有的科學(xué)家不但不放假，還準(zhǔn)備告訴你一個“十年磨一劍”的發(fā)現(xiàn)

作者：劉蕓 王博 史恭樂（中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所）

文章來源于科學(xué)大院公眾號（ID：kexuedayuan）

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溫馨提示：本文對部分涉及的蟲類圖片做了隱藏處理，嚴重恐蟲的讀者可以放心點開閱讀哦～

眾所周知，勞動節(jié)假期更應(yīng)該勞動（顯然不是）?？茖W(xué)家們更是深諳此理，找到了倡導(dǎo)“放假更要認真學(xué)習(xí)”的大院er，和大家聊聊一個“十年磨一劍”的發(fā)現(xiàn)。

這個發(fā)現(xiàn)，就是位于福建的熱帶雨林化石庫——漳浦生物群。近十年來，由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所王博和史恭樂領(lǐng)導(dǎo)的多個學(xué)科的30位研究人員組成的聯(lián)合團隊，對該生物群的多樣性、古生態(tài)和古氣候意義展開了詳細研究。

漳浦生物群產(chǎn)地的野外露頭和各類化石（圖片來源：南京古生物所）

從中中新世氣候適宜期說起

過去是了解未來環(huán)境變化的鑰匙，而化石無疑是其中最重要的一把鑰匙。2010年，漳浦生物群發(fā)現(xiàn)于福建東南沿海漳浦縣佛曇群地層。作為一套以沉積巖和火山巖互層（即兩種巖層反復(fù)出現(xiàn)）的巖層，其主要分布在福建南部的漳浦縣、龍?？h，以及福建西部的明溪縣、寧化縣等地，地質(zhì)時代（約1470萬年前）處于中中新世氣候適宜期的晚期。

中中新世氣候適宜期（Middle Miocene Climatic Optimum），出現(xiàn)于1700~1400萬年前的中新世中期，是地質(zhì)歷史時期一次強烈的增溫事件。當(dāng)時大氣中二氧化碳含量顯著高于現(xiàn)今水平，全球年均溫度較現(xiàn)今高3~7℃，這與目前預(yù)測2100年的氣候環(huán)境存在很大的相似性。因此，了解該適宜期的氣候和生物群的變化過程，對預(yù)測全球變暖背景下未來氣候和生物群的變化具有重要意義，可以幫助人類更高效地應(yīng)對未來面臨的環(huán)境危機。

盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多中新世中期的化石類群，但我們對該時期熱帶生物群的了解仍舊非常有限。漳浦生物群恰好能夠為相關(guān)研究提供豐富的化石資料。那么，這些化石資料是怎么保存下來的呢？

世界上物種最豐富的新生代熱帶雨林化石庫

地質(zhì)歷史時期，當(dāng)有山洪暴發(fā)或者大暴雨時，秋季脫落的一些植物葉片就會被沖到小溪里，并最終匯入到河流或湖泊中。當(dāng)這個湖泊發(fā)生快速埋藏，沉積物就會將其掩蓋起來。在一種非常罕見的情況下，這些葉片會被保存下來，成為今天我們所說的植物化石。這些植物化石是劃分、恢復(fù)地史時期古大陸、古氣候和植物地理分區(qū)的主要標(biāo)志。

歷經(jīng)10年持續(xù)的野外采集工作，研究團隊獲得了25000余枚含蟲琥珀和逾5000塊植物壓型/印痕化石標(biāo)本。在古植物群中，多樣性最高、化石標(biāo)本最豐富的類群包括龍腦香科、豆科、樟科和藤黃科，其它泛熱帶分布的科還有番荔枝科、漆樹科、橄欖科、大戟科、野牡丹科、?？啤⑷舛罐⒖坪吞医鹉锟?，這些科的植物都是現(xiàn)今東南亞熱帶雨林中的優(yōu)勢類群。其中，植物葉化石包括蕨類2種、單子葉植物3種、雙子葉植物78種，此外還有20余種果實和種子化石?；谝寻l(fā)現(xiàn)的動、植物化石種類，漳浦生物群已成為世界上物種最豐富的新生代熱帶雨林化石庫。

漳浦生物群的代表性植物化石（圖片來源：南京古生物所）

bling bling的琥珀集合

不僅如此，從漳浦生物群中還發(fā)現(xiàn)了許多琥珀。琥珀是古代的植物樹脂埋在地下以后，經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用而形成的一種很特殊的化石。漳浦琥珀中內(nèi)含物非常豐富，具有重要的研究意義。目前發(fā)現(xiàn)的漳浦琥珀來自龍腦香科植物，龍腦香樹的樹脂滴落后被帶入湖泊中，和植物、黏土等一起沉積保存下來。

我國是化石資源極其豐富的大國。但琥珀（特別是蟲珀）作為一種特殊化石，在我國發(fā)現(xiàn)很少，廣為人知的只有一個撫順琥珀產(chǎn)地。在自己的國土上發(fā)現(xiàn)世界頂級的琥珀生物群是每一個古昆蟲學(xué)者的愿望。自1931年秉志先生首次開展中國琥珀研究，歷經(jīng)數(shù)代中國古昆蟲學(xué)者的努力，在90年后終于實現(xiàn)了這一愿望。

2014年，南京古生物所琥珀研究團隊報道了撫順琥珀生物群的面貌和組成（Current Biology，2014），使其成為世界上種類最豐富的琥珀生物群之一，填補了始新世時期亞洲大陸琥珀生物群的空白，表明5千萬年前歐亞大陸兩端已經(jīng)存在廣泛的生物交流；該團隊還于2018年首次報道了白堊紀(jì)晚期緬甸提林琥珀生物群的面貌特征（Nature Communications，2018），使得2400萬年的昆蟲化石間斷空白得以補充，極大程度地幫助了科學(xué)家對白堊紀(jì)末大滅絕事件前后昆蟲演化的了解。如今，漳浦琥珀生物群是該團隊完成的第三個經(jīng)過多學(xué)科、系統(tǒng)性研究的琥珀生物群。該生物群是近百年來新發(fā)現(xiàn)的最豐富的琥珀生物群，是世界四大琥珀生物群之一，該發(fā)現(xiàn)也彰顯了我國是一個琥珀資源富饒的國家。

漳浦生物群生態(tài)復(fù)原圖（圖片繪制：南京古生物所 楊定華）

漳浦琥珀含有大量的動、植物化石。從節(jié)肢動物多樣性看，目前漳浦琥珀生物群憑借已發(fā)現(xiàn)的250個科居于多樣性第三位，僅次于緬甸克欽琥珀生物群（白堊紀(jì)中期，約1億年前；近600個科）和波羅的海琥珀生物群（始新世，約4800~3400萬年前；近600個科），高于多米尼加琥珀生物群（中新世中期，約2000~1500萬年前；約200科）。

在發(fā)現(xiàn)的琥珀中，以昆蟲最為豐富，包括至少20目200科。其中最常見的是雙翅目，約占總數(shù)的55%；其次為膜翅目（各種蜂和螞蟻）；再次為鞘翅目（甲蟲）以及半翅目（蚜蟲、蟬、蝽等）。此外，琥珀中還包含有大量羽毛、植物、腹足類和微生物化石。

漳浦琥珀中代表性植物和動物（圖片來源：南京古生物所）

與其他大部分琥珀不同，漳浦琥珀有精確的地質(zhì)年齡和古氣候數(shù)據(jù)，可用于清晰了解琥珀生物群的環(huán)境背景。漳浦琥珀生物群中絕大部分節(jié)肢動物（特別是螞蟻、蜜蜂、跳蟲、蟋蟀、蚊類等）都是現(xiàn)生屬，為各類群的分子系統(tǒng)學(xué)研究提供了很好的時間校正點。屬級階元的穩(wěn)定性表明，亞洲熱帶雨林生物群早在1500萬年前就已達到現(xiàn)今的生態(tài)結(jié)構(gòu)，這也支持了“熱帶雨林是生物多樣性的博物館”的觀點。

更重要的是，漳浦琥珀生物群也是最豐富的用于科研采集（非商業(yè)開采）的琥珀生物群，完整保留了初始的古生態(tài)和埋藏學(xué)信息，為其他琥珀生物群的古生態(tài)恢復(fù)和埋藏學(xué)（化石形成學(xué)）偏差矯正提供了珍貴的對比數(shù)據(jù)。

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漳浦琥珀中代表性昆蟲（圖片來源：南京古生物所）

漳浦琥珀中各類螞蟻（圖片來源：南京古生物所）

以史為鑒，可知氣候變遷

經(jīng)研究分析，植物群的區(qū)系組成和葉相組成都顯示漳浦中中新世植物群代表一個熱帶季雨林，其葉相組成與現(xiàn)今泰國中部，印度中部和恒河三角洲的植被非常類似。植物化石葉相古氣候分析顯示，漳浦地區(qū)中中新世處于熱帶北緣，年均溫22.5 ± 2.4 °C，夏季均溫27.1 ± 2.9 °C，冬季均溫17.2 ± 3.6 °C，生長季約12個月，生長季降水1929 ± 643 mm，春季是最干旱的季節(jié)。葉相分析定量重建的漳浦地區(qū)中中新世夏季氣溫比冬季約高10 °C，低于現(xiàn)今漳浦的季節(jié)性氣溫差異（約15 °C）。此外，中中新世漳浦地區(qū)季節(jié)性降水的差異與現(xiàn)今接近。

同時，在漳浦生物群化石中含有大量典型的東南亞熱帶生物類群，例如部分有花植物、苔蘚、蝸牛、蜘蛛以及許多螞蟻、蜜蜂、蟋蟀、甲蟲等昆蟲，目前都只分布于東南亞熱帶雨林地區(qū)（甚至大洋洲北部）。在中中新世溫室效應(yīng)的背景下，漳浦地區(qū)冬季最低氣溫明顯上升，減弱了凍死效應(yīng)（winterkills），可能是導(dǎo)致熱帶生物群向北遷移的最重要因素。熱帶生物群的“北伐”運動帶來了大量入侵種，并引起了當(dāng)?shù)厣镦?、生物地球化學(xué)循環(huán)和氣候條件的變化，從而可能強烈地影響了東亞原有的生物類群，進一步塑造了當(dāng)今的東亞生物區(qū)系。

“十年磨一劍”，此項研究成果是團隊所有人歷時十年辛勤勞動和無私奉獻的結(jié)晶。本研究是漳浦生物群的初步成果，著重展現(xiàn)漳浦生物群的總體面貌，但仍有大量化石需要詳細鑒定（例如目前只鑒定了8000余枚蟲珀）。研究團隊將陸續(xù)對一些重要動、植物類群開展深入的分類學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)和古生態(tài)學(xué)研究。該研究為了解現(xiàn)代亞洲熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的演化及其如何響應(yīng)未來氣候變暖也提供了重要參考。

相關(guān)研究成果由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、中科院西雙版納熱帶植物園、中科院動物所、中山大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、首都師范大學(xué)、臨沂大學(xué)、曲阜師范大學(xué)、香港大學(xué)、英國開放大學(xué)、德國哥廷根大學(xué)、慕尼黑大學(xué)、森肯伯格自然歷史博物館、法國自然歷史博物館、雷恩大學(xué)、美國印第安納大學(xué)香檳分校、美國自然歷史博物館、堪薩斯大學(xué)、波蘭格但斯克大學(xué)、黎巴嫩大學(xué)組成的國際研究團隊共同完成。相關(guān)研究于2021年4月30日在線發(fā)表于《科學(xué)進展》(Science Advances)。

該研究工作由中國科學(xué)院、科技部和國家自然科學(xué)基金委資助。福建省地質(zhì)調(diào)查研究院和漳州濱?；鹕絿业刭|(zhì)公園為本研究的開展提供了重要支持?；瘣酆谜咧炖壬l(fā)現(xiàn)眾多新的琥珀礦點并開展長期收集工作，磨制了2萬余枚標(biāo)本，為本次蟲珀研究提供了重要支持。沈華柱先生為漳浦化石收集提供了大量支持。

參考文獻：

[1] Wang Bo*, Shi Gongle*, Xu Chunpeng, Spicer R.A., Perrichot V., Schmidt A.R., Feldberg K., Heinrichs J., Chény C., Pang Hong, Liu Xingyue, Gao Taiping, Wang Zixi, ?lipiński A., Solórzano-Kraemer M.M., Heads S.W., Thomas M.J., Sadowski E.-M., Szwedo J., Azar D., Nel A., Liu Ye, Chen Jun, Zhang Qi, Zhang Qingqing, Luo Cihang, Yu Tingting, Zheng Daran, Zhang Haichun, Engel M.S. (2021) The mid-Miocene Zhangpu biota reveals an outstandingly rich rainforest biome in East Asia. Science Advances, 7: eabg0625. https://doi.org/10.1126/sciadv.abg0625.