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科研進展

古三趾馬事件揭示晚中新世生態背景

發表日期:2022-03-10來源:放大 縮小

  三趾馬事件,即三趾馬于晚中新世首次由北美遷入舊大陸的事件,是新近紀乃至晚新生代最重要的生物地理事件之一,是晚中新世開始的標志之一。三趾馬事件的確切定義一直存在爭議,目前主要有三趾馬事件(Hipparion Datum)、古三趾馬事件(Hippotherium Datum)和祖三趾馬事件(Cormohipparion Datum)三種定義。而這是一個涉及三趾馬的分類爭議以及最初抵達舊大陸的三趾馬的確切門類的復雜問題。對于舊大陸,主要是歐亞大陸的時代最早的三趾馬的詳細研究是解決這個問題的關鍵。之前的主流觀點認為舊大陸最早的三趾馬是生活在中歐地區的Hippotherium primigenium。近年來又有學者認為維也納盆地的Cormohipparion sp.的年代更早。而在亞洲地區,晚中新世最早期常見的三趾馬是1978年命名于陜西藍田的渭河三趾馬(Hipparion weihoense)和賈氏三趾馬(Hipparion chiai)。這兩個在晚中新世早期灞河期廣泛分布于中國北方的種被認為與歐洲的古三趾馬(Hippotherium)有密切的關系,且在地理位置上與三趾馬的發源地北美更近,有望成為三趾馬事件研究中的重要一環。 

  中國科學院古脊椎動物與古人類研究所與甘肅臨夏州和政古動物化石博物館進行合作,對臨夏盆地出產的渭河/賈氏三趾馬新材料,以及前人報道的渭河/賈氏三趾馬經典材料進行了綜合對比研究(圖1),在這一類三趾馬分類學及其所涉及的重大生態環境背景方面有了全新的認識。以孫博陽副研究員為第一作者,鄧濤研究員為通訊作者的這一研究成果最近在線發表于國際期刊Scientific Reports(《科學報告》)。 

1 藍田與臨夏盆地的渭河古三趾馬頭骨材料

  渭河和賈氏兩個種之前被歸入Hippotherium亞屬,而通過近幾年來對該分類單元逐漸清晰的認識,這一單元可提升為屬。另一方面,渭河和賈氏種在大部分化石點共生,通過對新老材料的全面對比,證實這兩個種之前被認為是明顯差異的特征系種內變異和保存狀況所致,二者應合并為一個種,即渭河古三趾馬Hippotherium weihoense。根據臨夏盆地的古地磁研究,首次出現渭河古三趾馬分布記錄地層的年代為11.5 Ma。維也納盆地的Cormohipparion sp.應歸為H. primigenium,年代被估計為11.4-11 Ma。因此渭河古三趾馬是舊大陸最早的三趾馬,三趾馬事件應更名為古三趾馬事件(圖2)。 

2 晚中新世早期舊大陸三趾馬地史與地理分布

  馬亞科動物四肢骨骼的功能形態特征對生態環境具有很強的指示意義。股骨遠端滑車溝越深,動物的站立時間就越持久;纖細的掌蹠骨更加利于行走和奔跑;相對較長的遠端肢骨(掌蹠骨和指節骨)可以提高身體重心,減小慣性,并且能增大步幅,有利于快速地奔跑。對渭河古三趾馬新材料中的四肢骨骼的分析表明,該種相比于同時期生活在歐洲的H. primigenium和北非的Cormohipparion africanum具有更纖細的掌蹠骨,相比于H. primigenium具有更深的股骨遠端滑車溝和更長的遠端肢骨比例。因此,渭河古三趾馬有著長時間站立和奔跑的能力,有利于其在開闊環境中進行生存。同時期生活在歐洲和北非的類群奔跑能力相對較弱,更加適合在封閉的叢林環境中生存。 

  至此,對晚中新世早期三趾馬的最新研究結果描述出一幅完整的生態環境—動物地理圖景(圖3)。起源于北美的三趾馬類分兩次遷入舊大陸:第一次是古三趾馬于11.5 Ma抵達東亞,為草原類型,隨后遷徙至歐洲,出現林地類型;第二次是祖三趾馬于10.8 Ma抵達西亞,為草原類型,隨后遷移至北非,出現林地類型。大量的古環境研究數據也一致表明,晚中新世早期的亞洲以干旱開闊的環境為主,歐洲和北非氣候相對濕潤,以森林環境為主。多項研究表明亞洲的這種干旱狀況和青藏高原在中新世的強烈隆升和副特提斯洋的退縮具有最直接的關系。三趾馬于中中新世起源于以干旱環境為主的北美地區,于晚中新世抵達亞洲時便高度適應當地環境,很快發生輻射和擴張;當它們進入歐洲和北非時,又能快速產生出適應封閉環境的類型,體現出三趾馬類對環境的高度適應和自我調整能力,是未來在舊大陸達到大繁盛的重要原因。 

3 晚中新世早期舊大陸三趾馬動物地理與生態環境

  本研究由國家自然科學基金項目、中國科學院戰略先導項目、第二次青藏高原科學考察項目和中國科學院青年創新促進會項目資助。  

  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41598-022-07639-w

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