破解猛犸島之謎

吳青

圣保羅島上的冰河期巨獸們，比大陸上的同伴多活了好幾千年。那么，它們?yōu)槭裁醋罱K也滅絕了？

幾千年前的一天，在白令海中央一座小島上，一頭長(zhǎng)毛猛犸象（也稱長(zhǎng)毛象，簡(jiǎn)稱猛犸）失足掉入一個(gè)無法逃出的坑狀洞穴，然后死在那里。2003年，美國(guó)賓州大學(xué)古生物學(xué)家格雷漢姆與同事進(jìn)入這個(gè)洞中，搬起一塊巖石，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一根干干凈凈的猛犸牙齒。它呈長(zhǎng)條狀，表面不規(guī)整。整個(gè)看上去，這根象牙就像是一根大面包。格雷漢姆回憶說，“它看上去就好像剛剛被從猛犸口中拔出來一樣?！?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/04/30/zira201704zira20170411-1-l.jpg" style="">

在自己的職業(yè)生涯里，格雷漢姆處置過數(shù)百只猛犸牙，但來自美國(guó)阿拉斯加州圣保羅島的這只猛犸牙卻很特別。它將讓格雷漢姆及一個(gè)跨學(xué)科專家團(tuán)隊(duì)踏上一次探索之旅，去重建這頭猛犸的生存環(huán)境，并且破解一個(gè)奧秘。對(duì)于今天因氣候改變而面臨滅頂之災(zāi)的動(dòng)物來說，這個(gè)奧秘也意味深長(zhǎng)。

當(dāng)碳測(cè)年證明這只猛犸牙只有6500年的歷史時(shí)，這個(gè)奧秘就開啟了。這只猛犸牙（或者說這頭猛犸）竟然比在北美大陸上發(fā)現(xiàn)的任何猛犸都年輕好幾千年。格雷漢姆不得不思考：當(dāng)大陸猛犸滅絕后，風(fēng)吹雨打的彈丸之地——圣保羅島上的猛犸卻繼續(xù)存活了好幾千年，那么，最終是什么把它們也趕盡殺絕？

時(shí)光回到20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)，出生于英國(guó)的生態(tài)學(xué)家保羅，從圣保羅島希爾湖湖底采集到一個(gè)沉積芯，其中的分層揭示這個(gè)地方的沉積物記錄至少延伸到1.4萬年前。希爾湖距離格雷漢姆發(fā)現(xiàn)猛犸牙的洞穴僅400多米。因此，對(duì)于格雷漢姆的疑問，答案或許就藏在希爾湖湖底的黑泥中。

在發(fā)現(xiàn)這只猛犸牙10年后，格雷漢姆及其團(tuán)隊(duì)重返圣保羅島，準(zhǔn)備從新提取的沉積芯中找尋線索，破解這座小島及島上猛犸的歷史。

深入奧秘核心

圣保羅島是白令海中央一系列火山島中最大的一座。天氣給上島探索的格雷漢姆團(tuán)隊(duì)造成了麻煩。他們一上島，雨水很快就變成冰雪，他們不得不呆在島上唯一的小鎮(zhèn)里。這個(gè)小鎮(zhèn)里住著該島500名居民中的大多數(shù)，其中絕大多數(shù)人是阿留申人。200多年前，他們的祖先被俄羅斯商人帶到圣保羅島上，捕獵北方海狗。

格雷漢姆團(tuán)隊(duì)在鎮(zhèn)上等待云開霧散。這里有俄羅斯東正教教堂的洋蔥形圓頂，有色彩繽紛的房子，還有海鮮加工廠。土生土長(zhǎng)于這座直徑65千米島上的北極灰狐，在格雷漢姆團(tuán)隊(duì)的大本營(yíng)外一點(diǎn)也不怕人。這個(gè)大本營(yíng)是美國(guó)海洋和大氣管理局的一個(gè)研究站。

清晨，格雷漢姆團(tuán)隊(duì)向著希爾湖進(jìn)發(fā)。這座火山湖的邊緣被冰雪覆蓋。格雷漢姆團(tuán)隊(duì)在30多厘米厚的冰層上鉆洞。隊(duì)員們把每節(jié)1米長(zhǎng)的多節(jié)管子串接到取芯管上，然后讓這個(gè)裝置通過湖水一直伸進(jìn)湖底。幾分鐘后，這個(gè)裝置被取回，其中包括完全按照沉積順序保存的沉積層。

在取芯管提取的泥巴里，保存著掉進(jìn)、被沖刷到或者“定居”在湖底的物體的法醫(yī)學(xué)記錄。這些物體包括真菌孢子、植物殘片、古代花粉、火山灰、小型甲殼綱動(dòng)物的殘留，甚至包括猛犸在湖中打滾時(shí)掉下的DNA。格雷漢姆團(tuán)隊(duì)將使用這些證據(jù)構(gòu)建圣保羅島幾千年來的氣候變化，確定島上猛犸的滅絕時(shí)間。

隊(duì)員們從沉積層下面開始，一米一米地取樣，然后把樣本放進(jìn)塑料管中。隨后，這些管子被密封并放進(jìn)睡袋中以避免凍結(jié)，因?yàn)閮鼋Y(jié)可能扭曲分層的細(xì)節(jié)。這項(xiàng)工作復(fù)雜、低溫而又費(fèi)體力。到了一天工作結(jié)束時(shí)，泥巴在隊(duì)員們的衣服和頭發(fā)上凍成了殼。

每一米芯樣都讓我們回到越來越遙遠(yuǎn)的從前。當(dāng)一名隊(duì)員引導(dǎo)第六節(jié)芯樣進(jìn)入一根管子時(shí)，他注意到泥巴從帶有布丁紋理的柔和褐色變成色調(diào)統(tǒng)一的黑色?？茖W(xué)家們推測(cè)，這一變化匹配的是差不多6000～8000年前的沉積物，而格雷漢姆發(fā)現(xiàn)的猛犸正是在這個(gè)時(shí)期死于洞中的。這意味著，如果猛犸DNA只存在于這節(jié)芯樣的下層而非頂層，那么這節(jié)芯樣就包括圣保羅島猛犸滅絕的時(shí)期。

猛犸最后陣地

自從上一次冰河期即大約1.2萬年前以來，圣保羅島的無樹凍原地貌鮮有改變。很容易想象這樣的場(chǎng)景：猛犸站在斜坡上，用長(zhǎng)牙清理冰雪，尋找植被食用。入夏，它們踩踏著凍土地帶的小小野花，步履沉重邁向希爾湖——島上主要的淡水源頭之一。

科學(xué)家曾經(jīng)估計(jì)，猛犸最后是在1萬～1.4萬年前從北美洲消失的。然而，如今的發(fā)現(xiàn)卻證實(shí)它們此后在圣保羅島上又堅(jiān)守了好幾千年。在俄羅斯北極深處的弗蘭格爾島上，猛犸存活得可能更久。在那里，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了只有4000年歷史的猛犸牙。也就是說，當(dāng)埃及人建立起第一座大金字塔時(shí)，弗蘭格爾島猛犸依然活著。

與弗蘭格爾島一樣，圣保羅島也是一座孤島。在上一次冰河期的高峰期，即大約2.1萬年前，圣保羅島是白令陸橋南部邊緣的一個(gè)火山活躍地帶。猛犸、劍齒虎、短臉熊及其他巨獸漫步于北美洲與歐亞大陸之間的通道。到了大約1.1萬年前，氣候開始變暖，海平面上升，海水淹沒了這座陸橋。在大約2000年的時(shí)間里，該地區(qū)則轉(zhuǎn)變成了一座島。猛犸被困在了這座島上，但正是這種與世隔絕保護(hù)了它們——至少在一段時(shí)間里是這樣。

科學(xué)家對(duì)猛犸在上一次冰河期從大陸上滅絕的原因爭(zhēng)論不休。有人說，這是由于氣候改變。也有人說，其實(shí)是人類把猛犸斬草除根。就算在格雷漢姆團(tuán)隊(duì)內(nèi)部，人們對(duì)此也看法不一。有人指出，猛犸滅絕的時(shí)機(jī)差不多正好匹配人類遷徙到猛犸棲息范圍內(nèi)的時(shí)間，這難道純屬巧合？在北美大陸上，人類的到來、氣候劇變和猛犸滅絕發(fā)生在差不多相同時(shí)間。然而，在人類到來之前，猛犸挺過了幾十萬年的氣候變化，一直徜徉在地球上。如此看來，如果它們滅絕的原因不是人類，還能是什么？但也有人指出，氣候才是猛犸滅絕的主要原因。雖然人類對(duì)于猛犸走向窮途末路起了推波助瀾作用，但猛犸和其他冰河期巨獸實(shí)際上本身當(dāng)時(shí)已經(jīng)在淡出歷史長(zhǎng)河。不管有沒有人的因素，它們的滅絕都是必然的。因此，雖然一些猛犸在氣候轉(zhuǎn)變中存活下來，但它們每一次都被傷了元?dú)?，最終的滅絕不可避免。

來自希爾湖的芯樣，不可能終結(jié)有關(guān)冰河期巨獸滅絕原因的爭(zhēng)論。圣保羅島的隔絕，意味著它與其他一些地方不同，島上猛犸沒有受到人類影響。沒有證據(jù)表明：在俄羅斯商人于18世紀(jì)后期登臨該島之前，有人來過此地。因此，至少是在圣保羅島上，猛犸滅絕的原因更可能是氣候改變，但棲息地縮小也可能是原因：隨著海平面上升，該島可能會(huì)變得太小，不足以支撐巨獸種群。

確定圣保羅島猛犸的終結(jié)，并非只具有歷史、古生物學(xué)和考古學(xué)意義。全球范圍內(nèi)的許多物種目前正面臨同樣的壓力：氣候轉(zhuǎn)變、人類侵襲、海平面上升。氣候改變能否單獨(dú)導(dǎo)致物種消亡？或者，氣候改變的確是一個(gè)壓力因子，但與其他壓力因子結(jié)合，是否更容易造成物種消失？因此，發(fā)生在更新世末期即大約1.1萬年前的大滅絕事件，對(duì)我們分析目前的物種滅絕浪潮以及怎樣讓滅絕幅度降到最低來說，無疑有重要啟發(fā)。

在經(jīng)過4天取樣（取樣一度被暴風(fēng)雪中斷），格雷漢姆團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有了180千克的泥巴。樣本被裝在45米長(zhǎng)的管子里，運(yùn)到美國(guó)明尼蘇達(dá)州的實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)奧秘的第二章節(jié)即將展開。

猛犸象偵探

直到2016年5月，格雷漢姆團(tuán)隊(duì)才在明尼阿波利斯市的明尼蘇達(dá)大學(xué)“國(guó)立拉庫(kù)斯特林核心實(shí)驗(yàn)室”，與他們提取的希爾湖芯樣重逢。該實(shí)驗(yàn)室員工已經(jīng)將芯樣切成兩半，拍攝了高像素照片。格雷漢姆團(tuán)隊(duì)將花3天時(shí)間，使用不銹鋼抹刀把芯樣切割成很小的一段一段的。他們將把成千上萬的這些微芯樣分裝進(jìn)小塑料盒，帶回分布于整個(gè)北美洲的各自的實(shí)驗(yàn)室。事實(shí)上，猛犸當(dāng)初在整個(gè)北美洲都有分布。

美國(guó)加州大學(xué)科學(xué)家貝斯是格雷漢姆團(tuán)隊(duì)成員之一。她第一個(gè)對(duì)芯樣做檢驗(yàn)，因?yàn)樗膱F(tuán)隊(duì)要進(jìn)行的是最敏感的測(cè)試，稍不注意就會(huì)在處置樣本的過程中造成樣本污染。他們的工作是：尋找沉積層中的古猛犸DNA。

在一名研究生協(xié)助下，格雷漢姆團(tuán)隊(duì)的另一位專家威廉姆斯要尋找猛犸的一種代理物——小莢孢腔菌。這種真菌生活在大型食草動(dòng)物的糞便中。威廉姆斯還要尋找古代花粉顆粒，它們可能揭示希爾湖周圍當(dāng)時(shí)的植被情況。

在美國(guó)阿肯色大學(xué)，科學(xué)家馬修及其同事將檢測(cè)芯樣中的硅藻、水虱及其他生物的殘留，目的是了解湖水溫度和透明度隨時(shí)間變化情況。加拿大阿爾伯塔大學(xué)的科學(xué)家杜安妮將尋找芯樣中的火山灰層，這些層次可能會(huì)被與該地區(qū)已知的火山爆發(fā)聯(lián)系起來。這一結(jié)果再加上對(duì)芯樣中發(fā)現(xiàn)的植物殘片進(jìn)行碳測(cè)年的結(jié)果，將讓杜安妮團(tuán)隊(duì)確定芯樣中各個(gè)層次的年代?；鹕交覍右部赡艽_定火山爆發(fā)是不是造成猛犸滅絕的原因。

隨著芯樣的劃分，專家們各自散去。他們要花超過兩年時(shí)間分析和討論這些樣本，目的是確定圣保羅島猛犸滅絕時(shí)間和滅絕原因。

時(shí)間定了

貝斯團(tuán)隊(duì)率先把芯樣中發(fā)現(xiàn)的未經(jīng)分類的DNA片段與猛犸在世的最近親——非洲象的基因組進(jìn)行了對(duì)比。兩者匹配。更讓他們高興的是，2015年，他們得以把希爾湖芯樣DNA與另一個(gè)團(tuán)隊(duì)新近測(cè)序的猛犸DNA進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果與年代為5650年前～1.085萬年前的芯樣都匹配。1.085萬年前的芯樣是在圣保羅島上采集到的最古老芯樣。

為了排除隨機(jī)匹配的可能性，貝斯團(tuán)隊(duì)把芯樣DNA與二趾樹懶的DNA進(jìn)行了對(duì)比。在過去2萬年中，這種樹懶出現(xiàn)在北極圈的概率為零。為了進(jìn)一步檢測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果，他們還把未分類的芯樣DNA與那些最可能污染樣本的動(dòng)物（包括人）的DNA進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果都不匹配。這樣一來，貝斯團(tuán)隊(duì)確信芯樣中的DNA真的屬于一頭猛犸。

與此同時(shí)，威廉姆斯團(tuán)隊(duì)找到了他們尋找的小莢孢腔菌，還找到了另外兩種可能充當(dāng)猛犸代理物、與分辨相關(guān)的真菌孢子。在這3種孢子里，有兩種從芯樣沉積層中消失，而這兩個(gè)沉積層相隔不到2厘米，其代表的時(shí)間間隔只有幾十年。古猛犸DNA消失于同一時(shí)間段。

杜安妮團(tuán)隊(duì)辨識(shí)了一個(gè)芯樣火山灰層，它與圣保羅島3595年前已知的一次火山爆發(fā)匹配。這進(jìn)一步增添了他們對(duì)確定圣保羅島古代事件時(shí)間線索的信心。通過上述跨學(xué)科的多方努力，科學(xué)家們最終確定圣保羅島猛犸滅絕事件發(fā)生在5600年前，前后誤差100年。對(duì)于史前滅絕事件來說，這可能是對(duì)時(shí)間的最精確測(cè)定。至此，科學(xué)家們開始著手破譯圣保羅島猛犸滅絕之謎的最后一部分：猛犸滅絕的原因是什么？

最終一擊

格雷漢姆以及團(tuán)隊(duì)中其他多位成員首先排除了一些看似可能的原因，例如植被變化或?qū)γ歪锊挥押玫囊蛩兀ɡ缛耍?。芯樣中的花粉顯示，圣保羅島上的草本植物被灌木取代，但這只是在猛犸滅絕之后。有一種可能是，氣候轉(zhuǎn)變導(dǎo)致島上植物群落構(gòu)成發(fā)生改變，或者，只是因?yàn)槊歪锊辉俨忍さ孛?，灌木生長(zhǎng)不再受到壓制，所以灌木才異軍突起。

研究數(shù)據(jù)的確表明，圣保羅島猛犸滅絕時(shí)期的溫度比滅絕事件發(fā)生前有些升高。隨著更新世末期冰雪融化，海面上升，圣保羅島面積開始迅速縮小，直到大約9000年前。到了這個(gè)時(shí)候，圣保羅島土地流失速度減緩。大約6000年前，該島達(dá)到現(xiàn)有面積，比美國(guó)弗朗西斯科市小一些。島面積萎縮很可能導(dǎo)致島上猛犸數(shù)量減少，島上資源也變得不足。

但最終對(duì)猛犸來說的致命一擊，卻讓人大吃一驚。從大約7850年前開始，芯樣沉積層中硅藻和水虱種類及數(shù)量發(fā)生變化。其變化方式表明，湖水變得越來越淺，透明度越來越低。希爾湖開始干涸——這并不奇怪，就算氣溫上升幅度不大，也足以增加湖水蒸發(fā)。猛犸逐漸失去了主要水源。事實(shí)上，大象每天都需要新鮮的水，每頭大象要飲水70～200升，猛犸很可能也如此。

由于島面積減少，氣溫升高，或許再加上猛犸自己導(dǎo)致水土流失和水污染，圣保羅島上的猛犸最終就因?yàn)轲嚳识呦蚰┤?。格雷漢姆團(tuán)隊(duì)由此就破解了圣保羅島猛犸死亡之謎。但這些猛犸為什么會(huì)比北美洲其他地方的猛犸存在得更久，這個(gè)問題更難回答。科學(xué)家認(rèn)為，圣保羅島的隔絕能讓猛犸不受人類影響。但這個(gè)推測(cè)很難被證明。格雷漢姆提出，大陸植被變化方式可能與圣保羅島的不同。不管是哪種原因，圣保羅島猛犸的隔絕最終也帶來了不利的一面：當(dāng)環(huán)境改變使得這座島不那么適合棲居時(shí)，猛犸群就無處可去，只能坐以待斃。

對(duì)于今天島上生物種群的脆弱性來說，猛犸滅絕無疑是一個(gè)警示。格雷漢姆指出，通常情況下，我們不會(huì)認(rèn)為這是一種重要的氣候變化，但在圣保羅島上它卻并非是不重要的。雖然水是其中最重要的因素，但對(duì)其他地方的其他物種來說，也有其他限制因素，例如棲居地喪失和食物變得難找。對(duì)圣保羅島猛犸滅絕原因的研究表明，許多島上生物種群——不僅僅是在白令海，而且是在全球各地——都可能因?yàn)闅夂蚋淖兌萦谖C(jī)。