沙蚺化石背后的“洲際遠(yuǎn)征史”

胡珉琦

臨夏沙蚺及其干旱生境的生態(tài)復(fù)原圖。圖片｜中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所，鄭秋旸繪

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所（以下簡(jiǎn)稱“古脊椎所”）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一件來(lái)自甘肅臨夏盆地的蟒蚺類化石，并將其命名為臨夏沙蚺。有意思的是，它與當(dāng)今分布于甘肅境內(nèi)的現(xiàn)生紅沙蚺關(guān)系較遠(yuǎn)，反而與遠(yuǎn)在東非的肯尼亞沙蚺是近親。

這一沙蚺化石揭示了1000多萬(wàn)年前一段鮮為人知的“洲際遠(yuǎn)征史”。相關(guān)研究近日發(fā)表于《古地理古氣候古生態(tài)》。

800萬(wàn)年前的沙蚺重見(jiàn)天日

沙蚺是一類體形短粗、行動(dòng)遲緩的地棲蛇類。它們喜歡把身體埋在沙土里，只露出眼睛和鼻孔，以躲避高溫和天敵，并伺機(jī)捕食路過(guò)的蜥蜴、鼠類和小型鳥(niǎo)類。

現(xiàn)生的沙蚺主要分布在亞洲和非洲的干旱地區(qū)，而我國(guó)僅有一種紅沙蚺，多棲息于內(nèi)蒙古、新疆、寧夏和甘肅的荒漠、戈壁等干旱環(huán)境中。紅沙蚺在甘肅境內(nèi)的分布區(qū)域包括白銀、武威、張掖、酒泉等，最近的分布點(diǎn)距離臨夏盆地僅有數(shù)百千米。

“臨夏盆地位于青藏高原高寒區(qū)、東部季風(fēng)區(qū)與西北干旱區(qū)的交會(huì)地帶，屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，無(wú)論是自然環(huán)境還是氣候條件都不適合沙蚺生存。”論文第一作者兼通訊作者、古脊椎所史靜聳博士介紹說(shuō)，沙蚺是一種典型的喜旱蛇類，沙蚺和一系列旱棲動(dòng)物化石在臨夏盆地上中新統(tǒng)地層中的發(fā)現(xiàn)，證明了在幾百萬(wàn)年前，這里可能是干旱缺水的荒漠或草原。

然而，臨夏沙蚺化石研究起來(lái)并不容易。這件化石散落在一只竹鼠的模式標(biāo)本底部的圍巖里，眼尖的史靜聳在經(jīng)過(guò)化石修理室時(shí)無(wú)意中多瞟了一眼，才讓這條“石化”了近800萬(wàn)年的沙蚺重見(jiàn)天日。

“經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的雨雪風(fēng)霜，化石已經(jīng)支離破碎，光是2厘米長(zhǎng)的上頜骨就碎成了三截，經(jīng)過(guò)兩周的挑揀、修復(fù)，才把它拼接完整。而蛇類上頜骨的外形、牙齒數(shù)量和大小的變化趨勢(shì)、前額突和外翼突的位置和形狀，都是非常重要的分類鑒定依據(jù)。”史靜聳告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

全證據(jù)系統(tǒng)發(fā)育研究

標(biāo)本的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)只是研究的開(kāi)端。史靜聳表示，對(duì)于新生代的蛇類化石研究而言，最具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)是將化石和與之相關(guān)的現(xiàn)生物種作比對(duì)，甚至是將化石的形態(tài)學(xué)特征納入現(xiàn)生的矩陣中進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析。

“這就要求研究人員以觀察和對(duì)比大量現(xiàn)生物種的骨骼標(biāo)本作為工作基礎(chǔ)。”史靜聳說(shuō)。

于是，研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了整整3年時(shí)間，首先結(jié)合手頭現(xiàn)有標(biāo)本、文獻(xiàn)提供的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)，以及國(guó)外博物館的館藏沙蚺骨骼標(biāo)本，將整個(gè)沙蚺科現(xiàn)有物種的骨骼形態(tài)進(jìn)行綜合比較與研究。在此基礎(chǔ)上，又基于形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合前人研究結(jié)果重新編碼了包括沙蚺屬及近緣屬共計(jì)19個(gè)物種，98個(gè)形態(tài)、生態(tài)學(xué)特征的矩陣，并結(jié)合2段線粒體、6段核基因，以化石年代為校正信息，開(kāi)展了全證據(jù)系統(tǒng)發(fā)育研究。

結(jié)果顯示，該化石是一個(gè)滅絕的新種，命名為臨夏沙蚺。臨夏沙蚺和國(guó)內(nèi)現(xiàn)生的紅沙蚺并不是近親關(guān)系，反而與肯尼亞沙蚺構(gòu)成姐妹群。沙蚺科兩個(gè)卵生的現(xiàn)生物種——分布于西非的撒哈拉沙蚺和分布于西亞的阿拉伯沙蚺，也構(gòu)成姐妹群。而沙蚺屬幾個(gè)同樣分布在非洲的物種卻都不構(gòu)成姐妹群。

“這就意味著，沙蚺在非洲和歐亞大陸之間的擴(kuò)散并不是一次簡(jiǎn)單的獨(dú)立擴(kuò)散事件。”史靜聳表示。

歷經(jīng)三次“洲際遠(yuǎn)征”

那么，臨夏沙蚺是什么時(shí)候、從哪里遷入臨夏盆地的呢？

經(jīng)過(guò)祖先地理重建，研究人員推測(cè)，舊大陸沙蚺科可能起源于非洲，自晚中新世以來(lái)，經(jīng)歷了3次跨越非洲和歐亞大陸的遷徙。

史靜聳介紹，撒哈拉沙蚺和阿拉伯沙蚺所在支系位于相對(duì)基干的位置，二者分化時(shí)間約為1300萬(wàn)年前。也就是說(shuō)，沙蚺科第一次擴(kuò)散的時(shí)間可能處于晚中新世早期。

第二次擴(kuò)散則是晚中新世臨夏沙蚺與東非的肯尼亞沙蚺所在支系的分化，時(shí)間約為800萬(wàn)年前。他解釋，臨夏沙蚺可能是在一次舊大陸的大型干旱化期間，由非洲東部沿西亞、途經(jīng)青藏高原北部的干旱區(qū)擴(kuò)散到青藏高原東北角，即甘肅臨夏地區(qū)，并在此地繁衍生息。而之后，由于青藏高原的不斷隆升以及季風(fēng)的加強(qiáng)，臨夏盆地的氣候環(huán)境逐漸變得濕冷，導(dǎo)致臨夏沙蚺在這個(gè)地區(qū)絕跡。

沙蚺科最近的一次洲際擴(kuò)散是斑點(diǎn)沙蚺的種內(nèi)擴(kuò)散。斑點(diǎn)沙蚺是現(xiàn)生沙蚺屬中已知分布范圍最廣的一種，分布區(qū)域跨越了歐、亞、非三大洲。

至于紅沙蚺，直到140萬(wàn)年前的早更新世晚期才從西亞擴(kuò)散到中國(guó)西北地區(qū)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于臨夏沙蚺從非洲來(lái)到亞洲的時(shí)間。

這項(xiàng)研究指出，全球性或區(qū)域性環(huán)境干旱化及荒漠、草原的擴(kuò)張，可能是促使沙蚺家族擴(kuò)散的主要外因。

◎ 來(lái)源|中國(guó)科學(xué)報(bào)