泥河灣盆地的象化石及其科普走廊

李凱清

作者單位：河北泥河灣國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心

泥河灣盆地位于河北省西北部和山西省北部桑干河谷地，最初由Barbour等學(xué)者1927年作為桑干河盆地中的一個(gè)子盆地提出，但是古人類學(xué)家衛(wèi)奇在2016年指出，從地理學(xué)的盆地概念認(rèn)證，泥河灣盆地與桑干河盆地屬于全同關(guān)系，應(yīng)該是一個(gè)事物兩個(gè)名稱。在河北省陽(yáng)原縣泥河灣村一帶，晚新生代地層被桑干河水系流水切割，露頭地層厚度大，而且盛產(chǎn)哺乳動(dòng)物化石聞名于世界，近年來泥河灣盆地以大量舊石器時(shí)代遺址不斷涌現(xiàn)而被世人賦予東亞奧杜威峽谷的高度稱譽(yù)。

泥河灣動(dòng)物群里的象類化石

泥河灣動(dòng)物群，即“長(zhǎng)鼻三趾馬-真馬動(dòng)物群”或“中國(guó)三趾馬-三門馬動(dòng)物群”，它與周口店“中國(guó)猿人-腫骨鹿動(dòng)物群”長(zhǎng)期以來在華北分別作為早更新世和中更新世的化石哺乳動(dòng)物群代表。Barbour等學(xué)者1927年最初報(bào)道的泥河灣動(dòng)物群有7目33個(gè)種類，其后Teilhard de Chardin等學(xué)者在1930年訂正為7目39個(gè)種類，現(xiàn)在已經(jīng)增至9目120多個(gè)種類。

象是泥河灣動(dòng)物群中具有標(biāo)志性特征的王牌成員之一，也是遠(yuǎn)古人類在“大同湖”湖濱形影相隨的伴侶，因?yàn)橛嘘P(guān)的舊石器遺址中象的化石不為鮮見。

泥河灣動(dòng)物群的象化石，最早報(bào)道在《中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)志》中，當(dāng)時(shí)鑒定為嚙齒象（現(xiàn)稱為“草原猛犸象”）相似種（Elaphascf.trogontherii），后來先后訂正為納瑪象（Elaphas namadicus）和納瑪古菱齒象相似種（Palaeoloxodoncf.namadicus）。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的象類化石，材料較為破殘，“很難確定”，牙齒“太破碎了，以致不能進(jìn)行精確的研究”，最有研究?jī)r(jià)值的僅僅是一小塊臼齒，應(yīng)該是第三前臼齒，有7個(gè)齒板，前后長(zhǎng)67毫米，左右寬35毫米，與印度象和真猛犸象（長(zhǎng)毛象）的相關(guān)臼齒進(jìn)行了比較，其測(cè)量數(shù)值顯示較接近印度象，因此，德日進(jìn)（P. Teilhard de Chardin）對(duì)于泥河灣動(dòng)物群的象始終存在不確定性的疑慮是顯而易見的。

最初報(bào)道的納瑪古菱齒象相似種牙齒化石

1972年，在泥河灣村的上沙嘴（當(dāng)時(shí)是一個(gè)自然村）北側(cè)，發(fā)現(xiàn)了一具相當(dāng)完整的納瑪古菱齒象頭骨化石，帶有左右兩側(cè)的第三臼齒以及第二臼齒的殘余部分，其第三臼齒齒板18.5-19.5個(gè)，齒板頻率是5.5-5.6。這是迄今中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最為完整的一具納瑪古菱齒象頭骨化石，其化石標(biāo)本現(xiàn)在展覽在石家莊河北省博物館，其頭骨模型與臺(tái)灣海峽打撈的有關(guān)象骨骼化石裝配成納瑪古菱齒象骨架，作為鎮(zhèn)館之寶展示在中國(guó)臺(tái)灣自然博物館（臺(tái)中市）一進(jìn)門的大廳里。納瑪古菱齒象頭骨化石的發(fā)現(xiàn)，坐實(shí)了德日進(jìn)研究的判斷，泥河灣動(dòng)物群確實(shí)存在納瑪古菱齒象，并且表明，納瑪古菱齒象的化石記錄最早出現(xiàn)在泥河灣盆地的早更新世，而不是印度的納巴達(dá)河的中更新世。

泥河灣上沙嘴早更新世石器地點(diǎn)，曾經(jīng)一度被作為晚更新世遺址處置。后來，馬圈溝遺址群發(fā)現(xiàn)象化石被鑒定為草原猛犸象（Mammuthus trogontherii），魏光飚等研究者認(rèn)為“它是由熱帶、亞熱帶南方象（M. meridionalis）向中緯度干旱草原遷移形成的類型，代表溫帶森林或干旱草原環(huán)境”。因此，古脊椎動(dòng)物專家同號(hào)文在2011年認(rèn)為泥河灣動(dòng)物群里的納瑪古菱齒象應(yīng)為草原猛犸象。鑒于近年來上沙嘴石器地點(diǎn)層位“泥河灣層”的屬性清楚暴露，而且經(jīng)磁性地層學(xué)研究確認(rèn)其位于松山（Matsuyama）負(fù)極性期接近底部，推斷形成在160-170萬年前，該地點(diǎn)的地層重新確認(rèn)屬于早更新世泥河灣組。其地層性質(zhì)的再厘定，不僅還原了上沙嘴地點(diǎn)的早更新世的考古地位，而且表明納瑪古菱齒象這個(gè)物種在泥河灣動(dòng)物群的確實(shí)存在。

水庫(kù)溝互菱齒象不定種牙齒化石

2014年，泥河灣國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心在中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所董為和衛(wèi)奇等專家的幫助下在陽(yáng)原縣錢家沙洼村大水溝象頭山發(fā)掘出一具相當(dāng)完整的大象頭骨化石，不僅帶著完好的第三臼齒，還保留完美的左側(cè)門齒（大象牙），其門齒性狀與南方象十分相似，因此，開始鑒定為南方猛犸象（Mammuthus meridionalis），但是經(jīng)過專家們的進(jìn)一步研究，現(xiàn)在將其歸屬于草原猛犸象。其頭骨化石的第三臼齒的齒板為12個(gè)，齒板頻率為7，門齒出齒槽至尖端長(zhǎng)1160毫米，其兩端距離1050毫米，在前頜骨出齒槽部位左右距130毫米，而且往前延伸向外側(cè)偏離31o，中部偏離大約50o，尖端偏離4o并且向前略微扭轉(zhuǎn)，其斷面施氏角85o。在錢家沙洼小水溝野牛坡出土一件完整的象下頜化石，其地層層位略比象頭山草原猛犸象的高，它如果是草原猛犸象，那就為草原猛犸象增添了不可多得的化石研究資料。

在黑土溝早更新世舊石器遺址上文化層中象的臼齒化石材料極為豐富，衛(wèi)奇等學(xué)者在2015年初步鑒定其為真象亞科屬種未定（Elephantinae gen. et sp. indet）和軛齒象 （Zygolophodonsp.），其中真象的化石材料是經(jīng)過了搬運(yùn)的再次堆積，其化石均為不完整臼齒齒板碎片，且都磨蝕風(fēng)化嚴(yán)重，它是屬于草原猛犸象還是納瑪古菱齒象，尚待發(fā)現(xiàn)較為完整的化石標(biāo)本加以確定。不過，其軛齒象在蔚縣大南溝東陡壁曾經(jīng)被湯英俊于1980年發(fā)現(xiàn)過，化石材料是右上第三臼齒后半部。

值得注意的是在蔚縣東窯子頭水庫(kù)溝從泥河灣組發(fā)現(xiàn)一塊乳齒象類可能屬于右下第三臼齒的最后一個(gè)齒脊，宗冠福等學(xué)者在1993年初步鑒定可能為互菱齒象不定種（Anancus sp.）。該標(biāo)本發(fā)現(xiàn)在礫石層中，在大南溝東陡壁西北大約1200米處，其層位相對(duì)高50米左右，標(biāo)本磨蝕輕微，似乎搬運(yùn)距離有限，推測(cè)不大可能是較為古老地層脫落的產(chǎn)物，因此，這個(gè)物種如果能夠被確認(rèn)，那么它即是中國(guó)早更新世目前唯一的記錄，因?yàn)槠渌l(fā)現(xiàn)的化石都是來自上新世的地層。

泥河灣盆地的其他象化石

泥河灣盆地的河湖相地層，巴爾博（G. B. Barbour）1924年建名為“泥河灣層”，認(rèn)為它是分布于桑干河盆地黃土堆積與“三趾馬”紅土層之間的一套地層，填補(bǔ)了中國(guó)華北“蓬蒂系”與黃土層之間的地層序列空白。1954年，周明鎮(zhèn)將“泥河灣層”的形成時(shí)代稱之為泥河灣期，作為早更新世看待。后來，發(fā)現(xiàn)“泥河灣層”不僅包含下更新統(tǒng)，而且也包含中更新統(tǒng)以及上新統(tǒng)，還有上更新統(tǒng)以及全新統(tǒng)甚至現(xiàn)代堆積。令人欣喜的是“泥河灣層”中不僅盛產(chǎn)哺乳動(dòng)物化石，而且還有舊石器時(shí)代早期、中期和晚期各個(gè)時(shí)代人類活動(dòng)的遺跡舊石器。

由于“泥河灣層”的分解，其泥河灣的哺乳動(dòng)物化石既包括早更新世的泥河灣動(dòng)物群，也有更早和更晚的其他哺乳動(dòng)物化石，因此，泥河灣盆地出土的象類化石除了屬于泥河灣動(dòng)物群的以外，還有較早時(shí)期的蔚縣北水泉東溝上新世五菱齒象不定種（Pentalophodon sp），較晚時(shí)期的許家窯-侯家窯遺址晚更新世的諾氏古菱齒象相似種（P. cf. naumanni）和陽(yáng)原縣丁家堡“水庫(kù)”壩址全新世亞洲象（Elephas maximus）。

發(fā)現(xiàn)的五菱齒象不定種僅僅是一塊殘破的左下第三臼齒，保留第三和第四兩個(gè)齒脊以及第二齒脊的部分乳突，推測(cè)齒脊數(shù)可能有5個(gè)半。標(biāo)本發(fā)現(xiàn)在紅土層露頭底部，這一套地層目前普遍認(rèn)為屬于上新統(tǒng)。

許家窯-侯家窯遺址出土的諾氏古菱齒象化石是很少的殘破材料，因?yàn)?976和1977年清理的基本是挖“龍骨”的破壞部分，獲得的骨化石很有限。其象的鑒定顯然是根據(jù)上更新統(tǒng)地層推斷的，正如古哺乳動(dòng)物學(xué)家胡長(zhǎng)康所說，鑒定零星馬牙化石，“只能根據(jù)地層判斷，如果是更新世早期或中期的就是三門馬，如果是晚期的就是野馬。”

東溝的五菱齒象牙齒化石

丁家堡水庫(kù)亞洲象牙化石

丁家堡“水庫(kù)”壩址出土的亞洲象，化石材料是一枚完整的右上第三臼齒，還有相當(dāng)完整的肢骨。其臼齒由20個(gè)齒板組成，齒板頻率為5.5-6，與《中國(guó)脊椎動(dòng)物化石手冊(cè)》記載的真猛犸象（長(zhǎng)毛象）相比，齒板數(shù)量較少，齒板頻率較低，鑒定為亞洲象占有較大的合理性。有意思的是化石材料埋藏在桑干河河床上覆于“泥河灣層”的全新統(tǒng)深10-12米深底部砂礫層中，依據(jù)相伴尚未碳化的樹干做14C測(cè)年，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所和北京大學(xué)原考古學(xué)系實(shí)驗(yàn)室分別給出的數(shù)據(jù)是距今3630±90年和3830±85年。

泥河灣盆地的亞洲象化石記錄表明亞洲象在大約3700年前曾經(jīng)在華北活動(dòng)越過了北緯40o，而且其埋藏環(huán)境顯示，當(dāng)時(shí)桑干河水量相當(dāng)大，下切力度也相當(dāng)強(qiáng)烈。

泥河灣盆地象化石研究的問題

泥河灣盆地馬圈溝遺址群出土的象化石被鑒定為草原猛犸象，曾經(jīng)在日本古生物學(xué)界轟動(dòng)一時(shí)，但在國(guó)內(nèi)卻出現(xiàn)了異議，遲振卿等學(xué)者在2014認(rèn)為“作為納瑪象看待應(yīng)該是較為穩(wěn)妥的選擇”，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)的第三臼齒齒板18片與納瑪古菱齒象的18.5-19.5片較為接近，況且上沙嘴出土的納瑪古菱齒象后來已經(jīng)被衛(wèi)奇等學(xué)者于2015年重新歸入泥河灣動(dòng)物群。馬圈溝出土象的門齒是缺失前端部分，它與象頭山草原猛犸象的門齒相比，遠(yuǎn)端較為平直不顯內(nèi)卷，曲率未超過1；施氏角約105度。

錢家沙洼村大水溝象頭山化石地點(diǎn)草原猛犸象頭骨化石的發(fā)現(xiàn)，無疑對(duì)馬圈溝報(bào)道的草原猛犸象提出了十分不利的挑戰(zhàn)，因?yàn)橄箢^山的草原猛犸象第三臼齒齒板較少，其門齒曲率較大，施氏角小于90o。不過，馬圈溝遺址群發(fā)現(xiàn)的最下文化層其古地磁年齡分別由朱乃誠(chéng)于2021年、陳淳等學(xué)者于2008鑒定為175萬年和177萬年，與象頭山草原猛犸象的地層層位大體相當(dāng)，與泥河灣上沙嘴納瑪古菱齒象的地層層位也相距不遠(yuǎn)，顯然泥河灣盆地在早更新世的較早階段，草原猛犸象與納瑪古菱齒象同時(shí)共存過，也與軛齒象相伴過。不管怎么樣，泥河灣盆地的草原猛犸象和納瑪古菱齒象是目前發(fā)現(xiàn)的世界最早化石記錄，在沒有更早的化石發(fā)現(xiàn)之前，論說這兩個(gè)物種起源于泥河灣盆地至少在當(dāng)前并不為過。這兩個(gè)頭骨化石是泥河灣盆地的極其珍貴的化石瑰寶，是有關(guān)化石研究可對(duì)比的正型標(biāo)本，不僅科學(xué)研究意義重大，也是科普和開發(fā)利用十分抓眼球難得的實(shí)物材料。

象頭山化石地點(diǎn)

泥河灣上沙嘴納瑪古棱齒象化石地點(diǎn)，還發(fā)現(xiàn)過一個(gè)完整的象的下頜，是就近居住的村民李福炎發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在展覽在張家口地質(zhì)博物館，標(biāo)簽注明為諾氏古菱齒象，可能以為上沙嘴地點(diǎn)地層是上更新統(tǒng)，那里出土過古菱齒象，自然而然就會(huì)依據(jù)地層斷定為諾氏古菱齒象。實(shí)際上，諾氏古菱齒象與納瑪古菱齒象性狀方面究竟有多大區(qū)別，尚缺乏其頭骨化石的佐證。不過，生物演化在同一地點(diǎn)重疊交替的爺孫鑲嵌構(gòu)造不為鮮見，泥河灣盆地同時(shí)存在三趾馬和真馬就是一個(gè)很好的例證，所以，上沙嘴地點(diǎn)如果存在古菱齒象不同的兩個(gè)物種也是很有意思的，只是未見相關(guān)的進(jìn)一步研究。

在泥河灣盆地展示的內(nèi)蒙古滿洲里扎賚諾爾露天煤礦出土的“草原猛犸象”骨架圖片，是令人十分疑惑不解的。大家知道，扎賚諾爾露天煤礦屬于侏羅紀(jì)地層，上覆厚度大約17米厚的晚更新世末期和全新世的堆積，其中盛產(chǎn)哺乳動(dòng)物化石以及人類頭骨化石，在9米深處地層的14C年齡是距今11400±230或11660±130年，而完整的猛犸象骨架出自底部（賈蘭坡等，1982）。由此可見，扎賚諾爾煤礦的猛犸象其年齡可能只有2萬年左右，這個(gè)時(shí)期存在草原猛犸象雖然是奇跡，但真的有也不能不接受發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)，不過從圖片上看，其門齒具有典型真猛犸象的性狀特征，在網(wǎng)上也只是作為扎賚諾爾猛犸象傳播。有關(guān)的問題可能出自種的命名上，如果真猛犸象能夠被松花江猛犸象取代，有關(guān)的問題也許會(huì)變得簡(jiǎn)單很多。

泥河灣盆地象類科普走廊

2007年夏天，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所裴樹文在泥河灣盆地組織舊石器時(shí)代考古野外調(diào)查，河北省陽(yáng)原縣大田洼鄉(xiāng)東谷它村賈全珠和白瑞花在錢家沙洼發(fā)現(xiàn)一處化石地點(diǎn)，這個(gè)地點(diǎn)位于大水溝和小水溝之間的一個(gè)土山南坡，其土丘為象頭山因發(fā)現(xiàn)象頭得名?；攸c(diǎn)的地理坐標(biāo)40°11′45″N，114°39′06″E，海拔882米。

2014年河北省泥河灣國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心經(jīng)當(dāng)時(shí)國(guó)土資源部批準(zhǔn)對(duì)這個(gè)化石地點(diǎn)進(jìn)行了發(fā)掘，出土一具相當(dāng)完整的真象頭骨，這就是在本文上述的草原猛犸象。

2000年，劉東生在陽(yáng)原縣舉辦的中國(guó)古脊椎動(dòng)物學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)上發(fā)出號(hào)召：科學(xué)要走向社會(huì)，走向群眾。象是人們家喻戶曉喜聞樂見的一種動(dòng)物，因?yàn)樗钱?dāng)今陸生哺乳動(dòng)物最大的種類，而且性情較為溫順。泥河灣國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心為了提高泥河灣的科學(xué)含金量和開發(fā)顯示度，當(dāng)機(jī)立斷決定對(duì)象頭山化石地點(diǎn)采取嚴(yán)格保護(hù)措施，建立化石（模型）展廳，并且開辟象類演化的科普走廊。

草原猛犸象頭骨化石的發(fā)現(xiàn)不僅為泥河灣動(dòng)物群真正增加了新的成員，而且也為科學(xué)普及創(chuàng)造了直觀的可視性。泥河灣是古脊椎動(dòng)物與古人類科學(xué)圣地，因此，泥河灣的開發(fā)，立足于科學(xué)研究；泥河灣的保護(hù)，為的是“有利于開展科學(xué)研究工作”（中華人民共和國(guó)文物保護(hù)法）。象頭山科普走廊，共計(jì)20個(gè)展板，展示了象類方方面面的科學(xué)知識(shí)，除了發(fā)現(xiàn)與發(fā)掘過程簡(jiǎn)介，有象的演化譜系路線以及時(shí)空擴(kuò)散分布，有猛犸象屬的草原猛犸象和真猛犸象物種之分，還有現(xiàn)生的亞洲象和非洲象異同比較，并且特別增添了走近泥河灣需要了解的有關(guān)研究前緣知識(shí)。最后一塊展板以你是未來的古生物學(xué)家結(jié)束，希冀少年兒童喜歡古生物，熱愛古生物，將來投身古生物科學(xué)。也希望廣大群眾關(guān)心古生物，保護(hù)古生物，為古生物事業(yè)做貢獻(xiàn)。