古生物：见证西北环境变迁

中国古动物馆展示的将军庙单脊龙完整骨架 耿艺摄

袁复礼在内蒙古哈那郭罗附近进行测绘

　　撰文/邓涛 摄影/耿艺等 绘图/李荣山等

　　在1927年开始的西北科学考查团的诸项考察中，古生物只是属于地质学中的一项内容，但袁复礼和步林发现的古生物化石却为这次考察带来了意想不到的收获。袁复礼发现的爬行动物统治着中生代，在它们绝灭后，步林发现的哺乳动物在新生代开始欣欣向荣地发展起来。遗憾的是，限于当时的条件，西北科学考查团擦肩而过了一个伟大的发现，即沉睡着丰富而多样的新生代哺乳动物化石群的临夏盆地。近年来临夏盆地发现的新生代晚期哺乳动物化石群，与袁复礼和步林的发现相衔接，共同组成了地球生命演化的重要篇章。

　　袁复礼在天山北麓发现的大批爬行动物化石曾在国际上引起轰动

　　1927年5月9日注定将在中国科技史和对外交流史上写下重重的一笔：由中外科学家组成的西北科学考查团在这一天从北京西直门火车站起程，前往广袤的中国西北去开展后来竟持续了8年之久并行程上万里的伟大考察。这次考察由

北京大学教授徐炳昶和在世界历史上备受争议的瑞典人斯文·赫定分别担任中、外方团长。作为中方10名团员之一的袁复礼教授日后在新疆和宁夏等地采掘到大量爬行类动物化石，其中包括新疆二齿兽、布氏水龙兽、赫氏水龙兽、魏氏水龙兽、袁氏阔口龙、袁氏三台龙、奇台天山龙和宁夏绘龙等。一次考察发现如此众多的爬行动物化石，这在以往还是不多见的，袁氏因此为考查团赢得了巨大的声誉。

　　袁复礼能够做出如此成绩并非偶然，他在参加西北科学考查团之前已有相当丰富的经验积累。袁复礼1893年生于北京，1913年在清华学堂高等科学习，1915年赴美深造，先后在布朗大学和哥伦比亚大学学习教育学、生物学、考古学和地质学，1921年回国后受聘为中国地质调查所技师并任教于北京大学地质系。1921年，袁复礼和安特生共同发掘仰韶文化，揭开了我国史前社会研究的序幕。1923年至1924年袁复礼在甘肃做地质调查时，首次确定了我国具有距今约3.3亿年前的早石炭世晚期地层，为我国南、北方石炭系地层古生物对比和古地理研究奠定了基础。

　　1928年1月，袁复礼一行经内蒙古进入新疆。在这一年的大多数时间里，他在天山和准噶尔盆地卡拉麦里一带工作，并深入到奇台县的将军戈壁和孚远县(今吉木萨尔县)的三台等地进行科学考察和考古调查。他冒着生命危险跋山涉水，酷热严寒、风沙侵袭已是家常便饭，断粮缺水也习以为常。在艰苦的条件和恶劣的自然环境里，袁复礼终于获得了惊人的科学成果，采集到的化石足有200余箱之多。

　　中方团长徐炳昶到新疆后即于翌年返回北京，1928年12月以后由袁复礼任考查团代理团长，由此他在野外一直工作到1932年，以至他成为团中连续考察时间最长、工作任务最重、采集品最多的一位科学家。在新疆的考察结束后，团员多取道西伯利亚乘火车东归，而袁复礼则选择一条新考察路线返回，并于1932年3月在宁夏荒无人烟的沙丘中，又发现了一具大型

恐龙——宁夏绘龙的化石。

　　袁复礼在天山北麓发现的大批爬行动物化石曾在国际上引起轰动。一位瑞典地质学家写信给斯文·赫定说：“你们费巨款做考察，即使只得此一件大发现，已属不虚此行。”我国古脊椎动物研究的奠基人杨钟健也认为：“此其重要，殆不在中国猿人之发现以下。”后来斯文·赫定在世界各地演讲，谈到西北科学考查团的功绩时，总是把袁复礼的发现放在第一位。鉴于袁复礼教授在西北考察中的重大贡献，瑞典皇家科学院特别授予他“北极星奖章”。

　　步林发现的新生代哺乳动物化石对了解青藏高原的地质历史非常重要

　　西北科学考查团的17名欧洲团员中有一人专门负责古脊椎动物，尤其是哺乳动物化石的考察和发掘，他就是瑞典古生物学家博格·步林。步林1898年生于瑞典乌普萨拉，1927年在乌普萨拉大学获得博士学位，他的博士论文是有关安特生收集的中国山西保德等地的长颈鹿化石的研究。博士毕业后，步林来到中国，但一开始并没有加入西北科学考查团，而是参与周口店北京人地点的发掘工作。尽管袁复礼发现了大量爬行动物化石，但他是一名地质学家而非古生物学家，并有大量的地质工作要做，因此斯文·赫定迫切感到需要有一名专职的古脊椎动物学家来扩大考查团在化石方面的成果。于是，1929年1月斯文·赫定返回北京时找到步林，请他参加考查团。步林当然很高兴，随后开始了他在中国收获最多也是冒险最大的考察活动。

　　步林1929年11月11日从内蒙古中部的百灵庙出发，在1930年春季和初夏穿越内蒙古西部，于盛夏到达甘肃。他花了10个月的时间在北山中段的南坡考察，最西到达疏勒河尾闾，沿嘉峪关—回回铺(现在的玉门)—缮马城地区采集恐龙和哺乳动物化石。1931年6月，步林在敦煌北面遭遇马仲英军队的抢劫，并被迫改变西行计划，转而向南，由此幸运地在祁连山北麓发现了他自认为是西北科考成果中最重要的渐新世(距今3390万—2303万年)以小哺乳动物化石为主的塔奔布鲁克动物群。1931年10月，步林继续向南翻越祁连山，到达柴达木盆地的托素湖地区，发现了中新世(距今2303万—533万年)以大型哺乳动物化石为主的柴达木动物群，包括无角的柴达木犀、“独角”的柴达木兽和掌状角的皇冠鹿等许多奇特的种类。他发现的小哺乳动物主要包括食虫目、兔形目、啮齿目等，而大哺乳动物主要包括食肉目、长鼻目、奇蹄目、偶蹄目等。对于科学家而言，它们在动物群中的比例，是解读生态环境变迁的一个重要标尺。通常来说，在干旱的环境中，小哺乳动物占有较大的比例；相反，在湿润的环境中，大哺乳动物更为丰富。

　　步林在结束西北科学考查团的工作于1933年返回瑞典后，撰写了大量有关中国古生物方面的专著。《中瑞考察出版物》的第1卷就是步林的“柴达木第三纪哺乳动物群”，第6、20、26、28、35、37、44卷也全部是步林撰写的报告。尽管步林最广为人知的是他参与了周口店北京人地点的早期考察和发掘工作，但作为西北科学考查团的专职古脊椎动物学家，其贡献同样、甚至更为重要。他的开拓性工作为青藏高原及其周边地区新生代哺乳动物进化研究奠定了最初的基础，他在甘肃西部祁连山北麓的党河地区(塔奔布鲁克)发现的哺乳动物化石还成为渐新世最晚一个哺乳动物时代(塔奔布鲁克期)的主要内容。

　　在西北科学考查团的诸项考察中，古生物只是属于地质学中的一项内容，但袁复礼和步林发现的化石却为这次考察带来了意想不到的收获。袁复礼发现的中国西北部中生代爬行动物化石，为远古时期非洲、亚洲之间的动物迁移和演变提供了新视野，并推翻了一些地质学家认为天山东段无动物化石的论断。步林对青藏高原及其北缘新生代哺乳动物化石的发现，为了解高原的地质历史提供了非常重要的证据。显然，袁复礼和步林的发现对于我国古生物学、地层学和构造地质学的研究都具有特殊的意义。

　　限于当年的时间和条件，袁复礼和步林在中国西北发现的脊椎动物化石数量和地点毕竟还太少。袁复礼发现的爬行动物统治着中生代，在它们绝灭后，步林发现的哺乳动物在新生代开始欣欣向荣地发展起来。中国西北正好位于青藏高原北缘，要探究这个非常重要的地质块体的隆起过程，埋藏在地层中的化石，尤其是新生代的哺乳动物化石，是最理想的解读线索。遗憾的是，西北科学考查团当年擦肩而过了一个伟大的发现：考查团的线路经过兰州，而就在其南100公里的临夏盆地，正是一个化石储藏极其丰富的聚宝盆。这个盆地中堆积的巨厚新生代晚期积物来自青藏高原的快速隆升，接续了中生代大陆漂移和新生代早期古地中海封闭的历史。袁复礼和步林的发现分别来自中生代和新生代早期地层，与临夏盆地新生代晚期地层中的发现前后贯通，共同组成了地球生命演化的重要篇章。

　　3000万年前,巨犀等动物可以在“青藏高原”南北之间自由迁徙

　　临夏盆地位于甘肃省东南部，地处青藏高原和黄土高原过渡带，地势南高北低。南部是秦岭山系西延形成的石质高山区，北部为黄土高原的丘陵沟壑区，平均海拔2000米。从解放前开始，在临夏盆地就有老乡进行“龙骨”的挖掘。解放后，在大兴农田水利的建设中，盆地中的“龙骨”又被大量发现。1962年，和政县政府向国家反映发现“龙骨”的消息，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所随即派遣当时从苏联留学回来的邱占祥前来考察，他发现这里有很好的科学研究前景，但之后的“文化大革命”使所有研究工作都停顿下来。直到20世纪80年代，对临夏盆地的科学研究工作才走上正轨。

　　在地质构造上，临夏盆地由青藏高原东北缘雷积山深大断裂、秦岭北深大断裂和祁连山东延余脉马衔山所环绕，发育并出露距今约3000万年以来的晚新生代陆相沉积。自从10年前开始参与到临夏盆地哺乳动物化石的考察和研究中以来，我关注的目光便一直聚焦在中国的西北，包括西北科学考查团发现的缮马城、塔奔布鲁克和柴达木盆地，以及临夏盆地。我们已在临夏盆地发现了150多种哺乳动物的大量化石标本，其中以距今约3000万年的巨犀动物群、距今1500万—1200万年的铲齿象动物群、距今1200万—700万年的三趾马动物群和距今250万年的真马动物群最具代表性。由于生物与环境密切相关，而哺乳动物对环境的变化尤其敏感，因此我们可以从临夏盆地的化石中了解过去地球环境的特点和变化。正是气候环境和地质地貌的改变，导致了临夏盆地分别以巨犀、铲齿象、三趾马和真马为代表的各个动物群的演替。袁复礼在新疆发现的水龙兽等爬行动物反映了中生代从南方大陆向北方大陆的生物扩散，而在新生代时期，临夏盆地的哺乳动物中有许多类型的亲属或后代则从欧亚大陆迁徙到了非洲大陆。

　　临夏盆地的巨犀动物群生活于3000万年前的渐新世晚期，那时以温暖湿润的森林环境为主，间杂有一些开阔地带。巨犀动物群中已知的种类中以各种犀牛占绝对优势，还有爪兽和巨猪等，捕猎性的动物相当原始，只存在少量的巨翼齿兽。

　　巨犀可谓是最大的陆上哺乳动物，论体量，其他陆生动物只能望其项背。在临夏盆地发现有两种巨犀化石，即准噶尔巨犀和副巨犀。一只成年的雄性准噶尔巨犀站起来要超过7米，其体重据推算可达24吨，相当于4只现代非洲象的重量。在哺乳动物中，只有海洋中的某些鲸类大过巨犀。为了争夺配偶，雄性巨犀之间也会进行殊死的搏斗。两头准噶尔巨犀加起来的体重将近50吨。它们互相打斗，每一次撞击都势大力沉，足以使石头粉碎。不过，雄巨犀的头骨具有特殊的构造，可以承受住这种撞击。

　　临夏盆地位于青藏高原北缘，而在青藏高原南缘巴基斯坦的渐新世地层中也有巨犀化石。由此可以推测，青藏高原可能在渐新世发生了第一次范围较大的隆升，但隆升的幅度不太大，还不足以阻挡大型哺乳动物的交流，巨犀、巨獠犀和爪兽等都还可以在“青藏高原”的南北之间自由地迁徙。

　　巨犀家族是亚洲的土著居民，后期往西扩展到东欧的高加索等地。巨犀为什么会在3000万年前仅在亚洲繁荣分异呢？这显然与其生活习性和亚洲当时的生态环境密切相关。根据现生犀牛的生态来推断，很可能巨犀也是喜欢潮湿温暖的动物。巨犀的体型虽然巨大，但并不像现生的犀牛那样笨重，它的四条腿要长得多。巨犀的颊齿齿冠仍很低，构造也较简单，显示它是以柔嫩多汁的茎叶等为食。巨犀的颈椎较长，前腿明显长于后腿，特别是桡骨要比胫骨长许多。这样巨犀在站立时，其颈部像马那样向前上方斜伸，前半身抬得比后半身高，可以方便地吃到树顶的叶子。

　　临夏盆地在渐新世时期还生活着一种原始的偶蹄动物，这就是被称为巨猪的怪兽。之所以被称为巨猪，是因为其体型跟今天的犀牛一样巨大，体重超过4吨。然而，巨猪虽然叫猪，却只是在身体的某些方面像猪，而在分类上，它与今天的猪是属于不同的亚目。巨猪脚上的侧趾已经退化，变成只有两个趾的偶蹄动物，而直到今天的猪仍然是四趾的。仅从这一点，也能看出巨猪并非是猪的祖先。

　　尽管巨猪的体型巨大，但它的脑颅相当小，只有橘子那么大，所以它是一种非常蠢笨的动物。虽然蠢笨丑陋，但巨猪在渐新世时是北半球哺乳动物群中称王称霸的种类。巨猪十分好斗，在交配季节，这些巨大的杂食性动物之间也互相攻击，其可怕的牙齿将失败的一方咬得遍体鳞伤，目的是建立自己在群体中的最高统治地位。巨猪最危险的敌人正是自己的同类，而即使是一头巨犀，它们也可以置之不理，因为巨犀完全是食草动物，不会对巨猪构成威胁。相反，巨猪有时会进攻幼年的巨犀，甚至可以与同时代完全食肉的巨翼齿兽竞争......

　　选自《中国国家地理》2007年第8期