科学家破译象牙信息，重现猛犸象的生活

科学家们首次破译了古代象牙中的一种化学物质，揭示了前所未有的丰富史前传记。

作者：扎克·圣乔治

裂开的猛犸象牙（前景）被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。在背景中，研究人员Karen Spaleta准备了一块猛犸象牙齿的碎片进行同位素分析，这将揭示猛犸象的完整生活史。摄影：JR Ancheta，阿拉斯加大学费尔班克斯分校

象牙记录了猛犸象的生活故事。牙齿从巨大的床上萌芽，然后细胞分裂，甚至每天。

"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马修·伍勒（Matthew Wooller）说。介于两者之间的一切都浓缩了猛犸象的生命。"Ivory记录了主人的旅行，饮食甚至死亡。这个概念很简单，很难获得象牙的化学成分并加以解释。

Wooller的研究团队正在这样做。他们分析了大约17，000年前猛犸象的象牙，发现了它们从出生到死亡的活动细节。该团队还追溯了猛犸象在阿拉斯加冰河时代28年的旅程，标志着科学家首次如此精细地重建了猛犸象的生活史。

这项研究最近发表在《科学》杂志上，提供了猛犸象如何生活的线索，包括它们与人类的可能互动。这项工作还可以帮助解释为什么这些标志性动物最终灭绝，以及当今的大型哺乳动物如何应对稳步变暖的世界。

范德比尔特大学（Vanderbilt University）的古生物学家拉里萨·德桑蒂斯（Larissa DeSantis）表示，研究人员已经尽可能地重现了猛犸象的生活，但无法"回去给猛犸象戴上GPS项圈"。DeSantis没有参与这项研究。

"单独阅读这篇论文，我觉得世界知名的动物学家珍·古道尔（Jane Goodall）正在观察这些动物。

猛犸象牙的分析

2018年夏天，我在伍勒的办公室见到了他，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的不同核素，不同中子数的不同元素以及略微不同的原子质量。近年来，科学家利用同位素重建了古代人类的饮食，破解了谋杀案，甚至确定了毒品走私路线。

"这是一个蓬勃发展的行业，"Wooller说。

伍勒后来在一封电子邮件中写道，他的名字与他的最新主题惊人地相似。（"我们称它为Wooller Mammoth，"该论文的合著者，佛罗里达州古生物学家Gregory Erickson开玩笑说。但这只是一个相似的名字;伍勒的头发和脸都很干净，他的眼镜穿得很整齐，他有一种纯正的英国口音。

他带我走出办公室，穿过走廊去实验室。实验室的硬币上挂着圆柱体，骨头和碎片。在房间中间的黑色试验台上，有一头猛犸象的象牙，长约1.7米，比我的胳膊还粗。它从中间垂直分裂，就像一个长长的热狗面包螺旋。

Wooller解释说，象牙具有非常独特的内层结构，看起来像一堆冰淇淋蛋筒，但其外层的层之间的划分是不规则的。为了捕捉象牙的完整化学记录，该团队需要从象牙的中心对其进行采样。该项目的第一个挑战是用钢带打开弯曲的22公斤象牙。"我们折断了几把锯片，"他说。

在锯掉象牙后，研究小组从其中心切下一块楔形切片，每片5厘米长，然后将其塞进实验室侧面的机器中。该机器称为激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪，它使用激光蒸发或熔化微小的材料。然后分析所得化学物质的原子质量。

该机器可以读取每厘米内的几个同位素读数，提供其他方法无法提供的详细信息。慢慢地，它的激光在象牙上画了一个点状的轨迹，梳理了象牙碎片中的化学线索。

"就像一个化学GPS"

氡的同位素是这项研究的核心。动物通过食用从地下岩石中吸收氡的植物来获得氡。不同的地质区域具有不同的氡同位素特征。虽然阿拉斯加的气候自更新世以来发生了巨大变化，但其地质结构并没有改变。当猛犸象在陆地上进食时，密封在象牙中的氡气成为它的旅行记录。象牙"就像一个化学GPS，"Wooller说，这是一个34万件的GPS。

"这是超高分辨率的数据，就像使用激光观察猛犸象牙上的日常钽同位素一样，"该研究的联合负责人，渥太华大学的地球化学家Clément Bataille说。

为了将氡的数据点与地图上的实际位置联系起来，Wooller的团队还使用了现代阿拉斯加田鼠。阿拉斯加大学的北方博物馆收藏了这种小型食草啮齿动物。它们通常不会走得太远，所以它们牙齿中的氡气很好地代表了它们所居住的地质区域。"这些小老鼠就像公民科学家，"伍勒说。"他们正在实地对局势进行抽样。

当时在沃勒实验室（Worler Lab）攻读博士学位的巴塔耶（Bataille）和朱丽叶·芬克（Juliette Funck）使用田鼠数据绘制了阿拉斯加的氡气图。然后，Bataille建立了一个模型，将象牙上的数据点与地图相关联。伍勒指出，该模型考虑了某些物理现实，例如猛犸象无法飞行或爬上悬崖，"因此可以排除某些景观。巴塔耶开始追踪猛犸象的死亡，逐渐追踪其起源。

刚读这篇论文，我就觉得珍·古道尔在看这些动物。

当Wooller和他的同事们努力追踪猛犸象的活动时，加州大学圣克鲁兹分校的Beth Shapiro和Katie Moon从猛犸象化石中提取了古代DNA的片段，以了解它们的性别。他们还使用放射性碳测年法来确定其诞生的世纪。

在佛罗里达州立大学，埃里克森分析了由季节变化引起的象牙微小条纹，甚至日常活动和睡眠周期，标志着猛犸象生命的岁月和日子。这些细节共同将象牙中所含的化学物质变成了一本前所未有的丰富的冰河时代传记，一个关于家庭、移民和过早死亡的故事。

追随Kik的脚步

该团队绰号猛犸象Kik，这是一头雄性猛犸象，出生于17，100年前，位于现在的阿拉斯加东北部。它诞生于更新世最后一个冰河时代的开始。阿拉斯加和俄罗斯之间有一片广阔的平原，冰川因为太干燥而无法形成。科学家们正在争论这个地区是什么样子，这里发现的大量化石（野牛，猛犸象，驯鹿，马，牦牛和狮子）表明它就像寒冷中的塞伦盖蒂。这片土地上覆盖着草，轻松的草和灌木青蒿素，科学家现在称之为猛犸草原。

Kik在阿拉斯加内陆布鲁克斯山脉以南的一小片地区度过了他生命的最初几年。它在两岁时断奶，碳和氧同位素记录了这种饮食变化。在接下来的几年中，其活动范围扩大了。Wooller说，它似乎更喜欢在低地度过冬天，夏天在山上度过 - 也许是为了避免昆虫叮咬。

它来回移动，其迁徙模式反映了现代非洲大象的运动。长期以来，科学家们一直在推测这一点。"我们研究了大象的活动，以推测猛犸象在这片土地上可能会做什么，"他说。"但直到现在，还没有证据。

Kik的经历可能以另一种方式很好地反映了现代大象的情况："当它是一头年轻的猛犸象时，它可能是大象群的一员，"Wooller说。猛犸象一定是和母亲一起度过了童年，也可能是和一大群其他雌性和年轻的猛犸象一起度过的。事实上，跟踪年轻的Kiks也意味着跟踪它所在的象群。

当Kik16岁时，他的轨迹突然改变了。事实上，当雄性非洲象和亚洲象达到性成熟时，它们会离开象群四处游荡，要么独自一人，要么与其他雄性大象成群结队。Kik也是如此。它开始向更远的地方移动，穿过布鲁克斯山脉西部边缘的山口到阿拉斯加的北坡，这仍然是驯鹿群迁徙的唯一途径。

"他们曾经与猛犸象一起迁徙，"伍勒说。"我认为这是一个整洁的场景。

该团队研究的最后一个同位素打开了Kik故事的结果。在它27岁生日的夏天，它牙齿中的氮同位素开始发生变化。不同的食物产生不同的氮同位素特征，自那年夏天以来，Kik的氮同位素一直与捕食者相似。对于草食性猛犸象来说，这只能意味着一件事：Kik正在消耗自己。它正在遭受饥饿。

阿拉斯加大学费尔班克斯分校（University of Alaska Fairbanks）的四世纪科学家、该研究的合著者丹尼尔·曼恩（Daniel Mann）说，有时年长的大象会挨饿，因为它们的牙齿太磨损而无法使用。但Kik还很年轻，象牙是在猛犸象头骨的碎片旁边发现的，这使得科学家能够检查牙齿，看看它们是否处于良好状态。"我怀疑它以某种方式受到了伤害，"曼恩谈到猛犸象时说。

在生命的最后一年的秋天，Kik从现在的阿拉斯加南部半岛出发前往布鲁克斯山脉的东北侧。它停在那里，整个冬天都在科尔维尔河以西的沙丘地区漫游。然后，在冬末或早春，它来到了科尔维尔河（简称Kikiakrorak河）支流雕刻而成的浅峡谷的边缘，在那里它结束了它的生命，并在那里沉睡了17，000年。

旧线索预示着未来的灾难

"拥有这样一个单一动物的数据集真是太神奇了。育空古生物学家格兰特·扎祖拉（Grant Zazula）说，他没有参与这项研究。"这将真正为阿拉斯加和育空地区的新项目开辟许多机会，那里有非常丰富的化石可供研究。

同位素研究还可以帮助解决猛犸象最大的谜团之一：为什么它们会灭绝。许多科学家认为，人类猎人是猛犸象和许多其他大型哺乳动物在更新世晚期和早期灭绝的原因。这种"过度杀戮"假说的支持者认为，即使是一小群人也可以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发挥了更大的作用。

伍勒说，虽然Kik的故事没有涉及这场辩论，但它确实指出了人类捕食和气候变化的可能影响。

该地区人类存在的最早明确证据发生在大约14，000年前，即Kik死后数千年。考古学家一直在争论人类何时到达北美，但猛犸象直到大约13，000年前才在阿拉斯加大陆灭绝，因此猛犸象和人类可能在那里共存了1000多年。

北美野牛和加拿大马鹿似乎是猎人的首选目标，该研究的共同作者，北方博物馆的考古学家Joshua Reuther说。Kik遵循固定迁移路线的事实表明，猛犸象也可能是一个非常有吸引力的目标。"社区动物比驼鹿等孤独的动物更可靠，"他说。

在Kik死后的数千年里，猛犸草原慢慢地生长着树木，减少了猛犸象最喜欢的栖息地，限制了它们在陆地上的活动，甚至可能迫使它们更接近新的和危险的猎人。它还表明了现代动物可能面临的压力，因为气候变化会导致生态系统的突然变化。科学家说，阿拉斯加不断变化的气候导致驯鹿的活动发生了变化，驯鹿是猛犸象的古老迁徙伙伴。

"我们生活在一个人类和气候变化都对动物产生影响的世界里，"德桑蒂斯说。"如果这是导致更新世的大型动物灭绝的致命组合，那么我们真的需要谨慎。

（译者：陌生人身上的鲜花）