中國青年報(bào) 2025-08-27 15:38:20
幾十萬只蝸?;?,存放在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(以下簡稱“中科院地質(zhì)地球所”——編者注)的樣品庫、實(shí)驗(yàn)室、辦公室里。它們多來自黃土高原地區(qū),被科學(xué)家從甘肅、陜西、新疆等地挖出、帶回。
在國內(nèi),系統(tǒng)的蝸牛化石采樣工作持續(xù)了約20年。中科院地質(zhì)地球所保留了一支完整、延續(xù)的蝸牛研究脈絡(luò)。約10年來,亦有來自中國科學(xué)院地球與環(huán)境研究所(以下簡稱“中科院地球環(huán)境所”——編者注)、南京大學(xué)、蘭州大學(xué)的年輕研究者涉足蝸牛研究,各有側(cè)重。
采集蝸牛時(shí),有當(dāng)?shù)厝藭?,“你們是來挖古墓的嗎”。有研究者回憶,?jīng)常遇到村民圍觀,沒有人相信他來挖蝸牛,問他“干嘛,有啥用”。
蝸牛,這種常見的、并不醒目的、以爬得慢著稱的低等生物,在某種意義上,正因其普遍且弱小而成為中國北方靈敏可靠的氣候變化記錄者。在沒有人類的時(shí)代,至少幾百萬年前,蝸牛就在用身體記錄歷史了。
這是一項(xiàng)小眾的研究,但它也擁有振奮人心的時(shí)刻——2022年,在鄭州“7·20”特大暴雨地區(qū)采集的4只蝸牛,向中科院地球環(huán)境所的研究者證明了自己的潛力:極端降雨可以被記錄在蝸牛殼里,幾只蝸牛殼的氧同位素在2021年夏天時(shí)段表現(xiàn)出了顯著的信號。
看到數(shù)據(jù),中科院地球環(huán)境所副研究員董吉寶很興奮。做地質(zhì)研究以來,他偶爾會遲疑,研究這些幾百萬年、幾千萬年前的事,究竟有什么意義。生物記錄特定信息的方式是恒定的,如果蝸??梢杂涗洏O端降雨信息,精確到天,那就意味著,蝸牛化石或許可以幫助人類發(fā)現(xiàn)有氣象記錄以前極端降雨的頻率與強(qiáng)度,進(jìn)而幫助預(yù)測未來的極端天氣。
蝸牛渺小而脆弱,但它保存的秘密不止于此。
在地球生命的切片中尋寶
蝸牛告訴人們,一旦時(shí)間足夠長,強(qiáng)和弱可能不再是一對反義詞。
這種生物爬得慢,一生中大多在十幾平方米內(nèi)活動(dòng);它低等,適應(yīng)氣候的能力差;它沒有血液,沒有自我調(diào)節(jié)溫度功能。在氣候面前,蝸??梢哉f相當(dāng)被動(dòng)。
“它不像人,能適應(yīng)環(huán)境……這里不適合我們就換一個(gè)地方?!敝锌圃旱刭|(zhì)地球所副研究員董亞杰對記者說。
拉長時(shí)間的尺度看,蝸牛早于人類幾億年存在。它的分布很廣,數(shù)量很多。在中國的黃土高原地區(qū),西北部有沙漠,南部、東部有山,土壤能在一個(gè)很長的年代穩(wěn)定沉降,一層一層,堆積成地球歷史的一個(gè)切片。黃土中的蝸牛很多,它們不會走遠(yuǎn),能用身體較準(zhǔn)確記錄當(dāng)?shù)氐臍夂蛐畔ⅰ?/p>
董吉寶介紹,蝸??梢酝ㄟ^兩種方式記錄氣候變化。第一是看蝸牛種屬、數(shù)量,反推適宜這個(gè)種類生存的氣候;第二是分析蝸牛的殼。
蝸牛殼主要成分是碳酸鈣。它吃一些植物,植物中的碳進(jìn)入體內(nèi),記錄在殼體上。植物的一些特性與降水密切相關(guān),由此,蝸牛殼的成分便可以與降水建立關(guān)系。此外,蝸牛用腹足爬行,柔軟的身體直接接觸地面,和環(huán)境中的水實(shí)現(xiàn)交換,水的化學(xué)信息也被記錄在殼體上。
大約20年前,中科院地質(zhì)地球所的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃,要完成約200萬年的完整蝸?;蛄胁杉?,形成研究黃土高原地區(qū)第四紀(jì)(指一個(gè)距離人類歷史最近的地質(zhì)時(shí)期——記者注)古氣候的較完整資料。
這是一項(xiàng)需要長期積累的工作,數(shù)據(jù)的產(chǎn)生極慢。近幾年,該所的研究者們才從甘肅西峰(慶陽)150米-200米深的溝谷中,帶回最后一批樣本。十幾年前董亞杰剛到所里讀研究生,這項(xiàng)工作在時(shí)間上進(jìn)行到一半,也到了最難的階段。黃土一直在沉積,越古老的蝸?;癫卦缴睿寥涝接?。
10厘米厚的土代表一千年的沉積——研究者要以10厘米為間隔,從數(shù)百米厚的黃土高原地層中掏出古土壤樣本,從里面淘洗出蝸?;?。研究它們常用的時(shí)間尺度包括:軌道尺度、千年尺度、百年尺度、年際、季節(jié)、月、周、天。
在科學(xué)界,蝸牛曾帶來很多發(fā)現(xiàn):黃土層發(fā)現(xiàn)大量蝸牛,沒有貝殼、螺。這證明了——在青藏高原還沒隆起的久遠(yuǎn)年代,如今的黃土高原,黃土是風(fēng)吹過來的,不是水沖擊沉降來的。軌道尺度上的蝸牛研究,可以看出太陽輻射、地球上冰量如何變化。1988年,有國外學(xué)者利用蝸牛,發(fā)現(xiàn)一片沙漠在某一時(shí)期,一類灌木的分布界限較現(xiàn)代向南移動(dòng)了20千米-30千米,意味著氣候更濕潤。
董亞杰所在團(tuán)隊(duì)從事的主要是蝸牛的種屬研究。他們發(fā)現(xiàn),某地的氣溫升高,有時(shí)會帶來生物多樣性的增長,有時(shí)維持不變——在整個(gè)生物鏈上,蝸牛的種類、數(shù)量可以反應(yīng)生物群落的變化。
董亞杰回憶,讀研究生時(shí),主要是在“干活”。在野外,黃土坡面沒有路,要挖蝸牛還得先要修出路。篩蝸牛也是體力活,把土放到水里篩洗,土和水混在一起,很重。董亞杰記得,第一次干這個(gè)活,肩膀疼得晚上睡不著覺。一個(gè)兩三百米的黃土層剖面,可以采好幾千個(gè)土壤樣品,每個(gè)樣品大約15公斤土,篩出許多蝸牛殼體。帶著化石回到北京后,研究者又要在實(shí)驗(yàn)室里,在儀器下一個(gè)個(gè)記錄、辨別?!坝袝r(shí)做夢全都是蝸?!保瓉喗苷f。
在中科院地球環(huán)境所,參與蝸牛研究的宗秀蘭過去會保存一些漂亮的化石。大部分蝸牛化石是灰白色的,距今較近的地層中,有的化石還留著棕色痕跡,這是殼里的有機(jī)質(zhì),還未被完全分解。
她說,古土壤的手感和普通黃土不同,細(xì)膩、黏性大。在野外,宗秀蘭有時(shí)穿速干褲,土?xí)B過布料,黏到腿上。站在地層的剖面前,她可以清楚看到冰期和間冰期的交替——土壤顏色深了,發(fā)紅,說明這個(gè)時(shí)期溫暖濕潤,是間冰期,蝸牛種類多;發(fā)黃,說明這時(shí)氣候偏向冷干,蝸牛種類少。宗秀蘭的博士論文研究涵蓋1個(gè)冰期、2個(gè)間冰期——事實(shí)上,人類文明的所有歷史,只是在最新的一個(gè)間冰期上。
董亞杰解釋,回答地球當(dāng)下溫暖濕潤的間冰期還能持續(xù)多久的問題,地質(zhì)學(xué)家要從歷史中找參考。地球氣候和地球在太陽系中的軌道運(yùn)行方式有關(guān),他們會去尋找過去與現(xiàn)在相似的階段,進(jìn)而預(yù)測未來。
董亞杰說,在野外有時(shí)會意識到,“我現(xiàn)在走在幾萬年之前地球的土壤上,我在感受著這個(gè)時(shí)代,地球的軌道是更斜的、更歪的、更圓的還是更扁的……”他記得,當(dāng)?shù)厍驈谋谙蚺谵D(zhuǎn)變時(shí),一個(gè)土壤樣本里的蝸牛數(shù)量,能從幾十個(gè)變成上百個(gè),種類也大變,反應(yīng)出生物群落的活躍。那一瞬間他也會有種奇妙的感覺:“他們的那種活躍的生活突然被我挖出來了?!?/p>
蝸牛用殼記下,它們經(jīng)歷的世界
化石的年代久遠(yuǎn),但它最終要解答的問題是現(xiàn)代的。
董吉寶說,對當(dāng)下的氣候變化,我們總是“身在廬山,不識廬山真面目”。
他舉例說,近幾年,人們感知到北方強(qiáng)降水變多,“幾天把一年的雨都下了”“百年一遇”的情形越來越多,然而,人類系統(tǒng)性地、高質(zhì)量地記錄氣象變化的歷史不過一百多年。這使我們無法判斷,如今極端天氣的增加意味著什么,未來會如何變化。因此要向更久遠(yuǎn)的歷史尋找參考。
理解蝸牛化石的方法,又要從現(xiàn)代來。這需要研究者利用現(xiàn)代蝸牛,研究各種屬蝸牛的特性,以及與氣候指標(biāo)的關(guān)系,進(jìn)行“現(xiàn)代校準(zhǔn)”。
十幾年中,中科院地質(zhì)地球所積累了全國400多個(gè)點(diǎn)位的現(xiàn)代蝸牛標(biāo)本。研究者根據(jù)大的氣候梯度,從南到北,依次采樣,建立序列。然后,他們將蝸牛信息和氣象記錄建立對照關(guān)系,形成一個(gè)方程,推算古氣候的參數(shù),例如氣溫、降雨。這個(gè)方程極其復(fù)雜。
建立函數(shù)后要做的是“重建”。把蝸?;瘮?shù)據(jù)代入其中,解方程。
在現(xiàn)代蝸牛和古蝸牛大量數(shù)據(jù)積累基礎(chǔ)上,2022年,董亞杰及同事的研究成果發(fā)表在《自然》雜志子刊,嘗試解答古氣候研究界的“全新世溫度變化之謎”,證明4000年以來自然氣候變化趨勢一直是降溫的。此前這一問題在學(xué)術(shù)界長期爭論,盡管古氣候模擬學(xué)家有不同的方法與結(jié)論,但他們提供了地質(zhì)學(xué)家的答案。
在中科院地球環(huán)境所,針對蝸牛殼體季節(jié)尺度研究,副所長晏宏提出的理念是,用空間換時(shí)間。
人類并未經(jīng)歷過過去的歷史時(shí)期,不知道在更炎熱或寒冷的時(shí)候,蝸牛會怎么樣,那就要靠空間,從海南、東北、山東……采集現(xiàn)代蝸牛,建立這些蝸牛在特定氣象條件下的坐標(biāo)系,給百萬年、千萬年前的地質(zhì)時(shí)期借鑒。
該所的宗秀蘭對那個(gè)跑遍全國的采樣過程印象深刻。在四川的山區(qū),她采集蝸牛時(shí)遇到暴雨。雨后蝸牛會出來活動(dòng),是絕佳機(jī)會,大家想等雨小了繼續(xù)采。但村里、鎮(zhèn)里接連發(fā)出撤離預(yù)警,他們糾結(jié)了很久,還是走了。
這位女士記得,車總是在路上,一天跑上幾百公里,很多地方都去過,“又好像沒去過”,因?yàn)楹苌偻A簟N伵S械脑诓輩怖?,有的在樹上,要去“人跡罕至”的地方找,避開人類活動(dòng)影響。
董亞杰在采集現(xiàn)代蝸牛過程中,經(jīng)常感到“走到?jīng)]路的地方”“可能一輩子再也不來”。他回憶,有一次去新疆采樣,走著走著,一群人差點(diǎn)出境了。
蘭州大學(xué)的博士王蜜2018年開始養(yǎng)蝸牛。她選擇古地層中會出現(xiàn)的蝸牛種類,到野外抓相應(yīng)幼年蝸牛,在甘肅、河南、西安等地的野外環(huán)境養(yǎng)殖。她介紹,國內(nèi)對蝸牛的生物學(xué)研究是薄弱的。蝸牛有上萬種,每種蝸牛的習(xí)性都不同,需要詳細(xì)觀測。
這是為了破解一個(gè)問題——不同種類的蝸牛,每個(gè)季節(jié),在不同的地點(diǎn),生長速率差別有多大。她剛開始用記號筆做的生長標(biāo)記,容易被雨水沖刷掉,后來她用指甲油。這項(xiàng)工作出現(xiàn)成果后,可以判斷,在給蝸?;黾竟?jié)研究時(shí),怎么從殼體上分出季節(jié)的生長線。研究的最終目標(biāo)可能是,“去看看那會兒(如13萬年前)旱季有多少天,比我們現(xiàn)在更旱嗎?還是比我們現(xiàn)在更潮濕?”
從研究生入學(xué)開始,王蜜在多地做野外飼養(yǎng)觀測,前3年都在經(jīng)歷失敗。有的點(diǎn)位蝸?!凹w越獄”,裝上防護(hù)網(wǎng),又發(fā)現(xiàn)死掉了很多,裝了攝像頭才發(fā)現(xiàn),是蝸牛軟體被螢火蟲幼蟲吃了。有的地方天氣熱,她在那兒養(yǎng)了兩年的蝸牛都沒有活過夏天。讀到博士,她終于有了初步發(fā)現(xiàn),記錄下一些蝸牛的生長速率特性。
現(xiàn)在她所在團(tuán)隊(duì)感興趣的下一個(gè)問題是,用蝸牛殼體研究“過去冰期-間冰期的夏天最高幾度”。這能給農(nóng)業(yè)模型一個(gè)“歷史標(biāo)尺”,告訴人們在沒有人為灌溉、化肥的情況下,糧食系統(tǒng)能承受的上限在哪里?!霸贌岫嗌俣龋头N不出玉米了。”
在國內(nèi),2000年后一直有對蝸牛殼體進(jìn)行同位素組成分析的研究,但分辨率并不高。2022年,晏宏研究一種海洋生物發(fā)現(xiàn),硨磲的殼能記錄熱帶地區(qū)臺風(fēng)寒潮事件,分辨率甚至能精確到小時(shí)。硨磲和蝸牛一樣是軟體動(dòng)物,殼體成分一致。在一次聊天中,幾位研究者聊到,能不能試試蝸牛。
董吉寶所在的團(tuán)隊(duì)曾在鄭州“7·20”特大暴雨地區(qū)采集過現(xiàn)代蝸牛,他們拿進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里。
結(jié)論令人驚喜。強(qiáng)降水持續(xù)只有3天,但他們在蝸牛殼上發(fā)現(xiàn)了顯著的同位素變化,“變化了十幾個(gè)單位”。
但董吉寶介紹,研究存在一個(gè)缺憾,暴雨過后,未能找到當(dāng)時(shí)的雨水樣本,也就無法測量水的氧同位素信息,無法建立準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系。他們只能找間接證據(jù),比如2013年北京發(fā)生極端暴雨時(shí),曾有研究測量了降水的同位素,也有非常顯著的變化。
2023年北京經(jīng)歷夏季暴雨后,董吉寶在門頭溝區(qū)采集了蝸牛,但也沒有采到水樣,且水的保存也是個(gè)問題。
現(xiàn)代蝸牛表現(xiàn)出這種潛力,意味著蝸?;臍んw也可以,也就是說,未來可以通過蝸牛化石殼體分析,重建幾萬年前某一年的“天氣”。
慢一點(diǎn),可以抬頭看看天
相對更容易獲取數(shù)據(jù)的其他學(xué)科,在過去很多年中,蝸牛研究進(jìn)展較為緩慢。
數(shù)據(jù)采集慢、分析實(shí)驗(yàn)慢、觀測慢。一位研究者做蝸牛殼化學(xué)分析,要在1厘米直徑的蝸牛殼上,打170多個(gè)采樣點(diǎn),用顯微鏡放大10倍。背樣品的過程也緩慢,一個(gè)研究者可能一天要背十幾袋土回去,再花一天時(shí)間篩洗。
挖蝸牛曾鬧出不少麻煩事,有村民等采集者干完活圍上來,表示挖了土要交錢。一位研究者遇到過,他和3個(gè)同伴把兜里的現(xiàn)金都掏了出來。
大約10年前,董吉寶博士畢業(yè)后,為了做古氣候的溫度定量重建,開始研究蝸牛。其間他花3年多時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室里養(yǎng)蝸牛,為了搞清楚一件事:蝸牛能不能記錄環(huán)境溫度。
此前,加州理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表過否定的結(jié)論,看到這個(gè)結(jié)果,董吉寶一度想,自己的研究可能沒辦法再繼續(xù)下去。
他在實(shí)驗(yàn)室里控制溫度,從蝸牛產(chǎn)卵、幼年養(yǎng)到成年,至少養(yǎng)了幾十只?!罢垓v了幾年”,結(jié)果是,至少證明它跟環(huán)境溫度有關(guān)。
一位90后研究者王國楨覺得人們對蝸牛的研究還是太少。在農(nóng)業(yè)上,蝸牛是害蟲,“大家想的是怎么除蝸?!薄Q芯空哂玫奈伵;A(chǔ)參考書,有的出版于20世紀(jì)70年代,沒有更新過。
在古氣候研究領(lǐng)域,土壤、樹木年輪都有很成熟的方法,樹木年輪的研究甚至能影響國家決策,而蝸牛研究較少,“能參考的東西就比較少”。
宗秀蘭說,她對這一領(lǐng)域很有好奇心,唯一的焦慮感來自現(xiàn)實(shí),一篇文章從開始做到發(fā)出,最少得3年,一站博士后最多也就3年聘期,“不接著你博士的東西做,很難在3年內(nèi)出一篇完成考核的”。
王蜜很享受采集現(xiàn)代蝸牛的過程,一般是在夜晚,打著手電筒去找蝸牛,還有一次村里大人小孩一起找。她說,下雨天常有蝸牛活動(dòng),他們也雨后出來,“泥漿是底色,星空是高光”。
找蝸牛時(shí),有人碰到過顏色翠綠的毒蛇,也誤入過雜草環(huán)繞的墳包。有人說地層里很多硬土塊,有時(shí)需要用手捏碎,有次回去后手在發(fā)抖。董亞杰說,黃土剖面上草深,有時(shí)不知道下面是實(shí)是虛,有一次他踩空,從兩三米高處掉下來。他有位師姐,走在高處時(shí)腿腳發(fā)軟,從坡上滾下來,落到溝底,昏迷了,幸而沒有大傷。
董亞杰記得,10年前,野外工作條件較差,他們不住酒店,總是住在村民家。秋天涼爽時(shí)是采蝸牛的季節(jié),這時(shí)候,黃土高原上的蘋果正好收獲。他說,那時(shí)生活很安靜,星星很多,工作之余,“村里面走一走,吃個(gè)蘋果,然后看看天”。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 郭玉潔
責(zé)編:王銘俊
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來源:中國青年報(bào)
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