科学家如何追踪一万七千年前长毛象的活动

2024-10-22 06:14来源:本站

  

  

  这只名为Kik的北极长毛象是冰河时代唯一一种详细了解其生活故事的哺乳动物,大约在17100年前出生在阿拉斯加内陆,该地区北至布鲁克斯山脉,南至阿拉斯加山脉。当时,该地区是一片寒冷干燥的草原,穿过白令海峡大陆桥,一直延伸到西伯利亚,一直延伸到西欧。古生物学家称这片广阔的地区为“猛犸象草原”,以穿越这片地区的最大动物命名。

  成年雄性长毛猛犸象的肩部高度可达12英尺,皮毛浓密,象牙长达12英尺。没有捕食者能打倒成年猛犸象,但年轻的猛犸象,可能站起来大约有四英尺高,是弯齿猫的猎物。Kik和他的同伴们会对这些体重超过500磅的食肉动物保持警惕,它们的锯齿状犬齿可以咬穿猛犸象的皮毛。白令陆狮是另一个威胁;草原野牛、巨大的短面熊以及我们今天看到的灰狼和棕熊也出现在这片土地上。

  在他生命的前两年,Kik大部分时间都呆在育空河下游流域,几乎可以肯定是在一个母系氏族的牧群中。在接下来的14年里,幼龙的活动范围急剧扩大。他可能还在和鹿群一起旅行,定期往返于布鲁克斯山脉和阿拉斯加山脉之间250多英里的大草原上。有时他冒险到布鲁克斯山脉的东端去。他还前往今天西海岸的苏厄德半岛,行程超过700英里。尽管数据表明,在它一生的大部分时间里,它每天行走的距离很少少于10英里,但我们现在知道,在它的一生中,Kik行走的距离大约是地球周长的两倍——比人们认为的猛犸象行走的距离要远得多。

  能够如此详细地追踪冰河时代动物的活动是古生物学上的一个惊人的里程碑。阿拉斯加费尔班克斯大学(University of Alaska Fairbanks)的同位素科学家马修·伍勒(Matthew Wooller)突然产生了好奇心。2015年,他在他的实验室里,看着他的一个研究生分析鱼耳石——每年增加一层的小耳骨,储存着关于鱼的生活和栖息地的化学信息。“如果我们对猛犸象牙做同样的事情呢?”乌勒想。他是一个剃了光头的英国人,举止爽朗、乐观。他已经对猛犸象产生了兴趣,因为他研究了白令海圣保罗岛上猛犸象的灭绝。他把猛犸象牙比作用象牙写的日记。他说:“它每天都会增加一层,这些层像冰淇淋甜筒一样堆叠在一起。”“这些地层中的同位素记录了动物在哪里以及它当天吃了什么。”

  同位素是同一化学元素的原子,由于中子数量的不同而具有不同的重量。“把同位素想象成化学特征,”伍勒说。“它们存在于岩石、土壤、植被和水中,生物会把它们带走。”这些签名——或者研究者们称之为“指纹”——是特定于特定地点的。伍勒知道象牙中的同位素可以揭示迁徙路线。“猛犸象会移动到哪里?”他说。“这是我想回答的主要问题。”

  他在2016年开始了这个项目,穿过校园来到阿拉斯加大学北部博物馆,那里有174根长毛象象牙存放在下层标本柜的顶部。他选择了2010年由该大学的研究人员在阿拉斯加北坡的kikiakorak河源头附近收集的一个样本。这头猛犸象的颚骨,其臼齿大小相当于一只男人的鞋子,也是在同一地点采集的。放射性碳年代测定法显示,这只动物死于17100年前,基因测试显示它是一只雄性动物。“我们以kikiakorak的名字给他起了个绰号Kik,”Wooller说,他组织了一个由来自四个不同国家的16名科学家组成的团队来进行这项研究。

  最费力的任务是把这只大约50磅重的象牙分成两半。“我们六个人用一个巨大的带锯喂它,”伍勒说。“象牙有双重扭曲,所以你要不断调整,它会裂开,会爆裂,就像要爆炸一样。我们花了一整天的时间。”

  现在,断裂的象牙躺在实验室的桌子上。每一半长五英尺半,用蓝色染料染色以显示其生长层。“象牙的尖端是年轻的猛犸象,底部是年老的猛犸象,中间的一切都是它的一生,”伍勒说。

  伍勒在屏幕上打开了一幅非凡的地图。它展示了Kik在他生命的不同阶段所居住的阿拉斯加的不同地区,以及他的数百条旅行路线。当被问及团队是如何做到如此详细地描绘Kik的生活时,伍勒引用了一个令人惊讶的帮助:“田鼠能告诉你的事情令人惊讶。他们就像小小的公民科学家。”由于田鼠的活动范围很小,而且不旅行,它们牙齿中的同位素记录了它们生活的特定地点的信息,这使伍勒能够更清楚地挖掘过去。

  在阿拉斯加大学北部博物馆的下层,在猛犸象象牙下面的标本柜中,有大量从阿拉斯加各地收集的田鼠和其他啮齿动物标本。博物馆馆长是古生物学家帕特里克·德鲁肯米勒(Patrick Druckenmiller),他对Kik的研究做出了贡献,他说这些啮齿动物牙齿中的锶同型提供了关键的绘图帮助。“同位素特征因地而异,这取决于底层地质情况。植物从土壤下的岩石中吸收锶,动物通过吃植物摄入锶。”

  通过分析162只啮齿动物体内的锶值,研究小组能够绘制出阿拉斯加的锶地图。渥太华大学的克莱蒙·巴塔耶和当时在伍勒实验室的博士生朱丽叶·芬克共同绘制了这幅地图。尽管这是基于现代啮齿动物的数据,但这张地图对于更新世也是准确的,因为下面的岩石是相同的。德鲁肯米勒说:“锶值反映了基岩地质,所以它们在数百万年的时间里变化非常非常缓慢。”

  与此同时,伍勒和他的同事们正在研究Kik象牙中的锶和其他同位素。从一端到另一端,他们从核心上切下5厘米的楔子,把它们安装起来,并把它们送入一个价值83万美元的科学仪器——激光烧蚀多收集器电感耦合等离子体质谱仪。美国国家科学基金会(National Science Foundation)拨款58万美元,帮助阿拉斯加费尔班克斯大学(University of Alaska Fairbanks)购买这台仪器,现在它被存放在一个洞穴般的地下室里。它有一辆小型货车那么大。“它在这里是因为我们担心它会突破楼上的地板,”伍勒说。

  本文选自《史密森尼》杂志2023年11月刊

  该仪器的80微米激光沿着象牙的每个楔形缓慢滚动,将微小的部分变成细粉尘。质谱仪随后对颗粒进行了快速同位素分析。总的来说,该仪器产生了超过40万个数据点,包括Kik在哪里以及他一生中吃了什么。伍勒说:“我们知道他死在哪里,所以我们反过来追踪他的旅行。”“通过将象牙中的锶值与阿拉斯加的锶地图相匹配,我们可以看到他去过哪里,然后我们基本上把这些点联系起来。”常识也有助于绘制Kik的路线:我们有理由认为,Kik不会爬上陡峭的悬崖,也不会翻过巨大的冰川山脉。

  16岁以后,Kik进一步扩大了他的范围。研究人员认为,他很可能离开了母系氏族,独自或与一小群其他雄性一起流浪,就像一头达到性成熟的公象。他在阿拉斯加内陆和布鲁克斯山脉北坡之间旅行了很多次,单程旅行700英里,如果他边吃草边蜿蜒而行,则接近1000英里。伍勒怀疑Kik是在对草和植物的季节变化做出反应。为了到达北坡,Kik选择了今天迁徙的驯鹿所经过的西部低通道。

  Kik最后一年半的生活记录在象牙底部四英寸的象牙上。长途流浪的时代似乎结束了。他的活动范围现在被限制在北坡。在Kik生命的最后一个夏天,它象牙中的氮同位素开始增加。正如德鲁肯米勒解释的那样,“当动物开始挨饿时,它实际上是在吃掉自己的身体,你会得到一个非常独特的氮峰值。这只动物为什么会饿死?它病了吗?这是我的猜测,但我们不知道。”

  据估计,北极长毛象的平均寿命为60岁。证据表明,Kik在28岁左右死于饥饿,时值冬末或早春,当时资源最匮乏。他最后一次躺在kikiakorak河流域,他的部分骨骼在那里保存了大约17100年,在一块土地上,现在是kikiakorak河源头的一部分,kikiakorak河是科尔维尔的一条小支流。

  Kik不太可能见过人类,但也不是不可能。阿拉斯加最古老的考古遗址是14300年前的,差不多在Kik死后3000年,但更古老的遗址可能还会出现。在新墨西哥州发现的一组人类足迹可以追溯到大约23000年前,这表明在Kik的一生中,北美已经有人了。长毛猛犸象大约在13000年前在阿拉斯加灭绝;许多科学家认为人类猎人是罪魁祸首。其他人则认为气候变化是关键。

  伍勒认为这是一个组合。他说:“随着气候变暖、变湿,树木取代了草。”“猛犸象正在失去栖息地和四处走动的能力。与此同时,地球上出现了一种新的、非常危险的捕食者——我们。”

  在发表了关于Kik的研究之后,伍勒和他的同事们现在正在分析另一根猛犸象的象牙。它是在阿拉斯加内陆的一个考古遗址发现的,似乎属于一位生活在1.4万年前的女性,大约19岁。使用同样的锶图和激光烧蚀质谱仪,伍勒的团队正在绘制这种动物在人类出现的时期和阿拉斯加大陆猛犸象灭绝前不久的活动图。“当你从事这项科学研究时,它会令人难以置信地兴奋,因为它会产生一种叙事,”伍勒说。“你把打印出来的东西贴在墙上,连接数据点,看到动物的生活故事实时呈现在你面前。”

  科学家们已经确定了一头长毛象在其多事的一生中漫游过的许多地方

  猛犸象Kik的象牙为这种生物提供了非常完整的传记。在对象牙的同位素进行了艰苦的研究之后,马修·伍勒的团队能够确定这些区域

  在他生命的每个阶段,Kik都花时间旅行到今天阿拉斯加的一些外围山脉,然后在布鲁克斯山脉的北部结束他的生命。末次盛冰期指的是更新世末期的一个时期,大约2万年前,当时冰川覆盖了地球陆地面积的25%,全球海平面比现在低大约400英尺。

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