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科学家聚焦西亚马逊物种大爆发之谜

文章作者:科技中心 上传时间:2020-03-05

“生命熔炉”是怎样炼成的? 科学家聚焦西亚马逊物种大爆发之谜

亚马逊雨林或曾被海洋淹没 先后发生两次,进而促进新物种进化

我们处于了解这一大规模物种多样性如何发生的研究前沿。

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本报讯 亚马逊雨林是一个生物多样性宝库,其670万平方公里的面积中包含有地球上10%的物种。然而几十年来,科学家对于这片雨林如何形成这样的规模一直争论不休。

两名研究生正在对秘鲁马努河边的一个距今约900万年的沉积岩露头进行采样。

如今,一项新的研究表明,1000多万年前,一大片亚马逊森林曾被加勒比海先后淹没了两次,从而形成了一个短暂的内陆海洋,并开始了新物种的进化。但是新的证据仍然没有说服站在辩论席另一边的科学家。

图片来源:Jason Houston

主持该项研究的巴拿马城史密森热带研究所古生物学家Carlos Jaramillo表示:“很难想象一个过程会用海洋覆盖这么大的一片森林。”

Catherine Rigsby的膝盖陷入泥沼里,她沿着秘鲁亚马逊森林中一条较浅的溪流费劲地向前挪动着。她沉着地甩掉淤泥,抓起岸边的一根树枝当作手杖。蜜蜂在她的头顶嗡嗡地响着,金刚鹦鹉在密林中发出尖利的叫声,这位沉积学家小心翼翼地继续寻找着她在这片雨林中的探索目标:裸露的岩石。这个地方位于马努河上游,距离当地最近的城镇大致需花费一天的水路,在这个亚马逊森林偏僻的角落周围可能分布着这种岩石。

研究人员普遍认为亚马逊地区的一部分曾经处于水下,但他们对于水来自何处意见不一。那些“河流阵营”的人认为,淡水从上升的安第斯山脉往下流,把下面的陆地切割开来,把植物和动物分成了后来进化出新物种的孤立群体。同时快速增长的山脉也创造了不同海拔的小气候,引发新的植物和动物形态在亚马逊盆地汇聚与形成。

“我觉得我们运气太好了!”Rigsby的研究生Sage Wagner在不远处的溪流转弯处喊道。Rigsby在东卡罗来纳州立大学和厄瓜多尔Yachay理工大学担任教职,进入她视野的是一块并不高的沉积层。这个沉积层是在大约900万年前一层层沉积下来的,这个露头沉积岩隐藏着解开长久以来一个谜题的线索:是什么产生了亚马逊雨林如此庞大的生物多样性?

然而,从海洋微生物于上世纪90年代在亚马逊沉积物中被发现以来,一些科学家推测,这里的森林曾经被海洋所淹没,并创造了新的物种,以便使森林居民更快地适应洪水。

加勒比海入侵南美大陆

但证明任何一种情况——无论是河景还是海景——都是艰难的。能够描绘出一幅清晰画面的岩石和化石是非常稀少的。因此,Jaramillo和同事转向求助于另一种不同的数据:钻入丛林地表的岩心。

西亚马逊包括秘鲁、厄瓜多尔、哥伦比亚的部分区域以及巴西西北部地区,“是世界上植物物种最为丰富的地区”。美国密歇根州立大学进化生物学家Christopher Dick说,“在北美北部约有300种树木,而在西亚马逊,每一公顷森林中就有300种植物种类。”事实上,植物物种多样性只是其中的一部分。据了解,亚马逊盆地——从巴西一直延伸到大西洋沿岸的面积达670万平方公里的地区——生活着全世界已知10%的物种。

这些6厘米宽、600米深、圆柱状的岩心以花粉、化石和沉积物的形式保存了该地区过去的环境记录,并可以追溯到几千万年前。Jaramillo用了两个岩心:一个来自于哥伦比亚东部,由一家石油公司钻取;一个从巴西东北部获得,是上世纪80年代由巴西地质调查所钻取的。

科学家一直认为,这种丰富的生物多样性来自于西亚马逊曾经历过的巨大地质活动,如造山运动、海岸线变迁、河流改道等。这些地质活动通过分散和改变物种栖息地,形成了物种大爆发。但是科学家们围绕这些地质活动的发生方式以及哪种地质活动对亚马逊物种的形成产生了较大作用产生了激烈的争论。

Jaramillo的研究团队分析了一层又一层的岩心。其中大部分遗骸来自于陆地栖息物种。但在两个薄层中,研究人员发现了海洋浮游生物和贝壳。哥伦比亚的岩心甚至包含了在海洋中栖息的一只螳螂虾和一枚鲨鱼牙齿的化石。

对于西亚马逊物种形成之谜,一种普遍的观点是加勒比海在1000万年前侵入南美大陆,形成了广袤的湿地,其间星罗棋布着各种大小岛屿。因此微生物必须适应咸水、淡水、水栖、陆生等各种生物群落,从而触发了生物多样性。

这足以说服Jaramillo——他曾坚定地站在河流阵营,加勒比海曾两次到达过包括巴西、厄瓜多尔和秘鲁在内的亚马逊盆地西部地区:一次发生在距今1800万年前,另一次则在距今1400万年前。他在日前出版的《科学进展》杂志上写道:“这是一个失去的生态系统。”

为了支撑这一观点,一些研究曾找到了浮游生物、软体动物、海洋鱼类,乃至现存的亚马逊河海豚等强有力的证据。“我百分之百确定,在亚马逊的漫长历史中,加勒比海至少曾有两次入侵南美大陆北海岸线,并涌入到2000公里之外的西亚马逊。”史密森尼热带研究所古生物学家Carlos Jaramillo说。

这些海洋不会持续很长时间。在巴西西北部,第一次洪水持续了大约20万年,第二次则持续了约40万年。而靠近加勒比地区的哥伦比亚则被淹没了较长时期,分别为90万年和370万年。

但是,Rigsby发现的露头沉积岩却对上述观点提出了挑战,它表明当时亚马逊的环境和今天如出一辙。在接近溪流表面的地方,这个至今已900万岁的沉积岩颗粒精细度较为粗糙,但是越往上走颗粒越精细。到达溪流上方1米左右的位置时,颗粒再次变得粗糙,而且这种模式反复重复。Rigsby推测,她看到的是像今天一样的河流洪流反复出现的痕迹。当洪水消退时,现代的洪水也会使同一块沉积层原来的粗糙颗粒变得精细。

这些洪水可能是由逐渐升高的安第斯山脉引发的,Jaramillo说。当这些山脉升起时,周围的大陆板块会下沉,海水便流了进来。但随着淡水和沉积物沿着这些山峰向下流动并重建盆地,海水很快就会消失。

基于这块露头沉积岩和其他证据,Rigsby和一些研究人员争论称,亚马逊大量生物物种的涌现出现在更早的地质事件中。他们支持的一个选择性观点是:在亚马逊盆地西部边缘曾在更早时期发生过安第斯山脉的抬升,这一事件最晚发生在6500万年前。当物种适应了山体沿线狭窄的生态位置之后,生物多样性飞速发展,新物种从安第斯山脉进入了亚马逊雨林。

从地质时期看,这些洪水总共只有一眨眼的工夫,Jaramillo说,“但它对于一棵树而言却是很长一段时间。”最终这些相对较短的事件会改变整个地区。

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