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.