巴拿马唯一的不同点是它地跨两洲。 了解这个地峡在数百万年前如何形成对我们理解西半球生物如何演化至关重要。 2006 年当史密森尼古植物学家卡洛斯•哈拉米约 (Carlos Jaramillo) 得知巴拿马正在扩大其运河,并需要对 1 亿吨岩石进行爆破时,他意识到他必须赶快行动,以获得该爆破活动中可能发现的所有化石。 卡洛斯来自现场的研究使人们对物种在美洲如何分布有了新的理解。 据卡洛斯说,地峡的上升“改变了我们今天所看到的所有动植物,没有这个地峡,所有一切都将会与现在不同。”

世纪大桥 (Centennial Bridge)。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
世纪大桥 (Centennial Bridge)。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

作为史密森尼热带研究所 (Smithsonian Tropical Research Institute) 的一名古植物学家,卡洛斯专注于研究全球热带雨林的演变。 他对古代化石进行研究,以了解过去动植物如何应对全球和当地气候变化及景观变化。 研究过去事物形成的化石,即了解事物在长时间内如何变化,有助于我们了解全球变化如何影响我们的现在和未来。

卡洛斯•哈拉米约 (Carlos Jaramillo)。 
 照片来源:STRI。
卡洛斯•哈拉米约 (Carlos Jaramillo)。 照片来源:STRI。

在史密森尼、巴拿马运河管理局 (Panama Canal Authority)、《国家地理》(National Geographic)、马克•塔珀 (Mark Tupper) 和美国国家科学基金会 (U.S. National Science Foundation) 研究与教育伙伴计划 (PIRE) 的资助下,卡洛斯和他的团队能够在获得这些曾被埋藏的化石记录的机会永远消失前,继续进行研究并恢复宝贵的信息。

大约 2 千万年前形成的 Lacunofructus cuatrecasana 类香膏科化石种子。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
大约 2 千万年前形成的 Lacunofructus cuatrecasana 类香膏科化石种子。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

随着运河继续扩大,卡洛斯和他的研究员团队忙于绘制地质组成图、挖掘化石、收集样本并记录数据。 随着现实山脉从他们眼前消失,他们不得不快速行动。 他们在野外记录了 6,000 多天,设法用样本填满整个仓库。 他们发现了 24 个哺乳动物物种,其中大多数对科学界来讲都是全新的,只有少数几个是曾在运河沿线发现的物种。

STRI 短期研究员尼古拉斯•佩雷斯 (Nicolás Pérez) 展示他在流入 Río Palo Seco 的一条小溪的岩层中发现的一颗化石种子,这颗种子大约形成于 2 千万年前。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
STRI 短期研究员尼古拉斯•佩雷斯 (Nicolás Pérez) 展示他在流入 Río Palo Seco 的一条小溪的岩层中发现的一颗化石种子,这颗种子大约形成于 2 千万年前。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

研究团队发现了各种东西,小到骆驼和马匹,大到“熊狗 (bear dog)”(吓人的食肉动物,大小和黑熊一般)。 他们发现的物种中,很多是曾在北至北达科他州发现的物种。 在巴拿马的调查结果使已知物种的范围扩大了一倍,并将这些物种的来源延伸到了热带地区。 运河沿线发现的大量化石遗址让人们对遥远的过去有了一种独特看法,并向我们提供了一副更完整的照片,关于 3,500 万年前到 270 万年前之间生活在巴拿马的物种。

新热带区生物地理学网络第四次会议 (Fourth Meeting of the Network for Neotropical Biogeography) 参会者正在游览巴拿马运河挖掘过程中形成的古生物学挖掘现场。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
新热带区生物地理学网络第四次会议 (Fourth Meeting of the Network for Neotropical Biogeography) 参会者正在游览巴拿马运河挖掘过程中形成的古生物学挖掘现场。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

阿尔多•林孔 (Aldo Rincon) 是一名研究员,已就该项目和卡洛斯合作了 8 年。他解释道:“我们有关美洲哺乳动物的知识大部分来自大平原(北美),而且,对于热带地区,我们知道的并不多。 这就是巴拿马演化记录如此重要的原因。 它向我们述说热带生物多样性的起源,即动物迁徙到热带地区后发生的事情。”

生物迁徙。 
照片来源:STRI。
生物迁徙。 照片来源:STRI。

除了发现新物种外,这些化石发现还具有重要含义,对美洲物种分布的现有结论构成挑战。 几乎所有这些哺乳动物起源于北美,暗示 2,000 万年前哺乳动物从加拿大迁徙到巴拿马,且在以前只能看到海洋中美洲一直存在一个连续的大陆,该大陆基本上是从北美一直延伸到热带地区的一个狭长半岛。 相反,研究人员发现巴拿马现场的植物具有南美洲“血统”。 这表明整个中美洲海道 (Central American Seaway) 植物迁移比哺乳动物迁徙还早,推翻了普遍认为植物比动物流动性低的观念。

大约 2 千万年前形成的 Lacunofructus cuatrecasana 类香膏科化石种子。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
大约 2 千万年前形成的 Lacunofructus cuatrecasana 类香膏科化石种子。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

其他新数据包括使用锆石晶体(可以很容易推断年份的超强矿物)追踪沉积物来源、古代火山的化学和矿物成分、古海洋学建模(使用超级电脑模拟过去条件和了解地峡变化如何影响气候);以及大量 DNA 信息分析表明:1,000 万年前,中美洲海道已经关闭,而且很多巴拿马景观已经从海洋中浮现。 直到 350 万年前海道完全关闭后,仅有狭窄的和或许断续的浅水通道将加勒比地区与太平洋连接起来。

Ocú 层的岩石伸出 Río Palo Seco 水面。 
照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。
Ocú 层的岩石伸出 Río Palo Seco 水面。 照片来源:肖恩•马特森 (Sean Mattson)。

史密森尼团队利用这些发现更新了对巴拿马形成过程的理解,即巴拿马地峡的大部分从海洋中升起的时间远比我们知道的早。 了解这个时间非常重要,因为巴拿马地峡的上升触发了温盐环流(海水温度上升和盐度增加引起的海洋环流),从而导致全球气候发生了重要转变,引起有史以来最大规模的生物迁移活动之一,即美洲动植物迁移。 触发温盐环流非常重要,因为巴拿马地峡的上升将大西洋与太平洋分离,这使得大西洋海水的盐度和温度比以前高得多,从而导致北美洲温度上升。 随着北极冰盖在当前气候变化的影响下融化,大西洋海水盐度可能发生变化,并对北半球的气候造成严重影响。 卡洛斯总结道:“尽管巴拿马是个很小的国家,但是巴拿马地峡上升的后果具有全球性影响,涉及整个大西洋以及各大洲之间动植物迁移。”

巴拿马地峡形成之前。 
照片来源:STRI。
巴拿马地峡形成之前。 照片来源:STRI。

卡洛斯和他的团队在秘鲁、哥伦比亚、古巴、巴西和委内瑞拉继续调查过去气候变化对化石的影响,以更好地了解当今全球变化的潜在影响。 放眼未来时,我们必须回顾过去,以提供我们对如何应对气候变化所做的决定。

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