一篇写了八年的论文–周浙昆

    自从返回修改稿后,心里总有几分我这个年纪不该有的焦虑和期盼,每天在焦急地等着邮件,等来论文被接受的邮件后仍不放心,时不时就会去查看“National  Science Review” 的网站,检查论文是否上线了。6月12日终于等来期盼中的消息,我们题为:Uplift, Climate and Biotic Changes at the Eocene-Oligocene Transition in Southeast Tibet在“National Sicence Review”上线发表了

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwy062/5036537)。

   青藏高原东南缘(包括横断山地区)是生物多样性的热点地区,现代生物学有许多研究在探索这一区域的物种形成与演变,分布区的格局;地质学中也在探索青藏高原东南缘是什么时候抬升到现在的高程?东南缘的抬升和青藏高原整个抬升之间有何相关性?青藏高原东南缘(横断山)是全球生物多样性的热点地区之一, 这个区域的抬升对这个区域的物种形成分化,生物多样性热点的形成和演变又有什么的影响?关于这个地区的古高程的研究大多依据生物地层对比开展的,认为抬升发在在新近纪以后(Clark,2005),而越来越多的证据表明青藏高原的比人们之前认为的要早,要复杂得多。许多分子系统学的研究也认为横断山的物种分化主要发生在新近纪(Ranner 2016)。对于生物学和地质学的重要理论问题,化石往往能够提供不可替代的证据以及新的视野。

2011年,我们研究组在西双版纳热带植物园开始组建,我们把地球环境演变和生物环境演化作为自己的一个主要科学问题。而青藏高原就是一个天然的研究地球环境演变和生物演化的天然实验室,是研究这个科学问题的最理想的地区。我们根据在云南已有的基础,打算从在青藏高原东南缘向青藏高原深入。那个时候研究组刚刚组建,研究经费捉襟见肘,只能利用在做其他项目的时候绕道去西藏芒康采集化石。陶君容老师发表过西藏芒康的植物群的论文(陶君容、杜乃秋,1987),但是仅仅根据文献资料要找到化石还是比较困难的。2011年第一次的野外工作由苏涛带队,他们一行四人在芒康卡均村转了一天都没有发现化石,当他们就要失望而归的时候,终于发现了一小片的叶子,尽管这片叶子保存并不好,但是这等于是找到了线索。此时天色已晚,加之其他项目的工作不能耽误,采集了少量化石之后,他们离开了芒康。第二年我们组织队伍对芒康化石植物群进行专项采集,在第一次发现化石层位,也就在论文中被称为MK1的层位,不断有化石被发现,这些化石大多是代表高山灌丛的小叶类型,种类组成上还比较单调。有一天一位当地藏族老乡拿着一块化石问道:这是不是你们要找的东西?苏涛一看,大喜过望。这是一块壳斗科栎属青冈亚属的化石,青冈亚属植物都是常绿乔木,大多数是亚热带常绿阔叶林的优势种和建群种,海拔分布一般不超过3000米,卡均村现在的海拔为3900米。青冈化石的发现表明这里曾经有过常绿阔叶林的存在,意示着要么这里发生过海拔抬升,要么全球温度经历过激烈的降低,或者说两种情况都同时存在。这个重要的发现,让我们激动不已,让老乡带我们去化石发现的地方,在这里我们发现了大量的保存完好的青冈化石,与之伴生的有桦木的落叶类群,这是一个常绿落叶阔叶混交林的植物类群,这就是后来在文章中被标记为MK3的层位。在同一地层剖面有两套完全不同的植物化石群,这无疑是研究环境变迁生物演化的最为理想的材料。拿到这些材料以后,我心中又有些隐隐的担心。能把白菜做出海鲜味,是本事,我担心的是海鲜做出白菜味,那且不暴殄天物?

我是个知识结构有缺陷的人,小学到中学由于文化大革命学习都不完整。在大学学的生物学,到了研究生学的是古植物学,这使得我的植物学和古植物学都不精通。我成了那种在植物学家面前说自己的古植物学家,在古植物学家面前说自己的植物学家的人。在我的带领下,研究组到了野外就是找化石,没有对地层剖面进行研究。为了防止把海鲜做出白菜味,这需要对地层剖面进行认真的测量,搞清楚两层化石层位间的相互关系。由于我知识结构欠缺,研究组没有地质学背景人,有在其后的几年里,我们在一边采集植物化石,一边请地质学的同行帮助进行剖面的勘测,搞清楚了地层的上下关系,更为重要的是在勘测地层剖面的时候,又发现几层火山凝灰岩。火山凝灰岩的发现,就等于是找到了记录这些重要地质事件的钟表,让这批材料开始有了点海鲜味了。就这样前前后后,在5年时间里我们在西藏芒康进行了6次野外工作,共采集了5000多件植物化石。在实验室里,我们对化石进行了鉴定,又对火山凝灰岩送去进行绝对地质年代的测定,接下来就是数据分析和论文写作,到论文在线发表,整整花了八个年头。我承认化石以及火山凝灰岩的发现都有一些运气的成分,但是如果没有持续不断的野外工作,没有研究组许多学生和同事不记得失的坚守,运气有怎么能够如此地眷顾我们呢?这就是天道酬勤吧。借这个机会我要感谢一下,参加所以野外工作的学生和同行。

说了这么多让我这项工作的主要内容和亮点总结一下吧:

经过多年的野外工作,在西藏芒康县新生代地层中发现了保存完好的植物化石和火山凝灰岩(图一)。植物化石分别产于4个层位,其中MK3和MK1层化石保存最佳,种类和数量都较多,能够进行古气候和古高程重建的研究。另外,在这两层化石的邻近层位还发现了火山凝灰岩,为确定绝对地质年代奠定了基础。利用氩-氩法对地层中的火山凝灰岩进行了测年,结果表明位于下部的MK3层所代表的地质年代为34.6 ± 0.8 Ma,而位于上部的MK1层所代表的年代为33.4 ± 0.5 Ma。这段时期地球历史经历了始新世到渐新世的转折期(Eocene-Oligocene Transition,时间界限为33.9 Ma)。整体上看,这套地层中的化石植物类群和青藏高原东南缘现代不同海拔的植物类群具有很高的相似度。其中,MK3层所出产的化石主要类群为壳斗科的常绿类群青冈亚属植物(Quercus subg. Cyclobalanopsis)和落叶类群桦木科(Betulaceae),代表了常绿和落叶混交的森林;而MK1层的类群包括小叶的柳属(Salix)、蔷薇属(Rosa)、高山栎组(Quercus sect. Heterobalanus)等,代表了高山矮灌丛类型。通过气候-叶相多变量分析程序显示,古温度经历了一定的降低过程。利用湿静态能原理重建了MK3和MK1层所代表的古高程,其中MK3层的古高程为2910 ±910米,而MK1层的古高程为3850 ±910米,表明该地区的古高程在始新世到渐新世的转折期上升了约900米,并接近或达到现代的海拔高度3900米(图二)。

这项研究有三个重要意义:1)证明了青藏高原东南缘(包括横断山)的古高程在晚始新世就已经较高,早渐新世可能已经接近或达到了现在的高程,也也许意示着横断山的地形地貌的基本格局在早渐新世就已经确立;2)始新世-渐新世之交全球范围内的降温和青藏高原东南缘的继续抬升,使得该地区的植被从常绿落叶阔叶混交林转变为高山落叶灌丛,叶形显著变小也是这种变化的一个重要特征;3)地形地貌是物种形成与演变的重要基础,化石植物群物种组成表明,青藏高原东南缘植物多样性的现代化面貌不晚于晚始新世就已经出现,这远远早于之前许多分子生物学研究估算的结果。

在芒康工作开展的同时,在国家自然学科基金项目、第二次青藏高原考察和科学院先导专项等项目的支持下,我们研究组几乎是每年都要两上青藏高原,苏涛博士毕业不到8年,前前后后上了13次青藏高原。在青藏高原工作有种种预想不到困难,就以最近一次野外工作来说,一下子就有4-5位同学都有严重的高山反应,而他们中有些之前上过青藏高原的。尽管有困难,我们在坚持着,在西藏的中部、北部都发现了大量的植物化石,其中一些发现相当激动人心。我们希望通过我们的怒力,逐步揭开青藏高原植物区系演变的面纱。

 

参考文献

Clark MK, House MA and Royden LH et al. Late Cenozoic uplift of southeastern Tibet. Geology 2005; 33(6): 525-8.

Renner SS. Available data point to a 4-km-high Tibetan Plateau by 40 Ma, but 100 molecular-clock papers have linked supposed recent uplift to young node ages. J Biogeogr 2016; 43: 1479–87.

陶君蓉,杜乃秋,1987. 芒康中新世植物群及其桦木科化石记录,植物学报,29:649-655.

图1. 西藏芒康卡均村(化石产地)

        图2. 利用化石植物群及湿静态能平衡原理重建的古高程

图3. 2012年的野外工作  

 

2014.JPG

图4. 2013年的野外工作

图5. 2014年的野外工作

 

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