破解猛犸岛之谜
圣保罗岛上的冰河期巨兽们，比大陆上的同伴多活了好几千年。那么，它们为什么最终也灭绝了？
几千年前的一天，在白令海中央一座小岛上，一头长毛猛犸象（也称长毛象，简称猛犸）失足掉入一个无法逃出的坑状洞穴，然后死在那里。2003年，美国宾州大学古生物学家格雷汉姆与同事进入这个洞中，搬起一块岩石，结果发现了一根干干净净的猛犸牙齿。它呈长条状，表面不规整。整个看上去，这根象牙就像是一根大面包。格雷汉姆回忆说，“它看上去就好像刚刚被从猛犸口中拔出来一样。”
在自己的职业生涯里，格雷汉姆处置过数百只猛犸牙，但来自美国阿拉斯加州圣保罗岛的这只猛犸牙却很特别。它将让格雷汉姆及一个跨学科专家团队踏上一次探索之旅，去重建这头猛犸的生存环境，并且破解一个奥秘。对于今天因气候改变而面临灭顶之灾的动物来说，这个奥秘也意味深长。
当碳测年证明这只猛犸牙只有6500年的历史时，这个奥秘就开启了。这只猛犸牙（或者说这头猛犸）竟然比在北美大陆上发现的任何猛犸都年轻好几千年。格雷汉姆不得不思考：当大陆猛犸灭绝后，风吹雨打的弹丸之地——圣保罗岛上的猛犸却继续存活了好几千年，那么，最终是什么把它们也赶尽杀绝？
时光回到20世纪60年代。当时，出生于英国的生态学家保罗，从圣保罗岛希尔湖湖底采集到一个沉积芯，其中的分层揭示这个地方的沉积物记录至少延伸到1.4万年前。希尔湖距离格雷汉姆发现猛犸牙的洞穴仅400多米。因此，对于格雷汉姆的疑问，答案或许就藏在希尔湖湖底的黑泥中。
在发现这只猛犸牙10年后，格雷汉姆及其团队重返圣保罗岛，准备从新提取的沉积芯中找寻线索，破解这座小岛及岛上猛犸的历史。
深入奥秘核心
圣保罗岛是白令海中央一系列火山岛中最大的一座。天气给上岛探索的格雷汉姆团队造成了麻烦。他们一上岛，雨水很快就变成冰雪，他们不得不呆在岛上唯一的小镇里。这个小镇里住着该岛500名居民中的大多数，其中绝大多数人是阿留申人。200多年前，他们的祖先被俄罗斯商人带到圣保罗岛上，捕猎北方海狗。
格雷汉姆团队在镇上等待云开雾散。这里有俄罗斯东正教教堂的洋葱形圆顶，有色彩缤纷的房子，还有海鲜加工厂。土生土长于这座直径65千米岛上的北极灰狐，在格雷汉姆团队的大本营外一点也不怕人。这个大本营是美国海洋和大气管理局的一个研究站。
清晨，格雷汉姆团队向着希尔湖进发。这座火山湖的边缘被冰雪覆盖。格雷汉姆团队在30多厘米厚的冰层上钻洞。队员们把每节1米长的多节管子串接到取芯管上，然后让这个装置通过湖水一直伸进湖底。几分钟后，这个装置被取回，其中包括完全按照沉积顺序保存的沉积层。
在取芯管提取的泥巴里，保存着掉进、被冲刷到或者“定居”在湖底的物体的法医学记录。这些物体包括真菌孢子、植物残片、古代花粉、火山灰、小型甲壳纲动物的残留，甚至包括猛犸在湖中打滚时掉下的DNA。格雷汉姆团队将使用这些证据构建圣保罗岛几千年来的气候变化，确定岛上猛犸的灭绝时间。
队员们从沉积层下面开始，一米一米地取样，然后把样本放进塑料管中。随后，这些管子被密封并放进睡袋中以避免冻结，因为冻结可能扭曲分层的细节。这项工作复杂、低温而又费体力。到了一天工作结束时，泥巴在队员们的衣服和头发上冻成了壳。
每一米芯样都让我们回到越来越遥远的从前。当一名队员引导第六节芯样进入一根管子时，他注意到泥巴从带有布丁纹理的柔和褐色变成色调统一的黑色。科学家们推测，这一变化匹配的是差不多6000～8000年前的沉积物，而格雷汉姆发现的猛犸正是在这个时期死于洞中的。这意味着，如果猛犸DNA只存在于这节芯样的下层而非顶层，那么这节芯样就包括圣保罗岛猛犸灭绝的时期。
猛犸最后阵地
自从上一次冰河期即大约1.2万年前以来，圣保罗岛的无树冻原地貌鲜有改变。很容易想象这样的场景：猛犸站在斜坡上，用长牙清理冰雪，寻找植被食用。入夏，它们踩踏着冻土地带的小小野花，步履沉重迈向希尔湖——岛上主要的淡水源头之一。
科学家曾经估计，猛犸最后是在1万～1.4万年前从北美洲消失的。然而，如今的发现却证实它们此后在圣保罗岛上又坚守了好几千年。在俄罗斯北极深处的弗兰格尔岛上，猛犸存活得可能更久。在那里，科学家发现了只有4000年历史的猛犸牙。也就是说，当埃及人建立起第一座大金字塔时，弗兰格尔岛猛犸依然活着。
与弗兰格尔岛一样，圣保罗岛也是一座孤岛。在上一次冰河期的高峰期，即大约2.1万年前，圣保罗岛是白令陆桥南部边缘的一个火山活跃地带。猛犸、剑齿虎、短脸熊及其他巨兽漫步于北美洲与欧亚大陆之间的通道。到了大约1.1万年前，气候开始变暖，海平面上升，海水淹没了这座陆桥。在大约2000年的时间里，该地区则转变成了一座岛。猛犸被困在了这座岛上，但正是这种与世隔绝保护了它们——至少在一段时间里是这样。
科学家对猛犸在上一次冰河期从大陆上灭绝的原因争论不休。有人说，这是由于氣候改变。也有人说，其实是人类把猛犸斩草除根。就算在格雷汉姆团队内部，人们对此也看法不一。有人指出，猛犸灭绝的时机差不多正好匹配人类迁徙到猛犸栖息范围内的时间，这难道纯属巧合？在北美大陆上，人类的到来、气候剧变和猛犸灭绝发生在差不多相同时间。然而，在人类到来之前，猛犸挺过了几十万年的气候变化，一直徜徉在地球上。如此看来，如果它们灭绝的原因不是人类，还能是什么？但也有人指出，气候才是猛犸灭绝的主要原因。虽然人类对于猛犸走向穷途末路起了推波助澜作用，但猛犸和其他冰河期巨兽实际上本身当时已经在淡出历史长河。不管有没有人的因素，它们的灭绝都是必然的。因此，虽然一些猛犸在气候转变中存活下来，但它们每一次都被伤了元气，最终的灭绝不可避免。
来自希尔湖的芯样，不可能终结有关冰河期巨兽灭绝原因的争论。圣保罗岛的隔绝，意味着它与其他一些地方不同，岛上猛犸没有受到人类影响。没有证据表明：在俄罗斯商人于18世纪后期登临该岛之前，有人来过此地。因此，至少是在圣保罗岛上，猛犸灭绝的原因更可能是气候改变，但栖息地缩小也可能是原因：随着海平面上升，该岛可能会变得太小，不足以支撑巨兽种群。
确定圣保罗岛猛犸的终结，并非只具有历史、古生物学和考古学意义。全球范围内的许多物种目前正面临同样的压力：气候转变、人类侵袭、海平面上升。气候改变能否单独导致物种消亡？或者，气候改变的确是一个压力因子，但与其他压力因子结合，是否更容易造成物种消失？因此，发生在更新世末期即大约1.1万年前的大灭绝事件，对我们分析目前的物种灭绝浪潮以及怎样让灭绝幅度降到最低来说，无疑有重要启发。
在经过4天取样（取样一度被暴风雪中断），格雷汉姆团队已经有了180千克的泥巴。样本被装在45米长的管子里，运到美国明尼苏达州的实验室。这个奥秘的第二章节即将展开。
猛犸象侦探
直到2016年5月，格雷汉姆团队才在明尼阿波利斯市的明尼苏达大学“国立拉库斯特林核心实验室”，与他们提取的希尔湖芯样重逢。该实验室员工已经将芯样切成两半，拍摄了高像素照片。格雷汉姆团队将花3天时间，使用不锈钢抹刀把芯样切割成很小的一段一段的。他们将把成千上万的这些微芯样分装进小塑料盒，带回分布于整个北美洲的各自的实验室。事实上，猛犸当初在整个北美洲都有分布。
美国加州大学科学家贝斯是格雷汉姆团队成员之一。她第一个对芯样做检验，因为她的团队要进行的是最敏感的测试，稍不注意就会在处置样本的过程中造成样本污染。他们的工作是：寻找沉积层中的古猛犸DNA。
在一名研究生协助下，格雷汉姆团队的另一位专家威廉姆斯要寻找猛犸的一种代理物——小荚孢腔菌。这种真菌生活在大型食草动物的粪便中。威廉姆斯还要寻找古代花粉颗粒，它们可能揭示希尔湖周围当时的植被情况。
在美国阿肯色大学，科学家马修及其同事将检测芯样中的硅藻、水虱及其他生物的残留，目的是了解湖水温度和透明度随时间变化情况。加拿大阿尔伯塔大学的科学家杜安妮将寻找芯样中的火山灰层，这些层次可能会被与该地区已知的火山爆发联系起来。这一结果再加上对芯样中发现的植物残片进行碳测年的结果，将让杜安妮团队确定芯样中各个层次的年代。火山灰层也可能确定火山爆发是不是造成猛犸灭绝的原因。
随着芯样的划分，专家们各自散去。他们要花超过两年时间分析和讨论这些样本，目的是确定圣保罗岛猛犸灭绝时间和灭绝原因。
时间定了
贝斯团队率先把芯样中发现的未经分类的DNA片段与猛犸在世的最近亲——非洲象的基因组进行了对比。两者匹配。更让他们高兴的是，2015年，他们得以把希尔湖芯样DNA与另一个团队新近测序的猛犸DNA进行比对，结果与年代为5650年前～1.085万年前的芯样都匹配。1.085万年前的芯样是在圣保罗岛上采集到的最古老芯样。
为了排除随机匹配的可能性，贝斯团队把芯样DNA与二趾树懒的DNA进行了对比。在过去2万年中，这种树懒出现在北极圈的概率为零。为了进一步检测检验结果，他们还把未分类的芯样DNA与那些最可能污染样本的动物（包括人）的DNA进行对比，结果都不匹配。这样一来，贝斯团队确信芯样中的DNA真的属于一头猛犸。
与此同时，威廉姆斯团队找到了他们寻找的小荚孢腔菌，还找到了另外两种可能充当猛犸代理物、与分辨相关的真菌孢子。在这3种孢子里，有两种从芯样沉积层中消失，而这两个沉积层相隔不到2厘米，其代表的时间间隔只有几十年。古猛犸DNA消失于同一时间段。
杜安妮团队辨识了一个芯样火山灰层，它与圣保罗岛3595年前已知的一次火山爆发匹配。这进一步增添了他们对确定圣保罗岛古代事件时间线索的信心。通过上述跨学科的多方努力，科学家们最终确定圣保罗岛猛犸灭绝事件发生在5600年前，前后误差100年。对于史前灭绝事件来说，这可能是对时间的最精确测定。至此，科学家们开始着手破译圣保罗岛猛犸灭绝之谜的最后一部分：猛犸灭绝的原因是什么？
最终一击
格雷汉姆以及团队中其他多位成员首先排除了一些看似可能的原因，例如植被变化或对猛犸不友好的因素（例如人）。芯样中的花粉显示，圣保罗岛上的草本植物被灌木取代，但这只是在猛犸灭绝之后。有一种可能是，气候转变导致岛上植物群落构成发生改变，或者，只是因为猛犸不再踩踏地面，灌木生长不再受到压制，所以灌木才异军突起。
研究数据的确表明，圣保罗岛猛犸灭绝时期的温度比灭绝事件发生前有些升高。随着更新世末期冰雪融化，海面上升，圣保罗岛面积开始迅速缩小，直到大约9000年前。到了这个时候，圣保罗岛土地流失速度减缓。大约6000年前，该岛达到现有面积，比美国弗朗西斯科市小一些。岛面积萎缩很可能导致岛上猛犸数量减少，岛上资源也变得不足。
但最终对猛犸来说的致命一击，却让人大吃一惊。从大约7850年前开始，芯样沉积层中硅藻和水虱种类及数量发生变化。其变化方式表明，湖水变得越来越浅，透明度越来越低。希尔湖开始干涸——这并不奇怪，就算气温上升幅度不大，也足以增加湖水蒸发。猛犸逐渐失去了主要水源。事实上，大象每天都需要新鲜的水，每头大象要饮水70～200升，猛犸很可能也如此。
由于岛面积减少，气温升高，或许再加上猛犸自己导致水土流失和水污染，圣保罗岛上的猛犸最终就因为饥渴而走向末日。格雷汉姆团队由此就破解了圣保罗岛猛犸死亡之谜。但这些猛犸为什么会比北美洲其他地方的猛犸存在得更久，這个问题更难回答。科学家认为，圣保罗岛的隔绝能让猛犸不受人类影响。但这个推测很难被证明。格雷汉姆提出，大陆植被变化方式可能与圣保罗岛的不同。不管是哪种原因，圣保罗岛猛犸的隔绝最终也带来了不利的一面：当环境改变使得这座岛不那么适合栖居时，猛犸群就无处可去，只能坐以待毙。
对于今天岛上生物种群的脆弱性来说，猛犸灭绝无疑是一个警示。格雷汉姆指出，通常情况下，我们不会认为这是一种重要的气候变化，但在圣保罗岛上它却并非是不重要的。虽然水是其中最重要的因素，但对其他地方的其他物种来说，也有其他限制因素，例如栖居地丧失和食物变得难找。对圣保罗岛猛犸灭绝原因的研究表明，许多岛上生物种群——不仅仅是在白令海，而且是在全球各地——都可能因为气候改变而陷于危机。
作者：吴青
来源：《大自然探索》2017年第04期
