沙蚺化石背后的“洲際遠征史”

胡珉琦

臨夏沙蚺及其干旱生境的生態復原圖。圖片｜中國科學院古脊椎動物與古人類研究所，鄭秋旸繪

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱“古脊椎所”）的研究人員發現了一件來自甘肅臨夏盆地的蟒蚺類化石，并將其命名為臨夏沙蚺。有意思的是，它與當今分布于甘肅境內的現生紅沙蚺關系較遠，反而與遠在東非的肯尼亞沙蚺是近親。

這一沙蚺化石揭示了1000多萬年前一段鮮為人知的“洲際遠征史”。相關研究近日發表于《古地理古氣候古生態》。

800萬年前的沙蚺重見天日

沙蚺是一類體形短粗、行動遲緩的地棲蛇類。它們喜歡把身體埋在沙土里，只露出眼睛和鼻孔，以躲避高溫和天敵，并伺機捕食路過的蜥蜴、鼠類和小型鳥類。

現生的沙蚺主要分布在亞洲和非洲的干旱地區，而我國僅有一種紅沙蚺，多棲息于內蒙古、新疆、寧夏和甘肅的荒漠、戈壁等干旱環境中。紅沙蚺在甘肅境內的分布區域包括白銀、武威、張掖、酒泉等，最近的分布點距離臨夏盆地僅有數百千米。

“臨夏盆地位于青藏高原高寒區、東部季風區與西北干旱區的交會地帶，屬于典型的大陸性季風氣候，無論是自然環境還是氣候條件都不適合沙蚺生存。”論文第一作者兼通訊作者、古脊椎所史靜聳博士介紹說，沙蚺是一種典型的喜旱蛇類，沙蚺和一系列旱棲動物化石在臨夏盆地上中新統地層中的發現，證明了在幾百萬年前，這里可能是干旱缺水的荒漠或草原。

然而，臨夏沙蚺化石研究起來并不容易。這件化石散落在一只竹鼠的模式標本底部的圍巖里，眼尖的史靜聳在經過化石修理室時無意中多瞟了一眼，才讓這條“石化”了近800萬年的沙蚺重見天日。

“經過長年累月的雨雪風霜，化石已經支離破碎，光是2厘米長的上頜骨就碎成了三截，經過兩周的挑揀、修復，才把它拼接完整。而蛇類上頜骨的外形、牙齒數量和大小的變化趨勢、前額突和外翼突的位置和形狀，都是非常重要的分類鑒定依據。”史靜聳告訴《中國科學報》。

全證據系統發育研究

標本的發現和修復只是研究的開端。史靜聳表示，對于新生代的蛇類化石研究而言，最具挑戰的環節是將化石和與之相關的現生物種作比對，甚至是將化石的形態學特征納入現生的矩陣中進行系統發育分析。

“這就要求研究人員以觀察和對比大量現生物種的骨骼標本作為工作基礎。”史靜聳說。

于是，研究團隊花費了整整3年時間，首先結合手頭現有標本、文獻提供的形態學數據，以及國外博物館的館藏沙蚺骨骼標本，將整個沙蚺科現有物種的骨骼形態進行綜合比較與研究。在此基礎上，又基于形態學數據，結合前人研究結果重新編碼了包括沙蚺屬及近緣屬共計19個物種，98個形態、生態學特征的矩陣，并結合2段線粒體、6段核基因，以化石年代為校正信息，開展了全證據系統發育研究。

結果顯示，該化石是一個滅絕的新種，命名為臨夏沙蚺。臨夏沙蚺和國內現生的紅沙蚺并不是近親關系，反而與肯尼亞沙蚺構成姐妹群。沙蚺科兩個卵生的現生物種——分布于西非的撒哈拉沙蚺和分布于西亞的阿拉伯沙蚺，也構成姐妹群。而沙蚺屬幾個同樣分布在非洲的物種卻都不構成姐妹群。

“這就意味著，沙蚺在非洲和歐亞大陸之間的擴散并不是一次簡單的獨立擴散事件。”史靜聳表示。

歷經三次“洲際遠征”

那么，臨夏沙蚺是什么時候、從哪里遷入臨夏盆地的呢？

經過祖先地理重建，研究人員推測，舊大陸沙蚺科可能起源于非洲，自晚中新世以來，經歷了3次跨越非洲和歐亞大陸的遷徙。

史靜聳介紹，撒哈拉沙蚺和阿拉伯沙蚺所在支系位于相對基干的位置，二者分化時間約為1300萬年前。也就是說，沙蚺科第一次擴散的時間可能處于晚中新世早期。

第二次擴散則是晚中新世臨夏沙蚺與東非的肯尼亞沙蚺所在支系的分化，時間約為800萬年前。他解釋，臨夏沙蚺可能是在一次舊大陸的大型干旱化期間，由非洲東部沿西亞、途經青藏高原北部的干旱區擴散到青藏高原東北角，即甘肅臨夏地區，并在此地繁衍生息。而之后，由于青藏高原的不斷隆升以及季風的加強，臨夏盆地的氣候環境逐漸變得濕冷，導致臨夏沙蚺在這個地區絕跡。

沙蚺科最近的一次洲際擴散是斑點沙蚺的種內擴散。斑點沙蚺是現生沙蚺屬中已知分布范圍最廣的一種，分布區域跨越了歐、亞、非三大洲。

至于紅沙蚺，直到140萬年前的早更新世晚期才從西亞擴散到中國西北地區，遠遠晚于臨夏沙蚺從非洲來到亞洲的時間。

這項研究指出，全球性或區域性環境干旱化及荒漠、草原的擴張，可能是促使沙蚺家族擴散的主要外因。

◎ 來源|中國科學報