象牙获取的信息,重现了猛犸象的一生美国

科学家们首次破译了一根古代象牙中的化学物质，揭示了一段空前丰富的史前传记。

撰文：ZACHST.GEORGE

裂开的猛犸象象牙(前景)放置在阿拉斯加费尔班克斯大学的阿拉斯加稳定同位素研究实验室中。背景中，研究人员KarenSpaleta为同位素分析准备了一块猛犸象牙齿碎片，该分析将揭开猛犸象的完整生活史。摄影：阿拉斯加大学费尔班克斯分校JRAncheta

象牙记录了猛犸象一生的故事。牙齿从猛犸象的牙床萌出，之后细胞不断分裂，甚至每天都在分裂。

“象牙的尖端属于年轻的猛犸象，”阿拉斯加费尔班克斯大学的生态学家MatthewWooller说道，“其底部则诉说着猛犸象的晚年故事。这中间的一切浓缩了猛犸象的一生。”象牙记录着主人的旅行、饮食甚至死亡。这个概念很简单，难的是获取象牙的化学成分并加以解释。

Wooller领导的研究小组正在进行这样的工作。他们分析了生活在大约1.7万年前的猛犸象的象牙，发现了它从出生到死亡的活动细节。团队还追溯了猛犸象在阿拉斯加冰河期28年的足迹，这标志着科学家们第一次如此精细地重建了猛犸象的生活史。

近日发表在《科学》杂志上的这项研究提供了关于猛犸象如何生活的线索，包括它们与人类可能的互动关系。这项工作还可能有助于解释这些标志性动物最终灭绝的原因以及今天的大型哺乳动物会如何应对稳步变暖的世界。

范德比尔特大学的古生物学家LarisaDeSantis表示，研究人员已经尽可能地再现了猛犸象的生活，只是无法“回到过去，给猛犸象戴上GPS项圈”。DeSantis没有参与这项研究。

“光是读这篇论文，我就觉得自己像JaneGoodall（誉满全球的动物学家）一样正在观察这些动物。”

分析猛犸象的象牙

年夏天，我在Wooller的办公室见到了他，当时他是阿拉斯加同位素研究实验室的负责人。同位素是具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素，原子质量略有不同。近年来，科学家们利用同位素重建了古代人类的饮食结构，破获了悬案谋杀，甚至确定了毒品走私路线。

“这是一个蓬勃发展的行业，”Wooller说道。

Wooller后来在一封电子邮件中写道，他的名字与其最新的研究对象有着惊人的相似之处。(“我们称它为Wooller猛犸象，”佛罗里达州的古生物学家GregoryErickson开玩笑说，他是该论文的共同作者。)但也仅仅是名字相似而已；Wooller的头发和面容打理得干干净净，眼镜也戴得规规矩矩，他还有着一口纯正的英国口音。

他带我走出办公室，穿过走廊来到了实验室。实验室的钱币上挂着气瓶、骨头和角质碎片。房间中央的黑色实验台上摆放着一根猛犸象的象牙，长约1.7米，比我的胳膊还粗。它从中间纵向裂开，像一个长长的螺旋形热狗面包。

Wooller解释说，象牙有非常明显的内部层状结构，看起来就像一叠冰淇淋糖锥，但在其外层，层与层之间的划分并不规则。为了捕捉到象牙的全部化学记录，研究小组需要从象牙中心采样。该项目的第一个挑战就是要将弯曲的、22公斤重的象牙用钢带锯锯开。“我们弄断了几个锯片，”他说道。

在将象牙锯开后，研究小组从其中心切出了楔形切片，每个切片有5厘米长，它们会被塞进实验室一边的机器里。这台机器被称为激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪，它使用激光来汽化或烧熔微小的材料。然后分析产生的化学物质的原子质量。

这台机器可以在每一厘米内读取若干同位素读数，提供其他方法无法提供的细节。慢慢地，它的激光在象牙上划出了点状的轨迹，梳理出了象牙碎片中的化学线索。

“就像化学GPS”

锶同位素是这项研究的核心。动物通过吃下去的植物获取锶，植物从地下岩石中吸收锶。不同的地质区域有不同的锶同位素特征。虽然自更新世以来，阿拉斯加的气候发生了巨大变化，但其地质结构并没有改变。当猛犸象在陆地上进食时，封存在象牙中的锶成为了它的旅行记录。象牙“就像一个化学GPS”，Wooller说道，一个拥有34万个条目的GPS。

“这是超高分辨率的数据，如同使用激光观察猛犸象象牙上的每日锶同位素，”研究的共同负责人ClémentBataille说，他是渥太华大学的地球化学家。

为了将锶的数据点与地图上的实际位置联系起来，Wooller的团队还利用了现代阿拉斯加田鼠。阿拉斯加大学北方博物馆收集了很多这样的小型食草啮齿动物。它们往往不会走很远，所以其牙齿中的锶可以很好地代表它们所生活的地质区域。“这些小田鼠就像公民科学家，”Wooller说道。“它们正在对当地情况进行取样。”

Bataille和JulietteFunck（当时是Wooller实验室的博士生）利用田鼠的数据绘制了阿拉斯加的锶地图。Bataille随后建立了一个模型，将象牙上的数据点与地图关联起来。Wooller指出，该模型考虑到了某些特定的物理现实，比如猛犸象不能飞行或攀登悬崖，“因此可以排除某些景观。”Bataille从猛犸象死亡的地点开始追踪它的足迹，逐渐回溯到了猛犸象的起源。

光是读这篇论文，我就觉得自己像JaneGoodall一样正在观察这些动物。

当Wooller和同事们努力追踪猛犸象的活动足迹时，加州大学圣克鲁兹分校的BethShapiro和KatieMoon从猛犸象化石中提取了古代DNA片段，以了解其性别。他们还用放射性碳年代测定法确定了它出生的世纪。

在佛罗里达州立大学，Erickson分析了象牙牙本质上的微小条纹，这些条纹是由季节变化，甚至是每天的活动和睡眠周期造成的，可以标记猛犸象一生中的年、月、日。众多细节结合在一起，将象牙中包含的化学物质转化成了一部内容空前丰富的冰河时代传记，一个关于家庭、迁移和早逝的故事。

追随Kik的脚步

研究小组给这头猛犸象起了个绰号叫Kik，这是一头雄性猛犸象，年前出生在现在的阿拉斯加东北部。它出生之时，更新世的末次冰盛期刚刚开始衰落。阿拉斯加和俄罗斯之间有一片广阔的平原，由于太过干燥，冰川无法形成。科学家们就该地区到底长什么样争论不休，在此发现的大量化石（野牛、猛犸象、驯鹿、马、麝牛和狮子）表明，这里就如同寒冷地区的塞伦盖蒂。土地上覆盖着草、灯心草和灌木蒿，科学家们现在称之为“猛犸象草原”。

Kik在阿拉斯加内陆布鲁克斯山脉以南的一个小地方度过了生命的最初几年。它在两岁时断奶，碳和氧的同位素记录了这一饮食变化。在接下来的几年里，它的活动范围扩大了。它似乎喜欢在低地过冬，在山麓消夏——也许是为了避免昆虫的叮咬，Wooller说道。

它来回走动，其迁徙模式反映了现代非洲象的运动。对此，科学家们早有猜测。他说：“我们参考大象的活动推测出了猛犸象在这片土地上可能做的事情。”但是直到现在，还没有证据。

Kik的经历很可能在另一方面反映了现代大象的情况：“当它还是一头年轻的猛犸象时，可能是象群的成员，”Wooller说道。这头猛犸象一定是和母亲一起度过了童年，而且可能是和一大群其他雌性和幼年猛犸象一起度过的。实际上，追踪年轻的Kik也意味着追踪它所在地象群。

Kik16岁时，它的活动轨迹突然发生了改变。事实上，当雄性非洲象和亚洲象到了性成熟时，会离开象群去流浪，要么独行，要么与其他雄性象结伴形成小群体。Kik也是如此。它开始向更远的地方进发，穿过布鲁克斯山脉西部边缘的山口，来到阿拉斯加北坡，这条路至今仍是迁徙驯鹿群的必经之路。

“它们曾经和猛犸象一起迁徙，”Wooller说道。“我认为那是一个整齐的场面。”

研究小组研究的最后一种同位素为我们揭开了Kik故事的结局。在它27岁的那年夏天，其牙齿中的氮同位素开始发生变化。不同的食物会产生不同的氮同位素特征，Kik的氮同位素从那年夏天开始变得与食肉动物相似。对于食草猛犸象来说，这只能意味着一件事：Kik在消耗自己。它在忍受饥饿。

究报告的共同作者、阿拉斯加大学费尔班克斯分校的第四纪科学家DanielMann表示，有时年老的大象会因牙齿磨损过度无法使用而挨饿。但Kik仍比较年轻，而且象牙是在猛犸象头骨的碎片旁边发现的，科学家们可以检查这些牙齿，查看它们的状况是否良好。“我怀疑它受到了某种伤害，”Mann在谈到这只猛犸象时说道。

在它生命最后一年的秋天，Kik从今天的阿拉斯加苏厄德半岛出发，来到布鲁克斯山脉的东北侧。它停在那里，在科尔维尔河以西的一个沙丘地区游荡了整个冬天。然后，在冬末或初春，它来到了由科尔维尔河的一条支流（Kikiakrorak河，简称Kik）雕刻而成的浅峡谷的边缘，这里是它生命结束的地方，也是它年来的长眠之地。

古老的线索预示着未来的灾难

“对于单个动物来说，能拥有这样的数据集是相当惊人的。”育空地区的古生物学家GrantZazula说道，他没有参与这项研究。“这真的将为阿拉斯加和育空地区的新项目带来若干机会，那里有非常丰富的化石可供研究。”

同位素研究还有助于解开有关猛犸象的一个最大谜团：它们为什么会灭绝。许多科学家认为，在更新世晚期和全新世早期，人类猎人是导致猛犸象和许多其他大型哺乳动物灭绝的原因。这种“过度捕杀”假说的支持者认为，即使是一小部分人也可能杀死这种繁殖缓慢的哺乳动物。其他科学家认为，气候变化在物种灭绝中扮演了更重要的角色。

Wooller说，虽然Kik的故事并没有解决这个争论，但它确实指出了人类捕食和气候变化可能造成的影响。

该地区有人类存在的最早明确证据出现在大约年前，也就是Kik死后的几千年。考古学家们就人类何时抵达北美展开了激烈争论，但猛犸象直到大约1.3万年前才在阿拉斯加大陆灭绝，所以猛犸象和人类很可能在那里共存了多年。

北美野牛和加拿大马鹿似乎一直是猎人的首选目标，研究报告的合著者、北方博物馆的考古学家JoshuaReuther说道。Kik遵循固定迁徙路线的事实表明，猛犸象可能也是一个非常吸引人的目标。他说:“群居动物比驼鹿这样的独居动物更可靠。”

在Kik死后的几千年里，猛犸象草原上慢慢长满了树木，这缩小了猛犸象喜欢的栖息地，限制了它们在这片土地上的活动，甚至可能迫使它们更接近新的危险捕猎者。这也暗示了现代动物可能面临的压力，因为气候变化会造成生态系统的突然转变。科学家们称，阿拉斯加不断变化的气候已经导致猛犸象古老的迁徙伙伴——驯鹿的活动发生了变化。

“我们生活在一个人类和气候变化都会对动物产生影响的世界里，”DeSantis说道。“如果这是导致更新世发生的大型动物灭绝的致命组合因素，那么我们真的需要谨慎行事了。”

（译者：陌上花开）

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