又称冰期,是地球气候长期低温、极地冰盖覆盖大陆的地质时期,地球形成以来出现过多次冰期。冰期期间,温度下降,许多生物因为生存环境的改变而面临灭亡或被迫迁徙。

一些物种是如何在冰期“幸存”下来,这一直是困扰科学家的一个问题。例如,南极60%的无脊椎动物是南极洲独有的,已经生存了数百万年。而南极洲最近的冰期在约2万年前结束,在此之前这些动物是如何存活的,科学家一直没能找到答案。

澳大利亚国立大学和南极局的研究人员研究了数以万计南极洲的物种记录,包括苔藓、地衣、虫子等,这些物种至今仍生活在南极大陆。研究发现,南极洲有至少16座火山,距离火山越近,物种越丰富,距离越远,物种越少。这印证了科学家们的假设,即自最后一次冰期以来,物种逐步扩大活动范围,并逐步走出火山区域。

“火山蒸汽能够融化冰川下的大块坚冰,这里的温度可能比外部的温度高出数十度。洞穴和温暖蒸汽所覆盖的区域可能成为物种在冰河时期存活的场所,”弗雷泽说。

尽管此项研究针对的是南极洲的物种,但其成果可以帮助科学家更好地理解冰河时期中其他地方的物种如何度过这一寒冷时期。“我们可以从过去的气候变化的影响吸取经验,应对目前人类活动导致的日益加速的气候变化,”弗雷泽说。


【研究发现:冰期动物从青藏高原走向北极】

猛犸象和披毛犀都是最具代表性的第四纪冰期动物,而长期以来冰期动物群被认为与更新世的全球变冷事件密切相关。这些动物的身体构造也表现出对寒冷环境的适应,如体形巨大、身披长毛。

由于这些特征,科学界推测认为,这些冰期动物起源于北极圈,此后随着冰期的来临逐渐向南迁移。然而由于证据的缺乏,长期以来这一推论既无法被证实,也无法被证伪。

2007年,中科院古脊椎动物与古人类研究所的考察队,在喜马拉雅山西部海拔4200多米的扎达盆地中,一次“幸运”的发现证实,以往的推测不仅离事实相去甚远,甚至在冰期动物的迁移路线的判断上,根本就是南辕北辙。

2011年9月2日出版的《科学》杂志报道了邓涛等人的这一成果。

《科学》杂志的报道,包含了一组来自青藏高原的上新世哺乳动物群化石。这组化石中的“明星”,就是2007年发现的一具完整的披毛犀头骨和下颌骨。

晚更新世的披毛犀(Coelodonta antiquitatis)是已绝灭的最著名的冰期动物之一,是犀牛的一种。披毛犀具有非常粗壮的骨架、厚重的皮毛和巨大的鼻角。然而,化石记录的缺乏使披毛犀的早期历史模糊不清。

20世纪初期,在河北泥河湾,法国古生物学家德日进发现了一个外壁上具有披毛犀特殊褶曲的乳齿列,因而将这件标本归入披毛犀。它清楚地显示了一些原始的性状,表明披毛犀应该起源于亚洲。但由于材料太少,在起源问题上,早年的这件标本没有足够的说服力。

在扎达盆地发现的新种,被命名为西藏披毛犀(Coelodonta thibetana),包括属于同一成年个体的头骨、下颌骨和颈椎。

西藏披毛犀具有披毛犀的一系列典型特征,包括修长的头型、骨化的鼻中隔、宽阔而侧扁的鼻角角座、下倾的鼻骨、抬升而后延的枕嵴、高大的齿冠、发达的齿窝等。

然而,西藏披毛犀具有一些不同于其他进步的披毛犀的特征,表明它在系统发育上处于披毛犀家族谱系的最基干位置,也就是说是最为原始的一种。根据动物群对比和古地磁测定,邓涛等人将西藏披毛犀的生活年代,锁定在上新世中期约370万年前,是目前已知的、最早的披毛犀。

西藏披毛犀的更原始形态和更久远的时间,表明它不仅不是北极圈中发现的冰期动物的“后裔”,相反是它们的“祖先”。

冬季训练场

根据这些新发现,邓涛等人重新“绘制”了冰期动物的迁徙路线图。

“西藏披毛犀的出现,表明冰期动物起源于西藏,而不是北极。”邓涛对《科学时报》说,“早在370万年前,西藏曾是全球最寒冷的地方。”

邓涛将370万年前的高海拔青藏高原比喻为冰期动物群的“训练基地”。他解释说,它们在寒冷的青藏高原受到了耐寒的训练,此后随着冰期在280万年前开始显现,西藏披毛犀带着对寒冷的适应能力,走出西藏,成功地扩展到包括北极圈在内的欧亚大陆北部的干冷草原地带。

除了西藏披毛犀外,目前已知的还有3种披毛犀:早更新世约250万年前中国北方的泥河湾披毛犀,中更新世约75万年前西伯利亚和西欧的托洛戈伊披毛犀,晚更新世欧亚大陆北部广布的最后的披毛犀。最后的披毛犀在1万年前的更新世末消失。

披毛犀的所有已知种都生活在欧亚大陆的寒冷环境中,尤其是西伯利亚,有限的几个分布靠南的地点都是高海拔地区,位于青藏高原内部或靠近其东缘,如青海共和、甘肃临夏和四川阿坝。

随着全球气候变冷,严寒环境漫延,披毛犀的祖先从高海拔的青藏高原向高纬度的西伯利亚迁移,最后演化为最成功的冰期动物之一。

有多少冰期动物走出青藏高原?

古脊椎所最近对扎达盆地的科学考察,开始于2006年。这些年来,考察队还发现了岩羊、雪豹、藏羚羊等多种“耐寒”动物的化石。

邓涛等人的研究认为,披毛犀并非唯一一种起源自青藏高原的冰期动物,独特的青藏动物群可以追溯到晚中新世时期。与披毛犀的演化历史相似,岩羊的祖先也出现在扎达盆地,在随后的冰期里扩散到亚洲北部。

与披毛犀一样具有巨大体形和厚重长毛的牦牛,也被发现在更新世时期向北扩散,远至西伯利亚的贝加尔湖地区。在青藏高原现生动物群的典型种类中,藏野驴在北美阿拉斯加的更新世沉积物中也有发现。藏羚羊的起源,可以追溯到青藏高原北部柴达木盆地、晚中新世时期的库羊。雪豹的原始类型,发现于扎达盆地的上新世,并在更新世扩散到周边地区。

西藏披毛犀的发现,对青藏高原隆升的研究也有着重要的参照意义。邓涛说,如今的扎达盆地冬季平均温度大约在摄氏0度到零下4度,这也是西藏披毛犀适宜的生存温度。由此可以推测认为,早在370万年前,扎达盆地的温度与此相仿,在海拔上已接近甚至超过目前4200多米的高度。

过去,人们一直在极地苔原和干冷草原上寻找第四纪冰期动物群起源问题的答案,如今邓涛等人的研究,为解答这类问题,指出了一个新的地理坐标——青藏高原上的严酷冬季,早已为耐寒的猛犸象动物群中的成功种类提供了寒冷适应进化的最初阶段。


【万年前陨石爆炸导致冰河期动物大灭绝】

英国每日电邮报道,近日科学家声称,巨大陨石在地球大气层爆炸可能引发了冰河时期的动物,例如猛犸象的灭绝。科学家发现了大约1.28万年前较大陨石在地球大气层里破裂的证据,而那时恰好是猛犸象灭绝的时期。

科学家研究了全球18处考古遗址的沉积物后发现了较小的碳球体,他们认为这是多重撞击和陨石碎片空中爆炸的特征。科学家认为在这场事件中,几百万吨重的尘埃和火山灰被抛入地球上空,堵塞了大气层并改变了全球气候。

他们的这项发现挑战了之前的论断,后者称人类猎杀才是冰河时期大型动物,例如猛犸象、毛犀牛和剑齿虎灭绝的罪魁祸首。目前很多科学家认为很可能是气候变化加上人类猎捕的双重效应导致冰河时期很多物种大规模灭绝。

然而,1.28万至1.15万年前期间气候的骤然改变,也就是地质学家所谓的新仙女木事件,发生的具体原因却一直是个颇具争议的话题。带领这项最新研究的学者、美国北亚利桑那大学的詹姆斯·威特基(James Wittke)博士说道:“1.28万年前发生的陨石撞击在时间上与很多重大环境事件相吻合,包括新仙女木事件开始时温度的骤降,以及某些更新世末期巨型动物的大规模灭绝。”

一支威特基博士参与的国际科学家小组研究了某些冰河时期末期考古遗址的黑炭球。他们总结称“外来天体”经过地球大气层产生的热量和冲击波导致了高达2200摄氏度的高温,高温将沉积物融化形成了这些黑炭球。

科学家还将这些小球体与火山、闪电和人类活动产生的类似物体相对比,但发现它们并不一致。这项发表在期刊《美国国家科学院院刊》的文章估计,陨石碎片大约抛射了1000万吨重的小球体到超过4921万平方千米的地区范围内。此外,陨石撞击的同时期有大量大型动物死亡,同时还存在重要的人类文化变化的证据,科学家这样表示。

参与这项研究的教授、美国辛辛那提大学的人类学家和地质学家肯尼斯·唐克斯利(Kenneth Tankersley)认为这种改变发生的概率非常小。“很有可能它引起了气候变化,而气候改变产生了这种大灭绝情景。你可以迁徙、减少规模否则你就灭亡。人类在那时候就已经像现在一样足智多谋且资源丰富。没有了猛犸象作为主食,人类不得不适应之后的环境而生存下来。”

“这就像是一个警世钟,它告诉我们人类本身是多么的脆弱和不堪一击。设想一下现在发生一起陨石撞击爆炸事故并覆盖了四个大洲。人类可能能够继续存活下来,但是肯定会与现在有所不同,这种重大事件就像生存游戏的主宰者。”


【俄科学家欲“还原”冰河期生态】

随着全球气候变暖,俄罗斯西伯利亚苔原地带的冻土层消融速度加快。如何保住永久冻结带,避免更多碳排放,成为全球研究人员所面临难题。

一名俄罗斯研究人员20多年前着手行动,往西伯利亚地区引入雅库特马、驼鹿、麝牛等1万年前生活在当地的野生动物。

他的目标是:把西伯利亚生态系统“还原”到冰河世纪末期以前。

引野生动物加固冻土层

俄罗斯研究人员谢尔盖·齐莫维奇专攻量子物理学,过去几十年间却迷上这项旨在改造西伯利亚生态系统的计划。

齐莫维奇认为,冰河时代,西伯利亚地区栖息大量食草动物,形成特定生态系统。如果能把这些野生动物重新引入这一地区,就能把贫瘠苔原恢复成肥美草地,从而稳固冻土层。

依照他的解释,食草动物不断啃去旧草,粪便为植被提供养料,促使野草在夏季和秋季不断冒出新芽。到了冬季,动物踩踏积雪,有助于加固冻土层。另外,野草比森林更易反射太阳光线,有助缓解气候变暖。

齐莫维奇接受美联社记者采访时把这项计划称作自己的“业余爱好”。他说:“一些人拥有自己的小花园,而我拥有一个‘冰河世纪公园’。”

着手建“公园”实验引关注

齐莫维奇1989年着手实施这项方案。他所创建的“东北科学站”在西伯利亚北部划出总面积为160平方公里的森林、草地、灌木林地和湖泊。这片区域周围是600平方公里野生环境。

齐莫维奇开始在这片区域打造“冰河世纪公园”。夏季,研究人员乘坐一艘有20个床位的船前往这片区域;10月冰封后,可搭乘雪地车辆前往。

齐莫维奇偶尔会用一辆旧的俄制坦克往设在科雷马河附近的实验室运送物资。另外,他已订购一艘气垫船,单价10万美元。

“公园”内设有一座32米高的塔,定期采集甲烷、二氧化碳和水蒸气数据。这些数据随即录入美国国家海洋和大气管理局所负责的一套全球气候监测系统。

齐莫维奇的实验室吸引世界各地不少研究人员注意,部分原因在于它所处独特地理位置。按照美国伍兹霍尔研究中心研究员马克斯·霍尔姆斯的说法:“北极(陆地)大部分位于俄罗斯境内,而北极研究机构却大多不在俄境内。”

还原目标关键在于动物

要把西伯利亚生态系统“还原”到冰河世纪,关键在于让曾经存在于这一地区的食草动物回归“故里”,而不是引进其他地区的动物。

最初,齐莫维奇向“公园”引进40匹雅库特马。结果,15匹落入狼口,12匹因吃下有毒植物死亡,两匹跑出这片区域、回到先前所栖息的草原。

齐莫维奇于是引进更多马匹。渐渐地,马群学会避免啃食有毒植物以及逃避肉食动物追捕。最近3年里,新生马匹数量超过死亡数量。

他说,挑战在于如何维持食草动物与食肉动物的最佳比例,以及如何帮助食草动物适应当地环境、熬过最初几个冬天。

工作人员偶尔会向马群提供谷物,以帮助它们补充盐分。马群中,大约半数定期前来接受喂食,另外半数极少“露面”,仅留下些许生存痕迹。

2010年9月,齐莫维奇从弗兰格尔岛自然保护区带回6头4月龄的麝牛,其中1头几周后死亡,另外几头仍需人工喂食。

另外,引入驼鹿方案进展得不够顺利。“公园”内现有大约70只食草动物,而要实现西伯利亚生态还原目标,需要引入数以千计动物。

齐莫维奇说,引入1000头野牛预计耗资100万美元,而在他心目中这笔钱花得非常值,因为“如果永久冻结带消融,本世纪将新增1000亿吨碳排放”。


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