走出西藏：冰河世纪动物们的前世今生
（在格致论道2016年度大会的演讲）
大家下午好！非常高兴今天下午有机会在这里跟大家交流我们科研的进展。我来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所，这个名字很长，我记得周杰伦有首歌，歌名叫做《一口气全念对》，我估计他的吐词，很难念对我们单位这个很长的名字。可是我为什么会到这个研究所来呢？因为我热爱大自然，非常热爱大自然，从小就热爱大自然。“热爱大自然”，在我们的书面语言里是这样讲的。我记得在我小的时候，我父母其实是另外一种说法，那就是说“你整天在外面野去吧！”也就是要到外面去，可是为什么要到外面去呢？
在我们小的时候，没有电视，当然更没有网络了，我估计“电视”这个词，在六七十年代我都没有听说过。可是书还是有的，我的父母都是中学的老师，特别是我父亲是教外语的，家里有一些国外的书，当时主要是苏联的书。我记得有一本书，是讲一个小孩子到北极去，跟着考察船，相当于跟着去探险吧。当然，书当时是看不懂的，可是书里面有很多插图，比如说有北极熊、有北极狐、有海豹，当时觉得很有意思，拿个透明纸蒙住了把它画下来。真正说我们要到外面去，北极那是遥不可及，但是到县城的北郊，应该是可以去的吧，所以说总是想到外面去。到了后来，当我上中学的时候会骑自行车了，可能有更大的追求，也就是现在经常说的诗和远方。诗总要读一点吧，至少课本里会有的。那么远方对当时一个县城里的中学生来说，我的家在四川宜宾，所谓的远方，也就是十几公里到二十几公里以外。但是也非常高兴了，可以走到更远的地方去，到山的背面，看看有什么神奇的地方。
可是似乎心有不甘，确实想到真正的远方去，这样的机会实际上也得到了。在1980年我参加高考以后，要填志愿的时候，看到了北京大学的招生简章，其中有一幅图，是北大古生物专业的同学在大连的海滨进行海洋生物实习。哇！海滨，还有生物，这不就是我想要去的地方吗？想要做的事吗？所以说我就填了这个专业，非常幸运，我顺利被录取了。到了学校以后跟同学互相聊天，我才发现我是唯一的一个第一志愿学古生物专业的学生。为什么呢？在那个年代，大家说的是“学好数理化，走遍天下都不怕”。但是学了古生物专业，其实怕不怕我不知道，但是真的能走遍天下。
1982年在大连海滨进行海洋生物实习
比如说我们在大学的每个夏天，都可以到野外去实习，从南到北，从东到西，我们国家的很多地方都去过了。而真正工作了，到了我现在这个研究所，我们可以在世界各地，比如说这张照片上，我在美国的西部和国外的同行一起进行科学考察。可是，对向往大自然，或者大家通常说的，喜欢户外的人来说，还有一个地方更有吸引力。哪怕走遍世界各地，我们最想到西藏去，到高原去，到世界的屋脊去。去干什么呢？当然不用说，对大家来讲，这是一个感受伟大的大自然的地方，也有很特别的文化。可是对我来讲，我有我的专业工作。那么这一片冰天雪地，跟我的专业工作有什么关系呢？
在美国西部考察新生代沉积盆地
大家马上就会想到《冰河世纪》，好莱坞的大片，拍了一集又一集。《冰河世纪》的这些动物，它们就生活在冰天雪地的环境里。不过，其实我第一次去西藏的时候，还没有那么清楚的目的。我们是研究古生物的，是希望研究生物的进化过程以及地球的变迁，青藏高原的沧桑变化，我们需要找到青藏高原隆升过程的证据。为什么我们第一下没有想到冰河世纪的动物呢？比如说这张图上有很多很典型的冰河世纪的动物，猛犸象、剑齿虎、野马、大角鹿，还有角落上的这个叫披毛犀的动物。因为关于这些动物的演化实际上以前有过理论，现在我们认为这个理论可能只一种猜想。
冰期动物群复原图（Mauricio Antón）
比如说刚才讲到这个披毛犀，我们可以在博物馆里面看见披毛犀的化石骨架，这个是很容易。但是冰河世纪的动物它有特别的地方，大家可能经常听说在西伯利亚的冻土里找到了冰冻的动物，就是死亡的动物的尸体，上万年的有猛犸象，也有披毛犀，也有洞狮等其他一些冰期的动物。还有很特别的沥青湖，冰河世纪时有几个地点。比如说这张图上可以看得见，在波兰的一个沥青湖里面的化石，它不仅仅是骨骼，它整个的动物都冰冻了，沥青把它的水分抽干了以后变成一个木乃伊。这个很重要，为什么呢？因为它的皮肤、它的肌肉、它的毛发都保留下来了，所以说我们知道这个动物叫做披毛犀。
冰河世纪是在距今一万年前消失了，全球变暖了，就像今天我们变得越来越暖，大家担心太暖了是吧？那么在一万年前的时候，这些冰河世纪的动物它们很多绝灭了，因为这个气候不适宜它了。但是我们的祖先，我们的古人类，在一万多、在几万年前跟它们相遇过，甚至把它们作为猎物。这张图上就是在法国南部的洞穴里面古人类画的画，从这张图上我们很清楚地看见这些动物是长着长毛的，所以说它适应寒冷的气候。
这些动物绝灭我们知道，它们是从哪儿起源的呢？科学家也在想这个问题。比如说从这张图上我们可以看得见，这个蓝色的地区是披毛犀在冰期的最后时间，我们在科学上把它叫做末次冰期，就是冰河世纪快结束的时候，它的分布地区。大家可以看见，它在靠近欧亚大陆北边，靠近北极圈的地方有非常广泛的分布，往南就变少了。所以说大家马上就会想到，因为北极圈很冷啊，在冰河世纪没开始的时候，这些动物可能是在北极圈起源的。随着冰河世纪到来，全球都变冷的时候，它们向南扩散了。
披毛犀晚更新世时期在欧亚大陆的分布范围
达尔文在1859年出版他的《物种起源》里面。用非常文学的一句话来描述了这样一个他认为的理论，就是冰期动物是在北极起源的。他说：“生命的水体，也沿着从北极低地到赤道高地这一条徐缓上升的线，把其携带的生命漂浮物留在了我们的高山之巅”。为什么留在我们的高山之巅呢？因为全球变暖以后，海拔低的地方这些动物没有办法生存了。比如说我们今天在青藏高原上可以看见很多耐寒的动物，我们很熟悉的藏羚羊、藏野驴、牦牛、雪豹；还有一些可能不太熟悉的，比如说岩羊、藏原羚、盘羊，它们确实是在高原上。按照达尔文当时的想法，它们的祖先是从北极而来的。
这仅仅是想法吗？实际上有些证据。比如说牦牛，在末次冰期，也就是在冰河世纪快结束的时候，在几万年的时候，它的化石可以发现在贝加尔湖地区，很靠近北面的地方。这也是苏武牧羊的地方，北海就是贝加尔湖，那个地方到现在都是很冷的。藏野驴的化石呢？可以在阿拉斯加发现。所以说，看起来达尔文提出了这样的观点是正确的。不过达尔文完全正确吗？我们当然说进化论是完全正确的。可是呢，达尔文在1859年，几乎相当于160年前的时候，在那个时候很多的证据还是不太充分的。比如说进化论最重要的一个基石，遗传学在那个时候还没有被人认识到，而很多古生物的证据链还是缺乏的。
所以说，这其实也是达尔文伟大的地方，他根据这些蛛丝马迹推导出了非常正确的，我们说完全正确的进化论。但是他的有一些细节也有人怀疑，比如说我们说到的这个披毛犀。上面这个外国人，他是一个法国人，他二三十年代到中国来，他取了一个中国的名字叫德日进。他是一个古生物学家，但大家看他穿的衣服，他是一个传教士。这个很矛盾了，我不知道他在观察到的自然现象与他的信仰之间会不会有什么样的，对他的心灵上的矛盾的冲突，会不会觉得很痛苦，但是他是一个科学家，他尊重事实。
他在河北阳原县一个叫泥河湾的地方研究哺乳动物的化石，照片上这是一个犀牛的乳齿。所谓的乳齿我们大家都知道，我们人都是要换牙的，在我们换牙之前的，就是刚出生长出来的那一副牙齿就叫乳齿。既然这是个乳齿，说明这是个幼年的犀牛。虽然是幼年的犀牛，但是他发现这个犀牛确实是披毛犀，但是跟刚才我们展示的末次冰期的披毛犀他认为不一样。这不一样有什么特别的吗？因为这个披毛犀是在两百万年前，在冰河世纪早期的时候，他觉得这个披毛犀是原始的。按照达尔文的想法，这个原始的披毛犀它应该在更靠近北极的地方出现，而不是在西伯利亚南面，在我们的河北出现。但是德日进没有更多的材料，他仅仅只是提出了这个疑问。
真正的进展是在2000年的时候，我们在甘肃的临夏，我是四川人这个发音不准啊，甘肃的临夏回族自治州，而不是银川那个宁夏回族自治区，这个地方比河北更靠南了。我们在更老的地层里，在250万年这个冰河世纪刚开始的时间，发现了跟泥河湾，刚才说的河北一模一样的，包括上面有一列乳齿，跟它完全一样的。我们有完整的头骨，还有下颌骨，我们发现这个确实是跟后面的披毛犀，或者我们可以把它叫做最后披毛犀，是不一样的，它是更原始的。那么这就来问题了，我们哪儿再找它更早的祖先呢？照这个路线，我们是不是再往南去呢？
可是刚才我们说了，250万年是冰河世纪刚开始的时候。在比250万年更早，在500多万年到250万年之间，我们在地质上把它叫做上新世，这个时候全球是一个温暖的时期，我们显然不能到更南的地方去找它。那么我们去哪里呢？上面一张照片就是临夏盆地，这是在初夏的时候拍的照片。大家看盆地里是绿色的，可是山上，远处的山上有雪，有雪峰，那么我们就知道高原它是高寒这样的环境。因此我们想，更早的化石会不会在高原上呢？于是我们要到西藏去。西藏那么大的面积，几百万平方公里，到哪里去找？我们必须要有线索，必须要有两个线索：第一，我们要寻找那一段时间的沉积物要存在；第二，要有化石的线索。比如说我要找鲨鱼的化石，我一定要在海洋的沉积物里面去找；我要找到披毛犀的化石，一定要在陆相，即陆地上的沉积物中去找。
甘肃临夏盆地景观
很有意思，我们得到一个证据，这是在青藏高原第一块被研究的脊椎动物化石，实际上也是中国第一块被研究的脊椎动物化石。这是一个英国人，他叫法尔康那，实际上他自己强调他是一个苏格兰人。他从青藏高原得到了化石，但并不是他自己采集的。他从几个到印度做贸易的商人、我们藏族的同胞他们身上戴的护身符中发现有两块竟然是化石，他也鉴定出来了，这就是犀牛的化石。但是他认为是跟今天印度生活的印度犀，即独角犀是一样的，这个事情就放到一边去了。但是对于我们来讲很重要，我们要去西藏，要去札达，他发现化石的这个地方。
札达可能大家没有听说过，阿里，阿里大家听得很多了，是吧？西藏的阿里，想来大家应该比较熟悉，孔繁森生前工作的地方。札达最有名的是一个古格王朝的废墟，但是我们不关心这个，因为这不是我主要研究的地方。我们在这个地方发掘，在几百万年前的地层里面，那些红点就是我们找到化石的地方，确实我们在这个地方找着了最早的披毛犀。
西藏札达盆地景观
非常有意思，那张照片是札达，大家要去的时候有个观景台，可以看见后面非常漂亮的雪山，叫做依比岗麦神山。这个神山正对下来，就是我们找到披毛犀化石的地方。我们在野外用石膏绷带，就像骨折了在医院里处理一样，这化石它是骨折了的，当然是在地层里保护着。我们把它采集回来，在实验室把它修复出来。根据修复出来的化石，我们为它恢复了一个长长的角。化石中这个角并不存在，已经腐烂掉了。我们最终把它恢复成生活时候的状况，它生活的时候是用它这个角在雪地里刮开积雪，来寻找到它要吃的食物，它的草。而它的角跟现在的犀牛最大的不同，它的角是扁的，而现在犀牛的角是圆锥状的，就是它们用途不一样。
这样的话我们就得到了我们的这个结论，披毛犀走出了西藏。在什么时候呢？在冰河世纪来临的时候，也就是在高原上是高寒的，可是在上新世几百万年前的时候，全球还是暖的时候，它只能待在高原上。在250万年的时候，它到达了甘肃的临夏盆地；在200万年的时候，它到达了河北的泥河湾；在75万年的时候，它到达了西伯利亚。那么大家说，你只是找到了一种冰河世纪的动物，其他这些动物，除了绝灭的以外，达尔文说有一部分留在高山，还有一部分在它祖先的地方。
披毛犀的起源和迁徙
留在高山的比如牦牛、雪豹，在它祖先的地方的北极狐、北极熊，它们也是在高原上起源的吗？我们确实找到了证据。我们在高原上找到了雪豹的祖先的化石，这是它的化石和它的复原。雪豹在高原上起源以后，它同样在冰河世纪来临的时候走出了西藏；它不仅走出了西藏，它的后代甚至到了非洲，到了美洲，因为雪豹的祖先实际上是所有现代大型猫科动物的共同祖先。
我们也在这高原上找到了北极狐的祖先的化石。在五百万年前，北极狐在高原上起源了；在冰河世纪来临的时候，它们扩散到更多的地区；当全球变暖的时候，它们只能待在北极。我们也找到盘羊，盘羊不仅扩散到了西伯利亚，它还越过白令海峡，到阿拉斯加有一个盘羊的种，在美国和加拿大交界的地方有一个叫加拿大盘羊的另外一个种，它们的祖先都是546万年前在高原上起源的。
我说了这么多，如果说高原是冰期动物起源的摇篮，它从来就是如此的吗？实际上并不如此。比如说我们研究了一个地区，它现在的海拔是4700米，完全是一片高山的草甸；但是在1000万年前，我们用它的花粉化石恢复的环境，它是在海拔2500米的这个高度，甚至有棕榈树在这个地方生长。我们也研究了里面的化石，在这个地方1000万年前是生活在森林里面的三趾马，跟刚才我们说的植被的背景是吻合的。
那么什么时候达到现在的高度呢？在460万年以前，我们在札达盆地找到的三趾马，我们分析了它的运动功能，能够证明它是在草原上生活的三趾马，已经不在森林里面了，而高原的植被是垂直分带的，草原在森林上限以上。我们经过科学的分析，重建了当时的植被，应该在460万年前的时候，垂直高度在4000米的地方，是森林和草原的分界线。而现在我们找到化石的地方就在4000米，因此我们说在上新世的时候，它达到了现在的高度，形成了一个冰雪的环境，所以说那些耐寒的动物在高原上起源了。
比如说，我们用一张图来重建这样一个过程：在3000万年前的时候，高原在2000多米的地方；到了1500万年的时候，高原隆升到3000米；到了500万年前，高原变成了现今的高度，形成一个冰雪的环境，就像今天一样，札达它的年平均温度是零度。这些高原上的动物有了耐寒的习性，到了冰河世纪在250万年来到的时候，它们走出了西藏。
青藏高原的古高度变化
还有一个很重要的意义在于，在250万年之前全球那些动物都是适应于温暖的、像今天这样气候的动物，而高海拔的寒冷的动物，它只能待在高原上。那个时候北极都比现在要温暖得多，可是到了冰河世纪来临的时候，这些高原上的动物获得了优势，我们可以把这个现象叫做动物的预适应。它们走出了西藏，替代掉了在低海拔原来的那一些喜欢温暖的动物。不仅如此，经过冰河世纪这个过滤的作用，这些从高原上来的动物，有的继续保持它原来的耐寒习性，可它有的后代可以发展出更多的适应性，比如说到非洲去，到南美去，形成了我们今天生物多样性的一个基础。
好，谢谢大家！
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