攀鱸被捲入青藏高原隆升之謎的激烈爭論—新聞—科學網

2021-01-09 科學網
一條「行走」在高原的魚 攀鱸被捲入青藏高原隆升之謎的激烈爭論

西藏始攀鱸及其生境復原圖,吳飛翔繪

西藏始攀鱸正模

 

中國有一個成語叫「緣木求魚」,說的是爬到樹上去捉魚,比喻走錯了方向是不可能達成目的的。可在18世紀,博物學家在印度真的發現了一種相傳能爬樹的神奇的魚類——攀鱸。它可以躍出水面,翻越陸地,甚至爬到高高的棕櫚樹上。更不可思議的是,這種魚類的近親在2600萬年前竟然出現在了青藏高原上。

生活在熱帶的現生魚類為什麼會出現在平均海拔4500米的高原?攀鱸不同尋常的現身讓自己捲入了一場持續已久的關於青藏高原隆升之謎的激烈爭論中。

魚還能被水憋死

1792年,德國博物學家布洛赫第一次用「龜殼花鮨」之名記載了採自亞洲的攀鱸標本,後來稱之為「龜殼攀鱸」。它們主要分布於南亞、東南亞和西中非熱帶低地。我國雲南和廣東的熱帶地區也有分布。

這種魚既沒顏值也沒身材,一身大眾銀灰色,少數是土黃色。倒是它鰓蓋邊緣的鋸齒,背鰭和臀鰭上鋒銳的硬刺,隱隱顯出一點硬朗的氣質。事實上,攀鱸性情兇猛,它們甚至會暴食同類。

而且,自打出現,攀鱸就是靠著頑強的生命力行走江湖的。因為它是一種可以同時用鰓和「肺」呼吸的魚類,離開水面照樣可以生存。如果沒有陽光暴曬,又有一定的溼度,它可以在陸地晃蕩很長時間。極端情況下,大不了把自己埋在潮溼的土壤裡,維持數周的生命也不成問題。

科學家猜測,這可能跟競爭和水體汙染有關。這也意味著,當生存環境變化時,攀鱸能比其他魚類活得更久。

不過,讓它萬分尷尬的是,身為一條魚,它卻可能被水活活憋死。原因是,攀鱸用於水中呼吸的鰓大大萎縮了,溶解氧利用不足。因此,它們只能生活在淺水裡,每隔十幾二十秒就得探出腦袋呼吸,一旦被困水下,就會因缺氧而暈厥甚至死亡。

來到陸地上的攀鱸,姿態十分逗趣。和人類一樣,要想學會走,必先學會立。那麼,攀鱸是靠什麼立起來的?原來,它會儘可能打開兩側的鰓蓋,憑藉鰓蓋邊緣堅硬的鋸齒,還有發達的胸鰭和腹鰭,像四肢一樣地支撐起整個身體。

立起來的攀鱸也隨之擁有了一條魚本不該有的視野:它知道要越過哪片陸地去尋找新的棲息水域。行進中的攀鱸,必須使勁兒搖頭擺尾,從而帶動身體連爬帶跳著向前,不但速度奇快,耐力也不一般。有養殖專業戶親眼見識過攀鱸順著雨水跋涉了將近1公裡。

至於攀鱸會爬樹的說法,其實不過是民間傳說。18世紀,一位丹麥博物學家曾經目睹過在樹縫裡爬動的攀鱸,並進行了科學記錄,可在此之後,並沒有更多證據可以證明這個說法。後來,現代魚類學家澄清,陸地上行走的攀鱸可能是遭遇了鳥類,而被叼到了樹椏上,偶然被人類遇見,才有了這個有趣的誤會。

謎之器官——迷鰓

現生的攀鱸喜溫暖溼熱的環境,適宜溫度在15 ℃~30 ℃之間,分布區海拔大多在500米以下,在河湖邊緣、沼澤、稻田裡常能見到它們的影子。中國最南端的地區還有食用這種魚類的傳統。所以,當它們的化石出現在平均海拔4500米、寒冷又乾燥的青藏高原時,著實令人吃驚。

位於青藏高原納木錯北部的倫坡拉和尼瑪盆地,是新近發現的古生物化石的富集地點,每年夏天都有古生物學家在那裡探索作業。幾十件保存完好的攀鱸化石就是在那兩個地點距今約2600萬~2400萬年前的晚漸新世地層中被發掘出來的。

「根據外形判斷,不難發現這些化石就是攀鱸科的魚類,但直到把它們放到電鏡下面,才坐實了它們與現代攀鱸的親緣關係。」在堆滿了魚類化石的辦公室裡,中科院古脊椎所副研究員吳飛翔指了指旁邊的電子顯微鏡。

電鏡找到了最為關鍵的證據:它的鰓腔裡有幾塊好似玫瑰花瓣的褶皺狀薄片,那是由鰓骨特化而成的結構——迷鰓。

他解釋道,現代攀鱸的迷鰓表面覆蓋著呼吸上皮,有著豐富的毛細血管,而且不同於其他正常的鰓,通過迷鰓的血液會經由靜脈回流到心臟。憑藉這一器官,攀鱸才可以直接呼吸空氣中的氧氣,成為行走的魚類。而且,由於迷鰓結構複雜,擠佔了鰓腔大部分空間,導致它們無法在水中正常呼吸。

他還發現,迷鰓骨片上穿有孔洞,這一特徵意味著迷鰓的發育程度更接近於在空氣中呼吸能力最強的亞洲攀鱸。

除此之外,雄性化石攀鱸擁有一種多刺狀觸器,這一結構就長在它的臉頰上。在交尾時,雄魚擁抱雌魚,並用這一觸器刺入雌魚的身體,刺激它釋放更多的卵子,確保受精的質量。這一系列發現都說明,青藏高原的化石攀鱸具有類似於現生攀鱸的生理和生態特徵。

那麼問題出現了,千百萬年的演化可能讓擁有相似生理特徵的同類群生物適應兩種反差巨大的生存環境嗎?

答案是否定的。

演化使得化石攀鱸和現代攀鱸在尾骨骼結構上有很明顯的差別。但那些決定其生態習性和環境偏好的解剖結構並沒有變化。因此,吳飛翔認為它們所能適應的環境應該大致相同。

既然化石攀鱸也擁有迷鰓,對於布滿那麼多毛細血管的器官而言,低溫會導致血液無法回流心臟而死亡。必要時上岸呼吸、行走,還需要保證一定的溼度,且紫外線輻射也不能太強。那麼,2600萬年前,化石攀鱸要想存活,同樣只可能在足夠溫暖、潮溼的低地。這與今天化石產地海拔高(近5000米)、紫外線輻射強、低溫(年均溫約1.0℃)、水體溶氧量高的環境截然不同。

也許最簡單和合理的推測是,晚漸新世的青藏高原內部,其實就曾是溫暖潮溼的低地,在此之後經歷了巨大的變化才演變成現在的樣子。順著這個思路,古生物學家就需要找到更多的化石證據來支持這一猜測。

牽涉一場持續已久的爭論

事實上,就在發掘化石攀鱸的同層巖石裡,古脊椎所的古生物學家還找到了相同環境下生存的植物化石。這一植物群落包括了典型的喜歡暖溼環境、葉型碩大的棕櫚,菖蒲以及與浮萍類關係密切的天南星科水生植物。最近,他們又在同一層位發現了鯰魚和蛙類化石。於是,他們認為,晚漸新世這一地區的生物群落與現在中國南部亞熱帶地區比較接近,且群落所在地海拔應該僅1000多米。同層的某些昆蟲化石,也指示著相似的古海拔高度。

不過,這樣一個生物群落所指示的古環境,與目前基於地質學、地球物理化學等數據而得出的推斷有著不小的分歧。沒料到,化石攀鱸的出現,竟牽涉了科學界關於青藏高原隆升歷史持續已久的爭論。

一方是來自近年來最有代表性且在國際上很有影響力的研究成果,基於穩定同位素分析而推測高原古高度。研究者們在此基礎上建立了高原隆升模型,得出的結論認為,青藏高原的主體早在4000多萬年前就已經達到現在的高度了。

不過,儘管同位素測古高程的方法發展很快,但目前還存在一定的不確定性,分析結果還需要其他學科的獨立證據加以適當的補充和修正。

另一方觀點綜合了青藏高原考察的各種信息,認為自5000多萬年前印度—亞洲板塊碰撞以來,青藏高原的抬升過程經歷了不同的階段。其中,主體的快速隆升階段應該發生在晚中新世甚至更晚。

古生物學支持的是後者。他們將今論古,通過鑑別化石群落,比較和分析與之最接近的現代群落的環境信息,從而重建古環境,推算古高度。

綜合了魚類、哺乳動物、植物化石的信息,古生物學認為在距今不到3000萬年的漸新世晚期,青藏高原中心區域的海拔約在1000多米。

不同的化石所反映的環境信息之間是可以相互校準和佐證的。化石攀鱸由於其特殊的生理結構和生態習性為這段地質歷史添加了有著較強約束力的新的獨立證據。歷史的真相只有一個,吳飛翔相信,不同的方法和觀點之間也應該能夠相互參照,從而讓已有的高原隆升模式得到不斷的完善和修正。

青藏高原是地球上最年輕也是最高的高原,它的出現是新生代以來全球環境變化至關重要的影響因素。普通人同樣有理由好奇,地球「第三極」到底是何時出現,又是何時變成了現在的樣子?

在科學家找到更全面確鑿的證據之前,每一個人都可以選擇尋找答案的方向。

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