哺乳动物的粪便保存了青藏高原的人类和气候历史

在这张江错的照片中，多云的天空在背景中的低矮山丘上投下阴影。中景的湖水呈现灰蓝绿色的色调。前景中，湖岸上生长着一簇簇棕褐色的小草，红色沙地上点缀着棱角分明的深色鹅卵石。

This is an authorized translation of an Eos article. 本文是Eos文章的授权翻译。

In this circular image, the words “Wide. Open. Science. #AGU23“ appear over galaxies and stars at the top fading downward into the night sky over a shadowed rock formation.

在海拔约4600米的青藏高原上，一片湛蓝的湖水倒映着多云的天空。江错，这个高海拔湖泊的名字，被绵延的山丘环绕着，除了零星的草丛与鹅卵石混合在一起外几乎一片荒芜。

但在公元600到800年间，这里的山丘可能是生机蓬勃的，地上草木茂盛。河流奔腾而来，动物们，甚至可能还有一个村庄一起分享着河岸。根据古气候学家Juzhi Hou的说法这是可能的，而他和他的同事们正在发现埋藏在江错的关于青藏高原的人类和气候历史的新记录。

“我们正在试图了解，在如此高海拔的气候背景下，这个文明为何会兴起但随后又衰落。”

根据历史文献的记载，在公元600年之前，青藏高原上居住着一些小型的独立部落，这与当时可能存在的寒冷干燥的气候相符，因为这种气候无法支撑更大的社会，Hou说道。然而，在接下来的两个世纪——即隋唐温暖期——吐蕃帝国征服了青藏高原的大部分地区以及更远的地方，并控制了连接东亚与西方的丝绸之路的众多分支。

然后，帝国几乎消失了。

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“我们正在试图了解，在如此高海拔的气候背景下，这个文明为何会兴起但随后又衰落。”来自中国科学院青藏高原研究所的Hou说道。他表示，除了中国宫廷保存的书面记录，很难找到有关吐蕃帝国的资料。“我们没有[太多]确凿的证据。”

在准备于AGU’s Annual Meeting 2023上发表的一项新研究中，博士后研究员Kejia Ji，Hou和同事们利用从江错获得的一个精确年代的长达数米的沉积物岩芯中提取的代用指标拼凑出了其中记录的近2000年的高海拔地区历史。他们的发现揭示了一个异常温暖和潮湿的时期，这一时期很可能在公元600年至800年间吐蕃帝国的繁荣中扮演了重要角色。

钛，氧和长链不饱和烯酮

地球化学代用指标可以帮助科学家们重建气候历史。例如，钛元素无法在湖泊中生成，而是起源于周围的岩石，Hou说道。钛通过径流进入湖泊，更多的钛也就意味着更高的风化程度，因此也代表着更多的降水。江错的岩芯在公元600年至800年间的钛含量证明了这一点。

钛提供了关于湖泊外部的信息，而与钛不同，氧同位素能够提供湖泊内部的信息。重氧更倾向于留在水中，而轻氧则倾向于蒸发。通过测量这些在湖水中直接形成的方解石中的同位素，Hou和他的同事们探索了当时是否存在大量的蒸发现象。岩芯的氧同位素暗示在公元600年至800年间存在高湿度。

透过显微镜可见的微观沉积物层。 — 一张在90厘米深度处微观下的江错湖沉积物照片，这意味着此样本来自一个数米长的岩芯的底部附近。亮色和暗色层分别对应粗颗粒和细颗粒的薄层。图片来源：Erlei Zhu

为了研究温度，研究团队转向求助于一种被称为长链不饱和烯酮的有机分子。Hou表示，这些长链不饱和烯酮在江错由某些藻类产生。长链不饱和烯酮通常由37个碳原子通过单键和双键组合连接在一起。双键越多，分子就越弯曲。不同长链不饱和烯酮——弯曲或直的比例——可以被转换为水温。根据这些分析，公元600年至800年间的温度相对来说比较温暖。

但仅仅知道当时的气候是温暖和潮湿的并不能代表当时有人类存在。而探知人类是否存在的其中一种方法就是去寻找人类和动物都会留下的东西：粪便。

独特的饮食，独特的粪便

粪甾醇是许多哺乳动物都会排出的一种有机分子。食肉动物在肠道中处理胆固醇后，会使体内的某些甾烷醇的含量更高，而食草动物则接触并处理不同的甾烷醇（ß-谷固醇，一种类似于胆固醇的植物固醇），会产生一种独特的甾烷醇并被遗留下来，Ji说道。粪甾醇可以在土壤中保存数千年，而追溯食肉动物和食草动物甾烷醇之间的比例可以帮助科学家探寻人口数量。

绵羊和其他动物（例如西藏野驴，野驴中最大的一个品种）是该地区特有的食草动物，而它们的粪便也应该反映这一点。

尽管过去的研究在其他地方建立了粪甾醇的代理指标，Ji正在努力为青藏高原创建一个代理指标。目前，该指标包含了来自动物和人类的100多份现代样本。他说：“藏人的饮食严重依赖于来自牦牛和绵羊的肉类和乳制品，而蔬菜摄入较少。”那些牦牛，绵羊和其他动物（例如西藏野驴，野驴中最大的一个品种）是该地区特有的食草动物，而它们的粪便也应该反映这一点。这个区域数据库目前主要由被驯养的食草动物为主，但Ji正在努力纳入更多野生动物的粪便。

对江错岩芯中粪甾醇的初步分析没有显示出公元600年至800年间有强烈的人类活动的直接证据。这一结果可能受到了较小的流域面积的影响，Ji说道。然而，这一时期食草动物的甾烷醇有所增加，“这表明在温暖和潮湿的气候环境下，植被为家养和野生的食草动物提供了更多的食物。”