当洞穴探险遇上古生物

崔庆武 张颖奇

探险是人们在好奇心的驱使下对未知世界的探索活动。尤其是在生活节奏越来越快、生活压力越来越大的大都市，越来越多的年轻人开始参加由商业户外领队策划组织的付费探险活动。除了释放压力、强身健体，其主要目的还在于体验在朝九晚五的都市生活中所缺少的那种新奇。洞穴探险就是众多商业探险活动中的一种，也是近十几年来在国内越来越流行的一种商业户外活动。所谓洞穴探险是指利用SRT（单绳技术Single Rope Technology的缩写）装备和绳索对复杂洞穴系统的探索活动。这里的复杂洞穴系统指的是有长距离垂直上升或下降，通过常规方式难以到达的洞穴系统。但是理论上讲，只要装备和绳索充足得当，无论垂直上升或下降的距离有多长，单绳技术均可辅助我们安全进出任意的复杂洞穴系统。也正因为单绳技术可以辅助我们进入常人难以到达的地下世界，去欣赏洞穴中特有的钟乳石奇观，加上SRT技术本身对于个人的胆量、体能、协调性及安全意识都极具挑战性，近年来洞穴探险在年轻人当中越来越流行。很多都市白领甚至不惜花重金去体验洞穴探险的魅力，挑战个人极限，并从中获得自我认可和精神愉悦，最终达到自我升华的目的。

然而，这其中绝大多数人在体验洞穴探险的新奇刺激、欣赏钟乳石奇观的琳琅满目的时候，都会忽视洞穴的另一层含义，那就是其中的古生物化石。在常人看来，洞穴探险和古生物风马牛不相及，但是机缘巧合，本文的两位作者却将这二者紧密地结合起来，又为洞穴探险赋予了新的科学内涵。

事情还要从一位已经灭绝了的类人猿明星说起，它就是步氏巨猿。有一种推测认为，步氏巨猿直立后有3米高，体重可以达到500公斤以上，是有史以来体型最大的类人猿。从科学的角度讲，大家所熟知的电影中金刚的原形应该就是步氏巨猿，但是电影中的形象更夸张，更高大。而现实中的步氏巨猿，是1935年荷兰古生物学家孔尼华在香港的一个中药铺售卖的龙骨中首先发现并命名的。当时，一颗巨大的灵长类牙齿引起了孔尼华的注意。根据其非同寻常的大小和形态，孔尼华将之命名为步氏巨猿。这种大型类人猿一经发表，就在当时的学术界引起了不小的轰动，甚至曾一度被认为是人类的直接祖先。但是，当时孔尼华并不知道步氏巨猿的确切产地。根据已发表的科学文献，他推测这种大型类人猿出自中国南方的洞穴当中。为了确定步氏巨猿化石的真正产地以及其在生命之树上与已知的类人猿乃至人类的亲缘关系，我国的古生物学者们从20世纪50年代开始便踏上了搜寻步氏巨猿化石的征程。仅1956年到1960年四年间，中国老一辈古生物学家裴文中就带领队伍在广西调查了300多处洞穴，其中发掘了88处。功夫不负有心人，1956年，工作队在广西大新县榄圩人民公社正隆村那隆屯附近的牛睡山黑洞中首次从地层中发现了三颗步氏巨猿的牙齿，证实了孔尼华的推测，也明确了步氏巨猿化石的真正产地。然而，天道酬勤并没有就此为止。同样是在1956年的夏天，广西柳城县凤山公社社冲村的村民覃秀怀在村附近的楞寨山硝岩洞挖硝土作农肥，作为副产品，他挖硝的同时还挖出了一些动物的骨骼化石。有人告诉他这些洞穴里出土的动物骨骼是龙骨，可以卖到合作社赚钱。于是覃秀怀带着这些龙骨去了洛满圩合作社。不幸的是，1956年，为了保护历史遗物，当地政府已经禁止了龙骨的买卖。当时洛满人民银行行长韦耀社正好在场，他在这些龙骨中注意到一件下颌骨，觉得可能会有什么科学价值，并说服了覃秀怀把这件下颌捐献给政府。于是，这件下颌骨和覃秀怀发现的其他骨骼化石几经辗转终于在1956年底来到了正在调查的广西工作队手中。出乎所有人意料的是，覃秀怀挖硝挖出来的那件下颌骨竟然是步氏巨猿。这真应了那句话，踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫。在覃秀怀的帮助下，广西工作队找到了硝岩洞，并于1957年1月开始了对该洞的正式发掘。这一发掘就是6年。从1957年到1963年，从这个洞穴中总共出土了1100多颗步氏巨猿的游离牙齿和三件下颌骨（包括覃秀怀最初发现的那一件）。正因为出土了数量如此可观的步氏巨猿化石，该洞穴后来被正式命名为“柳城巨猿洞”。虽然此后对步氏巨猿的搜寻始终没有停止过，但是迄今为止的发现表明，柳城巨猿洞不仅仅是出土步氏巨猿化石数量最多的洞穴化石地点，而且也是步氏巨猿化石质量最高的化石地点。因为此后发现的所有步氏巨猿化石地点，都没有在化石材料上有所突破。绝大多数的步氏巨猿化石材料都只限于游离牙齿。仅中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的金昌柱研究员的团队2011年在广西扶绥县柳桥镇平坡村高眼屯岩亮洞又发现了一件破碎的步氏巨猿下颌以及20多颗游离牙齿。这也是迄今第四件步氏巨猿的下颌。本文第二作者有幸对这一批步氏巨猿化石材料进行了古生物学系统记述。自从1935年孔尼华首次发现并命名步氏巨猿，80多年已经过去了，但是我们对步氏巨猿的认识，仍然只是建立在四件下颌骨和一千多颗游离牙齿的基础之上的。目前，仍然没有任何步氏巨猿的头骨和头后骨骼化石材料被发现。因此，我们只能根据牙齿和下颌的形态学特征推断其粗壮厚实的下颌和颊齿擅长处理肥硕且富含纤维质的粗糙食物，其在生命之树上的位置更加靠近东南亚现生的红毛猩猩，而非人类。对于其身高体重的推测也是建立在牙齿和下颌骨的大小的基础之上的。听起来不怎么靠谱，但这是目前科学所能告诉我们的最靠谱的答案，原因就在于我们还没有发现任何可以给出更加确切的答案的步氏巨猿头骨和头后骨骼化石材料。我们不知道其真正的头身比例，我们不知道其真正的前后肢比例，我们甚至不能确定步氏巨猿是像非洲大猩猩那样生活在地面上还是像亚洲红毛猩猩那样生活在树上。只是根据所推测出来的体重，我们觉得它们不可能生活在树上，因为没有多少树枝能够承受这样的重量。步氏巨猿如果真的有这样的体重，可能也不太愿意天天爬树白白消耗自己的体能。目前，有较为确切的科学证据支持的关于步氏巨猿的认识包括，其主要以包括果实、茎叶以及块状根茎在内的C3植物（85%的植物都是C3植物，主要包括水稻、小麦、黄豆和所有的树木）为食，其生活在200万年前到大约30万年前的中国南方地区，步氏巨猿的化石全部都出土自洞穴堆积。对于除此以外的步氏巨猿的真正面貌的认识，还有待于化石材料的突破。因此，步氏巨猿对于我们来讲依然充满神秘。

80多年过去了，近20处步氏巨猿的化石地点被发现，为什么出土的却只有下颌骨和游离牙齿呢？我国幅员辽阔、地大物博，中国南方地区的喀斯特溶洞更是星罗棋布，为什么就找不到步氏巨猿的头骨和头后骨骼化石呢？不得不说，游离牙齿和下颌骨数量的丰富与头骨和头后骨骼的缺乏形成的这种鲜明对比，实在是让人费解并难以接受。基于目前的认识，造成这种结果的原因可能有三种。第一种就像发现第一个步氏巨猿下颌骨的覃秀怀一样，老乡在山洞里挖取硝土用土法制造氮肥。20世纪50年代工农业生产“大跃进”前后使用硝土制造氮肥在全国范围内都是非常普遍的农业生产活动，只不过南方和北方所使用的硝土原料有所不同。南方的农民根据实践经验多在山洞里挖取硝土作为原料。之所以说挖硝是很普遍的农业生产活动，是因为近年第二作者在崇左地区所调查和发掘过的洞穴中，大部分都留有挖硝的痕迹。挖硝不只是普遍，有时候规模也超乎寻常。为了能够获取更多的硝土，制造更多的氮肥，农民会把原本填满堆积物的整个洞道挖空。

也正如覃秀怀一样，老乡们在挖硝的时候，化石往往会作为副产品出土。这是因为，对于老乡来讲，挖取硝土的理想洞穴必须是常年干燥没有积水，否则作为制造氮肥有效成分的硝酸盐会流失。而这一条件也正是我们寻找含化石洞穴堆积的首要条件，因为仍然有水的洞穴堆积物和化石都不容易被稳定地保存下来。但是，并不是所有的老乡都会像覃秀怀那样，在挖到化石之后会上交政府，很可能有大部分这样出土的化石不是被作为中药材“龙骨”卖给了当时的供销合作社，就是由于老乡不关注而被直接破坏掉了。根据当时挖硝的普遍性和规模，相对于老乡挖过硝土的洞穴的数量，被古生物学者们调查和发掘过的洞穴数量只是九牛一毛。找到步氏巨猿头骨和头后骨骼的机会，也可能因此而被大大地降低了。

第二种可能的原因在古生物学中称为埋藏学原因。现在一般认为，在洞穴堆积物中能够找到化石并不是因为这些动物生前就生活在洞穴中，而是动物在地表死亡之后被水流与泥沙一起冲到洞穴中才得以保存为化石的。这一水流搬运过程一般距离较远，同时伴随着泥沙和沙石的挤压、碰撞、磨蚀作用，动物身上较为脆弱的头骨和其他骨骼在这一过程中都破碎了，而作为最坚硬的组织的牙齿和相对更为结实的下颌骨则有更大的机会幸存下来。

崔庆武站立处原本为可能含有化石的洞穴堆积物，已被老乡作为硝土挖空

南非“人类摇篮”古人类遗址Sterkfontein（A、D）和Rising Star（C、F）洞穴剖面图和Malapa（B、E）化石成因示意图以及各遗址出土的古人类化石

第三种原因可能来自与步氏巨猿生活在相同年代的哺乳动物群的内部。在该动物群中，至少有两类动物会破坏骨骼遗骸，那就是鬣狗和豪猪。鬣狗有“碎骨者”之称。它们不仅可以轻易咬碎猎物的骨骼，而且骨骼本身也在其食谱之中。豪猪也是出了名的骨骼收集者。它们收集骨骼的目的是为了啮咬以磨砺其终生持续生长的上下两对门齿。虽然鬣狗在动物群中所占比例很小，但是其对骨骼遗骸的破坏作用却非同寻常。而豪猪在动物群中的比例相当可观，所以其对骨骼遗骸的破坏作用也不容小觑。与这两种动物共存，使得步氏巨猿头骨和头后骨骼作为化石保存的可能性从一开始就大打折扣。如此说来，难道真的就没有希望找到步氏巨猿的头骨和头后骨骼化石了吗？俗话说，他山之石，可以攻玉。位于非洲大陆地处南半球的南非“人类的摇篮”古人类化石遗址群让我们受到了极大的启发。相当巧合的是，该遗址群所处的纬度与广西出产步氏巨猿化石的洞穴地点相当接近，而且该遗址群中的遗址也都发现于喀斯特洞穴当中。其中，Sterkfontein、Malapa和Rising Star是最为著名的三个。从Sterkfontein出土了一具约360万年前的几乎完整的南方古猿骨架，被称为“小脚”。当“小脚”被发现的时候，其骨骼分布在一个相当小的范围之内，而且有很多部分仍然是互相关节在一起的。说明“小脚”死亡之后并没有被搬运很长的距离便在Sterkfontein洞穴中埋藏下来。Malapa的情形有些类似，从中出土了两具约198万年前的南方古猿源泉种不完整骨架化石，其中部分骨骼也是呈关节在一起的状态被发现的。Rising Star目前共出土了至少来自15个个体的1550件纳莱迪人（Homo naledi）骨骼化石。最令人费解的是，除了这些人类几乎没有伴生的其他哺乳动物化石，而且这些个体老年幼年都有，发现这些化石的小洞厅没有任何通往地表的开口，也没有证据能表明这些化石是水流搬运到该小洞厅中去的，更没有食肉捕食者会以这种方式积累古人类的骨骼。于是，研究人员推测，这些纳莱迪人的遗骸是当时的一种丧葬仪式的产物，纳莱迪人为了缅怀死者，特意将他们放到这洞穴深处。纳莱迪人化石的发现和发掘更加具有传奇色彩。2013年9月，南非洞穴探险俱乐部的两位洞穴探险爱好者在Rising Star洞穴系统中发现了一个平均宽度只有20厘米，深度大约有12米的竖井，在该竖井的底部发现了一个小洞厅，并在该洞厅地表发现了到处散落的骨骼化石。同年10月，他们把洞厅内化石的照片拿给南非金山大学的Lee Berger教授看。Lee Berger教授认识到了这些古人类化石的重要性，但是由于发现化石的洞厅常人根本无法到达。途中要经过一个地方，人们必须要将一支手臂紧贴身体，将另一支手臂伸直举过头顶，才能蠕动通过。因为这个动作酷似超人飞行，所以取名为“超人匍匐”。而最艰难的部分就是通往洞厅的唯一通道，平均宽度只有20厘米的狭窄竖井。为了进行发掘，Lee Berger专门在脸书上招募了6名能够顺利通过狭窄竖井的身材纤细的女性志愿者，分别于2013年和2014年进行了两次发掘，便出土了上述的1550件纳莱迪人骨骼化石。看一下Sterkfontein洞穴剖面图和Malapa的化石埋藏过程示意图我们可以发现这二者有一个共同点，那就是它们在化石埋藏之前都有垂直通向地表的开口，形成一个死亡陷阱。古人类和其他动物在落入其中之后，或者不会再被搬运而形成原地埋藏（Sterkfontein中南方古猿“小脚”的情形），或者不会被搬运太远的距离形成近原地埋藏（Malapa中南方古猿源泉种的情形）。本文第二作者有幸与Malapa和Rising Star两个遗址的首要研究者金山大学Lee Berger教授进行面对面交流时曾经也提问过，为什么在中国南方地区的喀斯特洞穴中找不到步氏巨猿的头骨和头后骨骼化石材料呢？Lee Berger教授说，必须得改变一下洞穴调查的思路，可能现在所调查和发掘的洞穴堆积类型是化石经过搬运之后的再次堆积，必须要去寻找化石埋藏的最原生堆积（primary deposits）。他还说，只要能够找到正确的堆积物，他相信步氏巨猿较为完整的化石材料将会是无处不在的（Lee Berger教授当时用了ubiquitous这个词）。无处不在有些过分乐观了，但这是Lee Berger教授对我们的鼓励和启发。虽然Rising Star中纳莱迪人化石形成的原因究竟是死亡陷阱还是丧葬仪式在科学上还存在争议，但是受到Lee Berger教授的启发，无论是要调查死亡陷阱式洞穴还是要调查Rising Star那样隐藏在洞穴系统深处常人难以到达的洞腔，专业洞穴探险人员的参与肯定是一个必要条件了。

于是便有了本文两位作者一拍即合的合作。前者觉得，洞穴探险不应该仅仅是一种娱乐，在娱乐之上还应该有更上一层楼的意义和追求，而后者则是受Lee Berger教授启发，改变思路，寻找死亡陷阱式洞穴，寻找化石埋藏的最原生堆积，寻找步氏巨猿更完整的化石材料。就这样，因为我们两个人想法的交集，洞穴探险遇上了古生物，开始了一场说走就走的全新探索之旅。

说到寻找死亡陷阱式洞穴，首先浮现在脑海中的便是天坑。所谓天坑，简单讲就是喀斯特地区规模宏大的垂直型洞穴，通常直径超100米，深度可达数百米。这样的天坑，动物失足跌落其中基本没有生还的可能性。如果天坑底部也有堆积物，那么应该是发现所谓原生堆积最理想的场所。本文第二作者在广西进行洞穴考察和发掘多年，对乐业的大石围天坑群早就有所耳闻，于是便将其定为调查对象，作为洞穴探险与古生物的第一次约会。大石围天坑群当中最为著名的当然是大石围，直径420～600米，平均深度511米。面对这样的洞穴，如果没有专业的洞穴探险装备和技术，要想下去进行调查，恐怕只能是望洋兴叹，无可奈何了。但是有了SRT装备和技术，高度或者深度，无论其程度如何，就都不足挂齿了。也可能有人会怀疑对如此规模的天坑进行调查的必要性。的确，先抛开天坑底部是否有保存化石的可能性不说，即使有化石，发掘工作的难度和代价恐怕也会超乎寻常。我们最初也有过同样的迟疑，但是有一个支撑我们的信念，如果不下去调查，你永远也不可能知道天坑底部是怎样的情况，因为探索总是从未知开始的。虽然大石围的平均深度有511米，但是洞穴探险讲究的是安全和效率，因此必须要找到最安全和高效的下降路线。幸运的是，在大石围天坑东峰一侧的坑壁上有一个洞，这个洞可以一直通到地表，被称为蚂蜂洞。从蚂蜂洞在东峰一侧坑壁的洞口处下降，高度就降低到180米，难度和危险性也大大地降低了。为了绝对保证安全，SRT技术有一套严格的操作规范。只要按照规范围操作，SRT装备就能保证你在绳索上的安全。下降是一件相对轻松的事情，只要能够克服对高度的恐惧心理，使用下降器械在自身重力作用下沿事先布置好的绳索系统缓缓下降即可。当然，并不是任何时候都可以一绳到底。有的时候，根据洞穴的形态为了规避磨绳点，需要在绳索系统中间布设中继转折节点。这时，还需要用到SRT的一些过绳节和过中继点的技术。如这次从蚂蜂洞口下降到大石围底部的绳索系统，在中间就布设了一个中继点。俗话说，上山容易下山难。但对于SRT技术来讲却正好是相反的，上升是一件相对吃力的事情。因为上升过程中，要使用上升器械完全依靠自身的力量和协调性，把自己从低处抬升到高处。下降主要是自身重力做功，而上升则是自己克服自身重力作功。因此，上升不光是技术活，更多是体力活。等一切就绪下到大石围底部，我们才发现完全是一幅意料之外的景象。坑底并没有预想中的原生堆积物，反而都是崎岖不平摇摇欲坠的乱石堆和茂密的地下原始森林。短短400米左右的距离，经过两个小时的跋涉，穿越乱石堆和地下原始森林，来到坑底下降点另外一侧，还看到了有相当水流量的地下河。所有这些情形加起来，基本上否定了大石围底部能够找到原生堆积的可能性。天坑的形态的确使其成为了天然的死亡陷阱，但是天坑的形成过程决定了其并不是一个封闭的系统。因此，即使有动物跌落其中，即使有堆积物的不断补充，也都会被地下河和天然降水带走而不会在坑底保留下来。虽然结果有些令人失望，但也算是取得了新的认识。大石围这种超大型天坑底部没有可能，那么规模较小的天坑又怎样呢？于是，我们又在大石围天坑群中选择了几处规模较小的天坑进行调查，其中包括直径和深度都在100米左右的燕子天坑、苏家槽地缝和几处不知名的小型天坑。结果都是类似的，天坑的形成过程决定了天坑不是封闭的洞穴系统，其底部通常都会有地下河的存在，所以即使在有的小型底部地表都能看到为数不少的现生哺乳动物骨骼，但是，除了乱石堆，所谓原生堆积也会被地下河带到别处形成再次堆积了。

在本次对大石围天坑群进行古生物调查的过程中，广西黑洞探险队蜗牛和乐业飞猫探险队禤飞还为我们提供了一条线索。据说，当地一位叫张远贵的老乡多年前在自己家附近的山洞中发现过老虎的骨骼，还把老虎的头骨从山洞里带上来了。在经历了对天坑的失望之后，我们重整旗鼓，让禤飞把我们带到了这个山洞。这个山洞不能算是天坑，规模也不大。洞口进去之后是一个有40°左右坡度向下倾斜的洞道，洞道延伸30米左右便有一处约11米的悬空下降，下到底之后便是一个锥形堆积的锥顶，容纳锥形堆积物的是一个方圆50米左右的洞厅。在洞厅里四处探查了一番之后发现，除了西北侧很陡的乱石堆顶部有一个小洞通往另一处洞厅之外，这里的环境基本上可以认为是封闭的，至少堆积物进到该洞厅之后除了留下来是不会被带走的。因此，对比Sterkfontein洞穴剖面图和Malapa的化石埋藏过程示意图，这里给人的第一印象简直就是一处理想的死亡陷阱，如果有动物从洞厅顶部坡度极陡的洞道进来并跌落，除了就地死亡基本无处可去。张远贵在该洞穴中发现老虎头骨也印证了这一点。然而，意外的是，我们这次调查在该洞厅里发现的是大熊猫头骨和下颌。众所周知，现生大熊猫只在陕西、甘肃秦岭一带和四川有零星的分布，而广西地区的大熊猫早已绝迹。因此，虽然这次发现的大熊猫头骨和下颌埋藏状态较浅，接近地表，但至少可以毫无疑问地称为化石了。从后续的调查和发掘中我们知道，这个洞的名字叫慈竹坨洞，而里面的锥形堆积正是所谓的原生堆积，因为出土了偶蹄类的不完整骨架，部分骨骼也是关节在一起的。机缘巧合，大熊猫头骨化石在本文第二作者的办公室放置了两年之后，IVPP的科学新秀古DNA专家付巧妹研究员居然从中成功提取出来大熊猫的线粒体基因组。经过贝塔实验14C测年显示，该头骨的年龄约为2.2万年。因此，这是迄今进行基因测序的最古老的大熊猫个体，也是第一个完整的化石大熊猫线粒体基因组。相关的研究成果已经在国际著名学术期刊《当代生物学》上发表。真是应了那句话，有心栽花花不成，无心插柳柳成荫。初衷是冲着寻找步氏巨猿来着，结果却找到了最古老的大熊猫线粒体DNA基因组，并且还有望成功提取出核DNA基因组，虽然也是理想的洞穴原生堆积，但年代太晚，已经超出了步氏巨猿的生存年代范围。但终究洞穴探险与古生物的首次结合就擦出了火花，促成了一项不小也不太大的科研成果，也算是一个令人欣慰的开端。

慈竹坨洞剖面示意图及慈竹坨大熊猫化石和调查队伍的合影

此后，对死亡陷阱式洞穴和原生洞穴堆积的搜寻并没有止步，我们又对陕西汉中留坝紫柏山天坦群进行了调查。说起将此地作为调查目标的原因，得先看一下网上能够查到的关于紫柏山天坦群介绍：位踞山顶，形状如盆，深度一般在数十米到数百米不等，中央多有垂直向下的“无底洞”或甘甜丰美的泉水。如果不去现场考察，只根据这个介绍想象的话，这些所谓的天坦，作为死亡陷阱式洞穴和原生堆积的候选调查对象，再也理想不过了。然而，等真正到了现场才知道，真的天坦跟想象之间还是有不小的差距的。天坦从形态上讲，是位于海拔超过2000米的紫柏山山顶沿基底石炭岩的构造裂隙分布的一系列凹陷，然而在这些凹陷的底部很少发现有垂直向下的“无底洞”，发现原生堆积也就无从谈起了。虽然随后我们的足迹也延伸到了贵州六盘水、广西河池天峨，但是都未能如愿以偿。

陕西汉中留坝紫柏山天坦群一瞥

洞穴探险不仅是为洞穴古生物调查提供了可能，还为洞穴古生物发掘解决了难题。广西扶缓东门的大骨洞发现已经很久了。在这个洞洞口顶部残留了一些钙质胶结坚硬的堆积物，站在洞口就可以看到在这些堆积物中密密匝匝点缀着许多骨骼化石。虽不能说是原生堆积，但是如此数量骨骼化石的富集也实属罕见。可惜的是，洞顶太高，洞壁陡直，面对这些骨骼化石，只能是无可奈何，无法将其取出。然而，有了洞穴探险的SRT装备和技术，可以较为轻松地搭建工作平台，并进行小规模的发掘取出这些化石，既经济又高效。

除了步氏巨猿，中国南方地区更新世期间的洞穴堆积广义剑齿象—大熊猫动物群中，还有很多的科学问题有待于解决，而更好的化石材料的发现则是解决这些科学问题的关键。洞穴探险与古生物调查的联手为化石材料的突破提供了新的思路和新的希望，但是科学发现不会一蹴而就，需要运气，需要时间，需要打破常规思路，需要付出汗水。关键还在于，即使所有这些都做到了，也不一定会有收获。但是，搜寻并不会因为没有收获而止步，洞穴探险与古生物调查的合作还将继续前行。