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生态环境

基因指纹说出青藏高原的秘密:曾经,我也是热带动物的天堂

2022-04-22 生态环境
  在《美国科学院院刊》杂志近期发表的一篇文章中,来自兰州大学、西北农林科技大学和中国科学院昆明动物研究所等单位的团队研究发现,现今分布于热带地区的印度野牛和苏门答腊犀,在距今约5200年前,生活在青藏……

  在《美国科学院院刊》杂志近期发表的一篇文章中,来自兰州大学、西北农林科技大学和中国科学院昆明动物研究所等单位的团队研究发现,现今分布于热带地区的印度野牛和苏门答腊犀在距今约5200年前,生活在青藏高原东北部。

  基因指纹说出青藏高原的秘密:曾经,我也是热带动物的天堂

  图片来源:论文截图

  是什么原因使这些热带动物北迁数千公里?为何此它们之后消失不见了呢?

  这一切,还要从青藏高原的畜牧传统说起。

  拥有4000年畜牧传统的青藏高原

  素有“世界屋脊”之称的青藏高原,拥有近21亿亩的高寒草场,为牧业的发展提供了优渥的天然条件。畜牧业是现今青藏高原的支柱产业,牦牛和藏羊则是高寒牧场最重要的家畜。辽阔的草场像巨幅的毛毯,成千上万的牦牛和藏羊点缀其上,有如大把撒落的黑色和白色的珍珠。在蓝天白云的映衬下,形成独特而美丽的天然画卷。

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  青藏高原牧业区 图片来源:兰州大学硕士生韩源源拍摄

  青藏高原的畜牧传统至少可追溯至距今约2000年前。据《后汉书·西羌传》记载:生活在青藏高原东北边缘地区的羌人“所居无常,依随水草。地少五谷,以产牧为业”。东汉永元九年(公元97年),烧当羌部落首领迷唐联合其它羌人部落进犯陇西郡,后与汉军队在高山大战,汉军“斩虏千余人,得牛马羊万余头”,显示牛、羊和马为彼时羌人牧养的主要家畜。

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  青藏高原牧业区 图片来源:兰州大学博士生申旭科拍摄

  汉代之前青藏高原人类生产生活场景的记述在史书典籍中已难以寻觅,那么如何才能探秘更久远时期青藏高原人类对动物资源的开发历史呢?

  动物考古学的发展为解决这一问题提供了有效的途径。古人类通过对家养动物或野生动物肉奶的取食获得优质蛋白质,动物的毛皮可用于蔽体和御寒,动物的骨骼则被用于制作骨器或被当作垃圾遗弃。

  此外,与人类关系密切的动物可能会被用于陪葬。动物骨骼由于不易降解,可在被埋藏后长期保存,在考古学家发掘遗址的过程中被系统采集。根据对现代动物骨骼的研究,发现不同种属动物骨骼的形态特征是有区别的。遵循“将今论古”的原理,即可通过对考古遗址出土动物骨骼的形态学鉴定,揭示不同时代古人类利用动物的种类和组合特征。

  青藏高原70%以上的新石器和青铜时代遗址分布在其东北部。根据对该地区青铜时代遗址出土的动物骨骼形态鉴定的结果,发现在距今40002000年前,青藏高原东北部人类主要通过畜牧生产获得肉食资源,主要饲养的家畜包括羊、牛、猪、马和狗等。同时期在其东部毗邻的中原地区,人类也是主要通过饲养上述家畜获得肉食资源,不过所利用的家畜种属比例有所不同。

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  青藏高原农业区 图片来源:中国科学院青藏高原研究所高玉博士拍摄

  然而,动物考古研究结果显示,更早之前的新石器晚期(约距今7000-4000年前)青藏高原东北部和中原地区人类对动物资源的利用策略有明显的差异。

  在那个时代,中原地区种植粟(小米,谷子)黍(黄米,糜子)和饲养家畜猪狗已成为主导的生产方式,为人口增长和社会发展奠定了重要的经济基础。也是在那段时间,从事粟黍种植的农业人群扩张到了青藏高原东北边缘的河谷地带,但与同时期中原地区的部落不同,他们获得肉食资源的方式是通过狩猎而不是饲养家畜。

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  青藏高原农业区 图片来源:中国科学院青藏高原研究所博士生杨继帅拍摄

  热衷于狩猎的山那树扎农业聚落

  位于甘肃省岷县的山那树扎遗址就是这样的一个农业聚落。山那树扎遗址是一个马家窑文化早期(距今5300-4500年前)的遗址,海拔高度约2300米,纬度在北纬34.5°左右。

  根据植物大化石鉴定结果,该遗址出土的粟黍占植物遗存总数的80%以上。动物骨骼形态鉴定结果则显示,野生动物骨骼数量占比高达约76%,家养动物(猪和狗)骨骼占比仅为约24%

  这显示山那树扎遗址先民获得食物资源的主要方式是粟黍种植狩猎活动,而家畜饲养仅为辅助的生产方式。

  为什么新石器晚期农业人群到岷县定居之后,仍然采用狩猎而不是更稳定的家畜饲养方式获取肉食资源呢?这是一个很令人好奇的谜题。

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  山那树扎农业聚落生活场景复原图 图片来源:董广辉教授设计,张海岩先生绘制

  在山那树扎遗址鉴定出的野生动物种属包括鹿科动物、斑羚等,也有滇金丝猴、竹鼠和犀科等现今生活在热带亚热带地区的动物。这个遗址还出土了较多无法通过形态鉴定至种属的大型牛科动物的骨骼,会不会是牦牛或本地野生牛科动物的骨骼呢?为了破解这个难题,DNA研究技术派上了用场。

  就如没有两个人的指纹是完全一样的,也没有两个不同物种的动物的DNA序列是一样的,因此DNA序列也可以视为“基因指纹”。通过从动物骨骼中提取古DNA测序,并将其结果与现今动物的DNA序列数据库开展对比分析,就可以追踪溯源,精确判定考古遗址出土动物骨骼的种属。

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  山那树扎狩猎场景复原图 图片来源:董广辉教授设计,张海岩先生绘制

  通过对山那树扎遗址出土的10个大型牛科动物骨骼核基因组数据分析,发现它们竟然是现在仅分布于热带地区的印度野牛的遗存。

  印度野牛是世界上现存体型最大的牛之一,肩部突出隆起,四肢膝盖以下的毛是白色的,所以有个别名叫“白袜子”。如今印度野牛仅分布在北纬29°以南地区,包括印度、尼泊尔、泰国,以及我国西南部等地区,被世界自然保护联盟(IUCN)列为濒危物种。

  通过对山那树扎遗址出土的2个犀科动物骨骼线粒体DNA分析,发现它们是苏门答腊犀的遗存。这种动物现今主要分布在印度尼西亚和马来西亚等东南亚国家,被世界自然保护联盟(IUCN)列为极危物种。

  热带野生动物为何出现在青藏高原?

  为什么印度野牛和苏门答腊犀这些热带地区的野生动物会在新石器晚期出现在位于青藏高原东北部的山那树扎遗址呢?

  通过梳理已有的动物考古和古气候研究结果,发现在新石器晚期,苏门答腊犀还出现在甘肃秦安大地湾和河南淅川下王岗等位于中国北方的遗址,而这段时期是温度高降水多的时期。山那树扎遗址出土牛骨直接测年结果在距今5200年前左右,研究显示时的夏季温度可能比现在高2℃左右。

  这暗示较高的夏季温度很可能促使印度野牛和苏门答腊犀向北迁徙至青藏高原东北部,而较高的温度和降水可能导致这一地区的生态环境优越,野生动物的生物多样性丰富,进而使其成为东亚最后的狩猎场之一。

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  山那树扎狩猎场景复原图 图片来源:董广辉教授设计,张海岩先生绘制

  不过,在距今5000年之后青藏高原东北部的遗址中,却并没有发现印度野牛和苏门答腊犀的踪迹,这又是什么原因导致的呢?

  古环境研究显示距今5000-4000年前出现气候冷干事件,森林植被也明显退化,很可能导致该地区不适于对低温敏感的野生动物(尤其是印度野牛和苏门答腊犀)生存。

  另一方面,青藏高原东北部的人类定居强度则在逐渐增强,需要开发更稳定的动物资源,此后家畜羊、黄牛和牦牛开始成为最主要的动物资源,牧业取代狩猎成为人类获取肉食资源的主导方式。

  借助古DNA研究方法破解的信息,我们眼前依稀闪现5200年前“白袜子”野牛和苏门答腊犀在岷县林间草地漫步的场景。彼时青藏高原东北部还是众多野生动物栖息繁衍的乐园,也为农夫们提供了丰富的猎物。

  然而,在气候变化和人类活动的叠加影响下,印度野牛和苏门答腊犀再未出现在这一地区。这个故事为我们认识野生动物地理分布、气候变化和人类活动的关系,思考在全球气候快速变化背景下人类如何与自然界和谐共处提供了一个动态的观察视角。

  作者:董广辉 杜琳垚(兰州大学资源环境学院)