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古脊椎所等通过牙齿化石揭示华北晚新生代气候

来源:http://www.zhongtengled.com 作者:9159com金沙网站 时间:2019-06-13 00:38

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所赵凌霞研究员和她的研究团队分析研究了湖北建始龙骨洞和广西柳城巨猿洞8枚巨猿牙齿及9种伴生哺乳动物24枚牙齿的釉质稳定碳同位素比例,发现δ13C值(PDB)为-18.8‰‐-14.1‰,其中建始4个巨猿牙齿的釉质δ13C值为-18.2‰‐ -14.2‰,柳城4个巨猿牙齿釉质的δ13C 值为-17.5‰ - -16.8‰。研究结果表明巨猿及伴生动物群的食性均为纯C3食性。依据C3植物的分布规律、相关地区植被的C3/C4植物组成、巨猿动物群和古植物孢粉等综合分析,推测巨猿生活于C3植物占优势的植被环境,应该是森林环境,而非开阔环境,而且巨猿的绝灭可能与栖息环境退缩恶化等因素密切相关。科学通报2011年第56卷35期近期刊发该项研究成果。

榆社盆地位于山西省榆社县,是晋东南高原的一个晚新生代盆地,含有丰富的哺乳动物化石,尤其是上新世时期的化石。榆社盆地的晚新生代地层沉积时限较长,从晚中新世直到早更新世,地层出露良好,是研究华北地区晚新生代地质构造运动、哺乳动物演化和气候环境变化的重要地点。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所在榆社盆地多年的考察和研究持续不断地取得丰硕的成果,此前已在这个地区建立起中国第一个有丰富哺乳动物化石和精确古地磁年龄的上新世完整剖面。

研究分析的8枚巨猿牙齿标本均为残破牙齿,但保存部分可以鉴定是巨猿牙齿,4枚巨猿牙齿出自湖北建始高坪龙骨洞,另4枚巨猿牙齿出自广西柳城巨猿洞。24枚哺乳动物牙齿材料均来自建始龙骨洞,包括猪(Sus sp.)、丽牛(Leptobos sp.)、鹿(Cervus sp.), 马(Equus sp.)、犀(Rhinoceros sinensis)、貘(Tapirus sinensis)、粗壮鬣狗(Pachycrocuta licenti)、熊(Ursus sp.)、 大熊猫(Ailuropoda wulingshanensis)。

为了重建榆社盆地晚新生代植被和环境演变的历史,古脊椎所研究员邓涛课题组与美国同行合作,对采集自榆社盆地的不同食草哺乳动物类群,包括马科、犀科、牛科、啮齿目、鼠兔科的311件牙齿化石釉质样品的稳定碳氧同位素比值进行了分析,相关成果近期发表在国际刊物《古地理、古气候、古生态》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Vol. 440: 750-762)上。

运用牙齿釉质稳定碳同位素分析方法可以复原古人类的食性和生态环境的主要原理是:植物因为光合作用途径不同而分别出C3植物、C4植物和CAM植物。CAM植物在自然界中很少见,多数肉质植物属于此类。C3 和C4 植物具有显著不同的13C/12C 比例, C3和C4植物的δ13C值变化范围分别为-35‰‐-22‰和-16‰‐-8‰。85%的陆生植物都属于C3植物,包括乔木、大多数灌木、高纬度或高海拔或温凉季节生长的草本植物;大约10%的陆生植物属于C4植物,现代热带和亚热带的草本植物以C4植物占优势,经过食物链,动物牙齿釉质稳定碳同位素比例δ13C可反映初级食物中的C3和C4植物比例。研究发现,牙齿釉质在埋藏过程中,化学性质稳定,其中的结构性碳酸盐几乎不受成岩作用影响,是了解远古化石物种食性及生态环境的可靠记录。

食草哺乳动物的组织,包括骨骼和牙齿中的稳定碳同位素组成与其取食的草本植物的稳定碳同位素组成密切相关,δ13C将在动物的组织中富集。榆社盆地大型哺乳动物的全量和分层釉质样品的δ13C值显示从−13.3‰到1.4‰的宽大变化范围,平均值为−7.4‰ ± 3.5‰。这一结果指示该地区650万年前的大型食草哺乳动物具有不同的食性,包括纯C3类型、C3–C4混合类型和纯C4类型。相反,小型哺乳动物的δ13C值变化范围从−11.9‰到−7.6‰,平均值为−9.7 ± 1.1‰,指示啮齿动物和鼠兔主要取食C3植物。δ13C值在种内和种间的变化反映了它们的生境和消耗植被的变化。总的来说,马类比同时代其他动物,如牛科动物、犀牛、啮齿类和鹿类的食物中含有更高的C4植物比例,说明马类占据草原等更开阔的生境,而鹿类、犀牛和啮齿类更趋向于取食C3植物,反映出更加森林化的环境。碳同位素数据表明C4草本植物自约650万年以来已是马类食物和区域生态环境中的重要组成部分,确认像非洲、南亚次大陆和美洲一样,“晚中新世C4扩张”事件已在华北地区发生,支持全球性因素是晚中新世C4扩张的主要驱动力。碳氧同位素数据的结合揭示华北地区气候更干与更暖状态的主要转变发生在约580、410、330和250万年前,而相对更潮湿与更寒冷的气候转变发生在约640、500、350万年前。在约580和250万年前的更干旱、更温暖气候转变与两次大规模的动物群转换事件耦合。在个别现代牙齿和一些化石牙齿中,同一牙齿内δ13C和δ18O 值呈负相关,表现出夏季风体系的特征性样式,证明该地区至少自早上新世以来已受到季风的强烈影响。这些数据也显示该地区C4植物丰富度的波动在过去650万年期间响应于气候的变化,在更温暖与更干旱的时期C4草本植物增加,相反,在更寒冷与更湿润的时期C4植物的比例降低。

该项研究获得了现代古生物学和地层学国家重点实验室开放基金、国家自然科学基金、科技部国际合作重点项目和科技基础性工作专项资助。样品测试由中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈构造演化国家重点实验室稳定同位素实验室完成。(来源:中国科学院古脊椎动物与古人类研究所网站)

此项研究得到中国自然科学基金重点项目和美国国家科学基金项目的共同资助。

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