科學家聚焦西亞馬遜物種大爆發之謎

　　 Catherine Rigsby的膝蓋陷入泥沼里，她沿著秘魯亞馬遜森林中一條較淺的溪流費勁地向前挪動著。她沉著地甩掉淤泥，抓起岸邊的一根樹枝當作手杖。蜜蜂在她的頭頂嗡嗡地響著，金剛鸚鵡在密林中發出尖利的叫聲，這位沉積學家小心翼翼地繼續尋找著她在這片雨林中的探索目標：裸露的巖石。這個地方位于馬努河上游，距離當地最近的城鎮大致需花費一天的水路，在這個亞馬遜森林偏僻的角落周圍可能分布著這種巖石。

　　“我覺得我們運氣太好了！”Rigsby的研究生Sage Wagner在不遠處的溪流轉彎處喊道。Rigsby在東卡羅來納州立大學和厄瓜多爾Yachay理工大學擔任教職，進入她視野的是一塊并不高的沉積層。這個沉積層是在大約900萬年前一層層沉積下來的，這個露頭沉積巖隱藏著解開長久以來一個謎題的線索：是什么產生了亞馬遜雨林如此龐大的生物多樣性？

　　加勒比海入侵南美大陸

　　西亞馬遜包括秘魯、厄瓜多爾、哥倫比亞的部分區域以及巴西西北部地區，“是世界上植物物種最為豐富的地區”。美國密歇根州立大學進化生物學家Christopher Dick說，“在北美北部約有300種樹木，而在西亞馬遜，每一公頃森林中就有300種植物種類。”事實上，植物物種多樣性只是其中的一部分。據了解，亞馬遜盆地——從巴西一直延伸到大西洋沿岸的面積達670萬平方公里的地區——生活著全世界已知10%的物種。

　　科學家一直認為，這種豐富的生物多樣性來自于西亞馬遜曾經歷過的巨大地質活動，如造山運動、海岸線變遷、河流改道等。這些地質活動通過分散和改變物種棲息地，形成了物種大爆發。但是科學家們圍繞這些地質活動的發生方式以及哪種地質活動對亞馬遜物種的形成產生了較大作用產生了激烈的爭論。

　　對于西亞馬遜物種形成之謎，一種普遍的觀點是加勒比海在1000萬年前侵入南美大陸，形成了廣袤的濕地，其間星羅棋布著各種大小島嶼。因此微生物必須適應咸水、淡水、水棲、陸生等各種生物群落，從而觸發了生物多樣性。

　　為了支撐這一觀點，一些研究曾找到了浮游生物、軟體動物、海洋魚類，乃至現存的亞馬遜河海豚等強有力的證據。“我百分之百確定，在亞馬遜的漫長歷史中，加勒比海至少曾有兩次入侵南美大陸北海岸線，并涌入到2000公里之外的西亞馬遜。”史密森尼熱帶研究所古生物學家Carlos Jaramillo說。

　　安第斯山脈抬升

　　但是，Rigsby發現的露頭沉積巖卻對上述觀點提出了挑戰，它表明當時亞馬遜的環境和今天如出一轍。在接近溪流表面的地方，這個至今已900萬歲的沉積巖顆粒精細度較為粗糙，但是越往上走顆粒越精細。到達溪流上方1米左右的位置時，顆粒再次變得粗糙，而且這種模式反復重復。Rigsby推測，她看到的是像今天一樣的河流洪流反復出現的痕跡。當洪水消退時，現代的洪水也會使同一塊沉積層原來的粗糙顆粒變得精細。

　　基于這塊露頭沉積巖和其他證據，Rigsby和一些研究人員爭論稱，亞馬遜大量生物物種的涌現出現在更早的地質事件中。他們支持的一個選擇性觀點是：在亞馬遜盆地西部邊緣曾在更早時期發生過安第斯山脈的抬升，這一事件最晚發生在6500萬年前。當物種適應了山體沿線狹窄的生態位置之后，生物多樣性飛速發展，新物種從安第斯山脈進入了亞馬遜雨林。

　　為此，今年7月，Rigsby和Dick以及其他18名同事來到秘魯，開始尋找可以證明這種觀點的地質學和生物學資料。他們不僅檢查了巖石和化石，還檢查了現存的一些植物，這些可能會含有讓他們摸清亞馬遜森林演化的線索。“我們能夠從這些收集物品中獲得大量的（基因）數據，如果我們可以很好地過濾這些數據，就能夠獲得大量關于環境歷史、地質歷史和氣候歷史的資料。”該項目負責人之一、Yachay科技大學和杜克大學地質學家Paul Baker說。

　　撲朔迷離的謎底

　　“這個想法不壞。”Dick說。但是當1990年一篇發表于《自然》的研究成果出現后，Haffer的假設被推翻了。這篇文章表明，生物多樣性熱點實屬錯覺，這是科學家在容易到達的雨林區域反復收集樣本的結果。“事實上，南美雨林在冰河時代處于濕潤地帶。”內布拉斯加大學古氣候學家、Baker項目共同負責人之一Sherilyn Fritz說，“簡言之，Haffer假設是錯誤的。”

　　因此，科學家重新開始絞盡腦汁，希望撥云見日，解開亞馬遜雨林生物多樣性之謎。

　　這時年輕的地質學和孢粉學家Carina Hoorn走進了西亞馬遜，建立了該地區在更新世之前的模型。數百萬年前，即在距今2300萬年前至500萬年前的中新世時期，“那里已經存在著高度密集的雨林。”她說。

　　Hoorn知道，一個多世紀以來，科學家一直在西亞馬遜尋找軟體動物貝殼化石，但是一直以來她并不相信加勒比海可以深入到如此遙遠的內陸。然而，隨后她卻在秘魯、哥倫比亞和巴西西北地區的雨林中發現了越來越多的有孔蟲（絕大多數生活在海洋中的一種單細胞微生物）化石殘骸。“這樣我才相信了這種觀點。”Hoorn回憶說，她現在是荷蘭阿姆斯特丹大學的一名研究人員以及CLIM-AMAZON項目的負責人。

　　現在，她已經繪制出一幅中新世時期西亞馬遜的圖景：當時那里屬于受到海水入侵的海口區域，當海水入侵后使雨林隔絕形成島嶼，分裂開了陸生物種并促進了物種形成。同時，今天在亞馬遜流域發現的若干種河流物種其祖先也來自于海洋，如海豚和黃貂魚等，加拿大多倫多大學進化生物學家Nathan Lovejoy說。

　　然而，與此同時，其他潛在的亞馬遜物種形成假說也在醞釀著。安第斯山脈在斷斷續續地向上抬升，而且一旦這道“萬里長城”形成之后，南美洲從此將是另一種景象。

　　揭開面紗尚需更多研究

　　在馬努國家公園偏僻的雨林中，Christopher Dick從一種叫作Poulsenia armata的古樹上摘下了一些葉子，他希望從中發現它的基因中蘊含的古地質學變化資料。此外，Dick還收集了厄瓜多爾同種樹的基因樣本，他發現兩種樹木在大約900萬年前擁有共同的祖先，這一時間即為安第斯山脈正在進行劇烈抬升的時期。正如Baker所說的那樣，這種“地理基因”在諸如亞馬遜雨林這樣的地方可以成為一種有價值的研究對象，因為那里的露頭巖石非常少。

　　其他一些團隊也在研究這項極富挑戰性的生物地理學難題。例如，由歐盟和巴西合作開展的一項叫作CLIM-AMAZON的項目，正在嘗試解開亞馬遜盆地的沉積歷史，從而追蹤古水體走向。由紐約美國自然歷史博物館鳥類學家Joel Cracraft和巴西圣保羅大學植物學家Lúcia Lohmann合作的一項研究正在繪制亞馬遜鳥類、蝶類、靈長類以及兩個植物群落的分布范圍，以此了解亞馬遜盆地的歷史在如何影響其生物地理分布。上述3個研究團隊均在近日于馬里蘭州巴爾的摩市舉行的美國地質學會年會上作了報告。

　　多學科協同工作的目的是“加速我們對亞馬遜雨林的了解”。Cracraft說：“我們處于了解這一大規模物種多樣性如何發生的研究前沿。”

　　接下來，對于Baker來說，他將和同事分析此次亞馬遜雨林之行采集的珍貴樣本：帶有“盔甲”的樹葉、罕見的沉積巖露頭、一棵石化樹。不過現在，他們正在沿著馬努河走出雨林，并心滿意足地欣賞著這片雨林的景色——這片地質活動曾活躍異常、現在看起來卻仿如永恒不變的雨林的景色。