推翻達爾文猜想！冰期動物竟起源於青藏高原？

出品：&34;公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為中科院古脊椎動物與古人類研究所副所長、研究員鄧濤演講實錄：

為什麼會到這個研究所工作呢？因為我熱愛大自然。

小時候沒有電視，更沒有網絡，可書還是有的。我父母都是中學老師，我父親是教外語的，家裡有一些國外的書，主要是前蘇聯的。

我記得有本書裡面講的是一個小孩子跟著考察船到北極去探險。雖然我當時看不懂書的內容，但它裡面有很多插圖，比如說北極熊、北極狐、海豹。

我覺得很有意思，就拿透明紙蒙住插圖，把它畫下來。

北極，對我來說是遙不可及的，但縣城的北郊總該是可以去的。因此我總是想去外面。

上中學時，我會騎自行車了，就有了更大的追求，也就是所謂的「詩和遠方」。我家在四川宜賓，因此所謂的遠方，也只是十幾公裡到二十幾公裡以外。

可是我心有不甘，想去真正的遠方。

走遍天下的專業

1980年，填高考志願的時候，我看到了北京大學的招生簡章，其中有幅圖是北大古生物專業的同學，他們在大連海濱進行海洋生物實習。

這不就是我想要去的地方，想要做的事兒嗎？

所以我就填了這個專業，然後非常幸運的被錄取了。到學校後，跟同學聊天時，我才發現我是唯一一個第一志願學古生物專業的學生。

在那個年代，大家都說「學好數理化走遍天下都不怕」，而學了古生物專業，也是真正能走遍天下。

讀大學的每個夏天，我們專業的都可以到野外去實習。從南到北、從東到西，很多國家的很多地方，我們都去過了。

在研究所，我們可以去世界各地考察。下圖是在美國的西部，我和國外的同行一起進行科學考察。

對嚮往大自然、喜歡戶外的人來說，還有一個地方更有吸引力。哪怕是走遍世界各地，我們最想的，還是到西藏去、到高原去、到世界的屋脊去。

在這裡，能感受偉大的大自然和它特別的文化。那這一片冰天雪地和我的專業、工作有什麼關係？

第一次去西藏，我是要研究生物的進化過程、地球的變遷和青藏高原的滄桑變化，因此我們需要找到青藏高原隆升過程的證據。

下圖是典型的冰河世紀動物——猛獁象、劍齒虎、野馬、大角鹿、披毛犀。

大家可能經常聽說，在西伯利亞的凍土裡找到了冰凍的動物，也就是死亡動物的屍體，例如上萬年的猛獁象、披毛犀、洞獅，以及其它的一些冰期的動物。

上圖右邊是在波蘭的某瀝青湖裡找到的化石。它像是一個木乃伊，好比瀝青把它的水分抽乾，使它的皮膚、肌肉、毛髮都被保留下來，因此我們就知道它是披毛犀。

因為全球變暖，很多冰河世紀的動物滅絕了，冰河世紀也消失在一萬年前。但是我們的祖先，古人類在幾萬年前跟它們相遇過，甚至把它們作為獵物。

上圖是在法國南部的洞穴裡，古人類留下的畫。我們可以很清楚的看見，這些動物是長著長毛的，以適應寒冷的氣候。

尋找冰期動物的起源

那它們的起源是在哪裡呢？

上圖藍色地區是冰河世紀快結束時，披毛犀的分布地區。

它在靠近歐亞大陸北邊、靠近北極圈的地方分布非常廣泛，而因為北極圈很冷，往南就變少了。

冰河世紀開始之前，這些動物可能是起源於北極圈。隨著冰河世紀的到來，全球變冷，它們就向南擴散。

達爾文在1859年出版的《物種起源》裡面，他認為冰期動物是在北極起源的。他說：「生命的水體，也沿著從北極低地到赤道高地這一條徐緩上升的線，把其攜帶的生命漂浮物，留在了我們的高山之巔。」

為什麼說「留在我們的高山之巔」呢？

因為全球變暖後，這些動物在海拔低的地方沒有辦法生存。今天我們在青藏高原可以看見很多耐寒的動物，例如藏羚羊、藏野驢、犛牛、雪豹，以及我們不太熟悉的巖羊、藏原羚、盤羊，都在高原上。

按照達爾文當時的想法，它們的祖先是從北極來的，這僅僅是想法嗎？實際上有些證據。

在末次冰期，也就是在冰河世紀快結束的時候，在貝加爾湖地區很靠近北面的地方，犛牛的化石被發現。在阿拉斯加，藏野驢的化石也被發現了。看起來達爾文提出的觀點是正確的。

可達爾文完全正確嗎？進化論是正確的，可是在1859年，達爾文的很多證據是不太充分的。

進化論最重要的其中一個基石——遺傳學，那個時候還沒有人認識，很多古生物的證據鏈也是不完善的。

這其實也是達爾文偉大的地方，他根據這些蛛絲馬跡推導出了完全正確的進化論。

但也有人懷疑他的一些細節，比如說這個法國傳教士和古生物學家。二三十年代，他來到中國，取了個中國的名字叫德日進。

作為一個科學家，他尊重事實。上圖右方是他在河北陽原縣泥河灣，研究的哺乳動物的化石，這是一個犀牛的乳齒。

乳齒是剛出生長出來的那一副牙齒，這說明這是只幼年的犀牛。而他發現這個犀牛確實是披毛犀，但是跟剛才提到的末次冰期的披毛犀不一樣。

因為這個披毛犀生活在兩百萬年前，冰河世紀早期的時候，他覺得這個披毛犀是原始的。

按照達爾文的想法，原始的披毛犀，應該出現在更靠近北極的地方，而不是在西伯利亞南面或是河北出現。

他僅提出了這個疑問，但沒有更多的材料。真正進展是在2000年，我們在甘肅的臨夏發現了跟泥河灣一模一樣的化石。

包括跟它完全一樣的乳齒，還有完整的頭骨、下頜骨。我們發現它確實跟後面的披毛犀不一樣，它是更原始的。

尋找冰期動物的起源

那麼我們到哪兒，再找比它更早的祖先呢？

依照這個路線，我們是不是要再往南去？250萬年前是冰河世紀剛開始的時候，比250萬年前更早，就在500多萬年前到250萬年前之間，地質上稱此階段為「上新世」。

這時全球處在一個溫暖的時期，我們顯然不能到更南的地方去找它，那麼我們該去哪裡？

這張照片是初夏時的臨夏盆地。盆地裡是綠色的，可是遠處的山上有雪、有雪峰。

高原是高寒的環境，因此我們想，更早的化石會不會在高原上？所以我們要到西藏去。

但它有幾百萬平方公裡，我們要怎麼找？

因此我們必須遵循兩條線索：

第一，我們要尋找的那一段，沉積物要存在；第二，要有化石。比如說我要找鯊魚的化石就一定要在海洋的沉積物裡面找；我要找到披毛犀的化石，一定要在陸地上的沉積物裡找。

最後，我們得到一個證據，這是青藏高原的第一塊被研究的化石，實際上也是中國第一塊用於研究的化石。

這原是英國人法爾康從青藏高原得到的化石，但不是他自己採集的。

我們的幾個藏族同胞去印度做貿易，法爾康發現他們身上戴的護身符，其中有兩塊竟然是化石，他鑑定出這就是犀牛的化石。

但他認為這個和在印度生活的印度犀、獨角犀是一樣的，這個事情就擱置了。

而這對我們很重要，我們要去西藏，要去札達，去他發現化石的地方。大家可能沒有聽說過札達，但西藏的阿里大家應該比較熟悉，是孔繁森生前工作的地方。

在扎達幾百萬年前的地層裡面，我們找到了最早的披毛犀。下圖的紅點，就是我們找到化石的地方。

下圖是札達的一個觀景臺，我們可以看見後面非常漂亮的雪山——依比崗麥神山，這個神山正對下來的位置就是我們找到披毛犀化石的地方。

我們找到的化石是骨折了的，它在地層裡被保護著。

我們在野外用石膏繃帶處理，就像人類骨折了在醫院裡處理一樣。我們把它採集回來，在實驗室裡修復，最終恢復成它們生活時候的狀況。

它用它的角在雪地裡刮開積雪來尋找食物，所以它的角跟現在犀牛的角最大的不同在於，它的角是扁的，而現在犀牛的角是圓錐狀的，就是因為它們角的用途不一樣。

因此，我們得到了一個結論，披毛犀走出了西藏。

在上新世、幾百萬年前，全球還是暖的時候，它只能待在高原上；可是在250萬年前的時候，它到達了甘肅的臨夏盆地；

在200萬年前的時候，它到達了河北的泥河灣；在75萬年前的時候，它到達了西伯利亞。

這只是找到的冰河世紀其中一種動物，那其他的這些動物，除了滅絕的以外，達爾文說有一部分留在高山，還有一部分留在它祖先的地方。

留在高山之巔上

留在高山的，比如犛牛、雪豹；留在它祖先的地方的，北極狐、北極熊。它們也是在高原上起源的嗎？

我們找到了證據——在高原上找到的雪豹的祖先的化石，這是它化石的復原圖。

雪豹起源於高原上，但它也在冰河世紀來臨時走出了西藏，它的後代甚至到了非洲、美洲。因為雪豹的祖先，實際上是現代所有大型貓科動物的共同祖先。

我們也在高原上找到了北極狐的祖先的化石，五百萬年前，北極狐在高原上起源。

冰河世紀來臨的時候，它們擴散到更多的地區，當全球變暖的時候，它們只能待在北極。

我們還找到了盤羊的化石，盤羊不僅擴散到西伯利亞，它還越過白令海峽到阿拉斯加，這是盤羊的其中一種。

在美國和加拿大交界處，有另外一個種叫加拿大盤羊，這兩個種的祖先都是546萬年前起源於高原上的。

如果說高原是冰期動物起源的搖籃，那它本就是一直如此嗎？

並不是這樣的。我們研究了一個現在海拔為4700米，完全是高山草甸的地區。

我們用它的花粉化石恢復的環境，發現它一千萬年前的海拔是2500米，甚至還有棕櫚樹在這裡生長。

那麼這個地方什麼時候達到了現在的高度？

所以，我們研究了一千萬年前，在此地森林裡生活的三趾馬的化石。我們也在札達盆地找到了460萬年前的三趾馬。

我們分析它的運動功能，能夠證明它是在草原上生活的，而已經不在森林裡了。但高原的植被是垂直分布的，草原在森林上限以上。

通過科學分析，我們重建當時的植被——460萬年前，森林和草原的分界線應該是在垂直高度四千米的地方，而我們找到化石的地方恰恰就在四千米。

也就是說在上新世時，它就達到了現在的高度，形成了一個冰雪的環境，於是耐寒的動物便在高原上起源了。

我們用一張圖來重建這樣一個過程——三千萬年前，高原在兩千多米的地方；一千五百萬年前，高原隆升到三千米；五百萬年前，高原變成了現今的高度，形成一個冰雪的環境。

札達的年平均溫度是零度，所以高原上的動物形成了耐寒的習性。到了冰河世紀，250萬年前時，它們走出了西藏。

而當時全球的其他動物都是適應溫暖氣候的，那個時候的北極都比現在溫暖得多，所以那些具有耐寒習性的動物，只能待在高原上。

可是當冰河世紀來臨時，這些高原上的動物就獲得了優勢。我們把這個行為叫做動物的預適應，它們走出了西藏，替代掉了那些原來生活在低海拔的、喜歡溫暖的動物。

不僅如此，經過冰河世紀的篩選，這些高原上的動物，有的繼續保持原來的耐寒習性，有的後代發展出更多方面的適應性，比如說它們的後代能到非洲、南美。這些都形成了今天生物多樣性的其中一個基礎。

「格致論道」，原稱「SELF格致論道」，是中國科學院全力推出的科學文化講壇，由中國科學院計算機網絡信息中心和中國科學院科學傳播局聯合主辦，中國科普博覽承辦。致力於非凡思想的跨界傳播，旨在以「格物致知」的精神探討科技、教育、生活、未來的發展。獲取更多信息。本文出品自「格致論道講壇」公眾號（SELFtalks），轉載請註明公眾號出處，未經授權不得轉載。