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(xì)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(duì)青藏高原的認(rèn)知——

高冷的青藏高原中部 4700萬(wàn)年前是一片亞熱帶森林？

日前，中國(guó)與尼泊爾兩國(guó)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(zhǎng)期以來(lái)，青藏高原地表抬升歷史，是新生代以來(lái)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(diǎn)和難點(diǎn)。在漫長(zhǎng)的抬升過(guò)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(wàn)年前真的曾藏著一個(gè)溫?zé)岬?ldquo;香格里拉”?

12月7日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》首次發(fā)布了我國(guó)科學(xué)家關(guān)于4700萬(wàn)年前青藏高原中部的一項(xiàng)重要“探秘”成果，彌補(bǔ)了此前認(rèn)知和研究的大量空白。

發(fā)現(xiàn)古近紀(jì)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(rèn)識(shí)青藏高原形成過(guò)程的關(guān)鍵地區(qū)，長(zhǎng)期以來(lái)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(xì)節(jié)仍不清楚。

“為什么要研究青藏高原?因?yàn)榍嗖馗咴男纬?，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(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園蘇濤研究員開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地說(shuō)，青藏高原是非常重要的一個(gè)研究區(qū)域，不僅對(duì)地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)學(xué)科都非常重要，人們關(guān)注的高原隆升時(shí)間跟隆升方式，也是青藏高原研究的焦點(diǎn)。

“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(duì)于喜馬拉雅山的隆升歷史及機(jī)制，仍存在爭(zhēng)議。”中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所車(chē)靜研究員說(shuō)。

目前，關(guān)于喜馬拉雅山脈隆升歷史的主要假說(shuō)有兩個(gè)：一是近期隆升假說(shuō)，該假說(shuō)得到了水文學(xué)和熱學(xué)證據(jù)的支持，認(rèn)為喜馬拉雅山直到上新世中期才達(dá)到現(xiàn)有高度;二是漸進(jìn)式隆升假說(shuō)，該假說(shuō)認(rèn)為喜馬拉雅山在古新世晚期就已經(jīng)開(kāi)始隆升，但前期抬升較為緩慢，直到中新世才開(kāi)始快速隆升繼而達(dá)到現(xiàn)在的高度。

而化石是生物與環(huán)境在漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)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(guò)程的關(guān)鍵證據(jù)。通過(guò)研究化石，科學(xué)家可以認(rèn)識(shí)地質(zhì)時(shí)期的生物多樣性歷史，及其環(huán)境變化過(guò)程。

近10年來(lái)，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)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(lèi)群，種類(lèi)非常豐富，這些類(lèi)群在現(xiàn)在的青藏高原中部不復(fù)存在。

近期，由中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園古生態(tài)組和中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)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(duì)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家科研院所，在曠野的風(fēng)霜中，在強(qiáng)烈的高原紫外線(xiàn)條件下，開(kāi)展了大量野外工作及相關(guān)研究。

功夫不負(fù)有心人。不久前，在青藏高原中部的那曲市班戈盆地一個(gè)叫蔣浪的地點(diǎn)進(jìn)行科考時(shí)，科考隊(duì)在一套灰色泥巖中有了重大發(fā)現(xiàn)。“經(jīng)過(guò)我們對(duì)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(lèi)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(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)，意味著青藏高原古近紀(jì)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(guò)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(gè)層位中，我們發(fā)現(xiàn)了大量植物化石，包括葉片、果實(shí)、種子、花、地下塊莖等，共劃分為70余個(gè)形態(tài)類(lèi)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?qǐng)?bào)記者介紹，通過(guò)鈾-鉛法放射性同位素測(cè)定，蔣浪植物群的絕對(duì)地質(zhì)年代約為4700萬(wàn)年。

“蔣浪植物群的很多植物種類(lèi)是青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄，和北半球同時(shí)期的植物群有著很高的相似性。”中國(guó)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(gè)植物群的不少種類(lèi)，如兔耳果屬、椿榆屬、金魚(yú)藻屬、臭椿屬等，都是這些類(lèi)群在青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄;一些種類(lèi)，如翼核果族，甚至是該類(lèi)群目前已知的全球最早化石記錄。

“這些化石類(lèi)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(shuō)，其生物多樣性對(duì)青藏高原及周邊地區(qū)，例如東南亞、甚至對(duì)整個(gè)亞洲的生物多樣性的貢獻(xiàn)是非常大的。

非常有意思的是，蔣浪植物群中，有很多類(lèi)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(shí)都能與古老的化石對(duì)應(yīng)起來(lái)。“比如有一種蘿藦亞科的種子，當(dāng)時(shí)我們還不知道它的分類(lèi)學(xué)位置，有一次非常偶然的機(jī)會(huì)，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(duì)應(yīng)的種子，形態(tài)非常匹配。這表明，在4700多萬(wàn)年前，青藏高原中部應(yīng)該是偏熱帶、亞熱帶的氣候類(lèi)型。”蘇濤說(shuō)。

與同時(shí)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(shuō)植物種類(lèi)具有較高的相似性。其中，和美國(guó)綠河生物群的物種相似度最高，其次是德國(guó)麥瑟爾生物群，例如兔耳果屬、臭椿屬、椿榆屬在三個(gè)植物群中同時(shí)出現(xiàn)，說(shuō)明當(dāng)時(shí)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(rùn)

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)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(shí)期的環(huán)境變化上，而“會(huì)說(shuō)話(huà)的化石”，不僅記錄了地質(zhì)時(shí)期青藏高原生物區(qū)系的多種成分，還可量化當(dāng)時(shí)的溫度、降雨量等氣候指標(biāo)，為4000多萬(wàn)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(guò)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(jì)算出4700萬(wàn)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(zhǎng)海拔約為1500米。”周浙昆說(shuō)，他們利用氣候—葉片多變量分析程序，對(duì)化石植物群的古氣候定量進(jìn)行重建，結(jié)果表明，中始新世青藏高原中部存在溫暖濕潤(rùn)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(tuán)隊(duì)還利用熱力學(xué)原理，重建了植物群的古海拔，表明當(dāng)時(shí)青藏高原中部存在海拔不超過(guò)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(wàn)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(gè)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(xiàng)研究也為探討高原的形成過(guò)程提供了重要的古生物學(xué)依據(jù)。”周浙昆提示說(shuō)，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(guò)程，需要考慮青藏高原形成過(guò)程的差異性和復(fù)雜性。