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树蛙揭喜马拉雅造山史 板块碰撞在3500万年前

http://www.kexue.com 2013-03-28 09:24:38 北京日报  发表评论

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印度板块漂移过程图
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现生树蛙科物种全球分布图

  印度板块和欧亚板块的撞击事件被认为是目前地球上最大和最积极的造山运动。但对于该碰撞事件的碰撞时间和模式至今仍备受争论。在中科院昆明动物研究所和中科院成都生物研究所的合作研究中,对树蛙类物种进行了系统进化和详细的生物地理分析,从生物角度为地质学上板块撞击这一备受关注的问题提供了独立的新证据。该研究成果日前在线发表于《美国科学院院刊》。

  印度板块和欧亚板块的撞击模式存在不同假说

  印度板块和欧亚板块的撞击事件一直以来被认为是目前地球上最大和最积极的造山运动,多少年来地理学家们均在致力于这方面的研究。这次构造事件直接导致了青藏高原的隆升、全球气候和环境的变化。因此,准确界定两大陆的碰撞时间和模式,无疑对研究高原隆升、全球气候和环境的变化都具有非常重要的意义。

  科学家们通过综合分析古地磁、地层学、古生物学、岩石学和构造变形等资料,从而提出了很多模型和假说来解释整个碰撞的过程。印度板块在大约距今6500万至5500万年前的时候开始放慢了向北漂移的脚步,这往往被众多地理学家认为是印度次大陆与古欧亚板块发生最重要的一次碰撞的时刻。然而在2009年,澳大利亚悉尼大学教授艾特切森和艾利通过对大量野外数据的分析认为,在距今5500万年的时候,印度板块与古欧亚板块之间的距离不足以发生重大的碰撞事件,而只是初次接触,真正发生最终碰撞的时间或许更晚,大约发生在始新世和渐新世的之间,距今3400万年左右。

  这一发现在科学界引起了强烈反响,众多地理学家又开始重新审视这一重大地理事件的发生过程。2012年,国际著名杂志《美国科学院院刊》发表了荷兰乌得勒支大学教授辛斯伯格等的文章,他们认为印度板块自5200万年前首次接触欧亚板块后,直至2500万至2000万年前才最终发生最重要的碰撞,期间两板块之间没有接触。

  那么,到底最终碰撞的时间是哪一个?学术界至今还没有公认的结论。

  生物地理学已成为重构地球历史的重要手段

  生物地理学作为生物学与地理学的交叉学科,它是研究生物在时间和空间上分布的一门学科,即研究生物在地球表面的分布情况和形成原因。生物地理学旨在从生物学进化的角度,重新审视地理事件,为推测以往地理事件的发生提供新的证据,现今已成为重构地球历史的重要手段。

  科学家们研究发现,由同一个祖先演化而来的两种植物或动物,会随着时间增长不断地各自积累遗传变异。因此,通过检测二者之间的遗传变异就可以大致推算出他们分化的时间。然而系统发育树不同分支的演化速率又不是相同的,一般来说生命周期短的物种往往更容易积累变异,也就是演化速率较快,比如细菌、病毒等等。相反,生命周期长的物种积累遗传变异的速度较慢。于是,为了更精准的估算分化时间,往往采用保存了特定地质时期古生物形态的化石时间或者重大地理事件时间作为最保守的参照物标定。

  树蛙科主要分布于亚洲东部和东南部亚热带和热带湿润地区,是活跃在丛林中的精灵。树蛙科的姊妹群非洲树蛙科分布于非洲大陆和马达加斯加岛等地。树蛙科与非洲树蛙科的共同祖先最早起源于非洲和马达加斯加地区,它们之间的演化分歧正是由于大陆漂移时印度板块与非洲板块裂开所造成的。树蛙的皮肤不能耐受高盐海水,不具有跨海和飞行扩散的能力,这使得树蛙类动物的时间空间分布能够很好地反映地理事件。因此,树蛙成为了研究印度板块漂移地理事件的理想动物。

  树蛙进化研究支持最终碰撞时间在3500万年前

  在昆明动物研究所张亚平院士与德克萨斯大学奥斯汀分校大卫-希斯院士的合作中,成都生物研究所李家堂副研究员等对树蛙类物种进行了系统进化和详细的生物地理分析。结果表明,树蛙科物种的祖先最早于第三纪早期出现在欧亚板块的东南亚地区,也就是大约距今5650万至4600万年前。这刚好与印度板块向北漂移速度减缓,被认为与欧亚板块首次接近碰撞的时间相符。此时,东南亚岛屿地区广泛覆盖着热带雨林,这为树蛙类动物的生存提供了先决条件,由此可见,树蛙科物种很有可能就是在这个时候由印度板块扩散至欧亚大陆的。

  通过重构树蛙类动物的祖先地理分布,研究人员发现,在渐新世之前树蛙类物种仅在东南亚及东亚大陆和岛屿之间扩散,但却没有印度板块和欧亚板块之间树蛙类物种间的交流。这种结果表明,在这段时间内印度板块应该与欧亚大陆没有实际的陆地连接,因此也就直接阻碍了物种在印度板块与欧亚板块间的交流。

  到了渐新世时期早期(大约距今3500万年前),印度板块和欧亚板块开始恢复物种的交流。这说明至少在渐新世的时候印度板块与欧亚板块之间发生了碰撞并有了陆地连接,从而才有机会使得两块大陆间的物种发生交流。悉尼大学教授艾特切森和艾利在2009年的文章中认为印度板块与古欧亚大陆的最终碰撞大约发生在始新世和渐新世的之间,距今3400万年左右。因此,从树蛙生物地理学的研究得到的结果来看,艾特切森和艾利给出的印度板块漂移的时空假说是相对更为可信的。

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