斯堪的纳维亚北极洞穴揭示7.5万年前古生物多样性与沿海生态系统演化

这篇突破性研究通过多学科方法（OSL/U-Th/AMS 14C测年与古DNA分析）揭示了挪威北极圈内Storsteinhola洞穴系统保存的MIS 5a期（85-71 ka）古生物群落。研究首次报道了欧洲北极地区最古老的冰川间冰期动物组合，包含46个海陆空物种（如北极狐V. lagopus、环斑海豹P. hispida等），其中旅鼠D. torquatus等物种为斯堪的纳维亚半岛首次发现。通过骨骼形态学与批量骨骼宏条形码（BBM）技术，重建了以海冰依赖型生物为主的非类比性沿海生态系统，并发现北极熊U. maritimus等物种的已灭绝遗传谱系，为理解极端气候波动下的生物响应机制提供了关键证据。

　　

沉积序列与年代学

挪威北部Storsteinhola洞穴系统中的Arne Qvamgrotta洞穴保存了厚达13米的层状沉积物，通过光学释光测年（OSL）、铀钍测年（U/Th）和AMS ¹⁴C测年，确定其骨化石层形成于海洋同位素阶段5a（MIS 5a，约85-71 ka）。沉积学分析显示，该序列包含冰川融水冲刷形成的高能沉积（如砾石层）与静水环境沉积（如纹层状粉砂），其中骨化石富集层（单元6）以角砾岩间的分选沉积为特征，表明形成于冰缘退缩期的陆相环境。

古生物群落重建

研究团队通过比较骨学与批量骨骼宏条形码（BBM）技术，从6,191块骨碎片中鉴定出46个分类群，包括：

• 哺乳动物：北极狐（V. lagopus）的线粒体基因组分析显示其属于已灭绝的基部分支，与俄罗斯4.1万年前的标本聚簇；环斑旅鼠（D. torquatus）为斯堪的纳维亚半岛首次记录，系统发育将其归入早于末次盛冰期（LGM）的支系2；北极熊（U. maritimus）标本是全球第三古老的记录（约8.8万年前），其谱系位于现代种群之外。

• 鸟类：以海鸦科（Alcidae）和鸭科（Anatidae）等海鸟为主，黑鸢（M. migrans）等陆鸟指示了非类比性群落。

• 鱼类：大西洋鳕（G. morhua）和北极红点鲑（S. alpinus）反映冷温带海洋与淡水环境共存。

生态与气候意义

该群落缺乏典型猛犸草原物种（如真猛犸象M. primigenius），而以海冰依赖型生物（如北极熊、髯海豹E. barbatus）为主，表明当时挪威沿海存在季节性海冰。淡水鱼类（如北极茴鱼T. arcticus）与松科（Pinaceae）木纤维的发现，暗示局部存在冰缘湖泊与针叶林。与芬兰Sokli遗址的温暖记录对比，推测该群落可能代表MIS 5a的寒冷阶段。

演化生物学启示

所有测序的线粒体谱系均未延续至今，表明北极物种在冰期扩张-退缩循环中经历了深度遗传更替。北极狐与旅鼠的谱系灭绝现象，证实斯堪的纳维亚西海岸未成为这些物种的冰期避难所。研究首次揭示了北极沿海生态系统在极端气候波动下的脆弱性与恢复潜力，为预测当代气候变化下的生物响应提供了古生态学框架。

方法论创新

研究结合了传统骨学分析与前沿的古DNA技术：

1. 批量骨骼宏条形码（BBM）：从碎片化骨骼中高效提取16S/12S rRNA序列，将鉴定率提升8倍；

2. 多方法测年体系：通过OSL校正残留剂量（339±36 Gy）、U/Th等时线法克服碎屑钍干扰，将年代误差控制在±15 ka内；

3. 系统发育定年：利用BEAST软件构建时间校准树，确定北极熊标本的分化时间为10.2-7.3万年前（95% HPD）。

这项研究填补了北极冰川区早韦克塞尔间冰期（Early Weichselian）生态记录的空白，为理解生物对快速气候变化的长期适应策略提供了关键案例。