榆社盆地位于山西省榆社县，是晋东南高原的一个晚新生代盆地，含有丰富的哺乳动物化石，尤其是上新世时期的化石。榆社盆地的晚新生代地层沉积时限较长，从晚中新世直到早更新世，地层出露良好，是研究华北地区晚新生代地质构造运动、哺乳动物演化和气候环境变化的重要地点。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所在榆社盆地多年的考察和研究持续不断地取得丰硕的成果，此前已在这个地区建立起中国第一个有丰富哺乳动物化石和精确古地磁年龄的上新世完整剖面。 

为了重建榆社盆地晚新生代植被和环境演变的历史，古脊椎所邓涛研究员课题组与美国同行合作，对采集自榆社盆地的不同食草哺乳动物类群，包括马科、犀科、牛科、啮齿目、鼠兔科的311件牙齿化石釉质样品的稳定碳氧同位素比值进行了分析，相关成果近期发表在国际刊物《古地理、古气候、古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Vol. 440: 750-762）上。 

食草哺乳动物的组织，包括骨骼和牙齿中的稳定碳同位素组成与其取食的草本植物的稳定碳同位素组成密切相关，δ¹³C将在动物的组织中富集。榆社盆地大型哺乳动物的全量和分层釉质样品的δ¹³C值显示从−13.3‰到1.4‰的宽大变化范围，平均值为−7.4‰ ± 3.5‰（n=294）。这一结果指示该地区650万年前的大型食草哺乳动物具有不同的食性，包括纯C₃类型、C₃–C₄混合类型和纯C₄类型。相反，小型哺乳动物的δ¹³C值变化范围从−11.9‰到−7.6‰，平均值为−9.7 ± 1.1‰（n=17），指示啮齿动物和鼠兔主要取食C₃植物。δ¹³C值在种内和种间的变化反映了它们的生境和消耗植被的变化。总的来说，马类比同时代其他动物，如牛科动物、犀牛、啮齿类和鹿类的食物中含有更高的C₄植物比例，说明马类占据草原等更开阔的生境，而鹿类、犀牛和啮齿类更趋向于取食C₃植物，反映出更加森林化的环境。碳同位素数据表明C₄草本植物自约650万年以来已是马类食物和区域生态环境中的重要组成部分，确认像非洲、南亚次大陆和美洲一样，“晚中新世C₄扩张”事件已在华北地区发生，支持全球性因素是晚中新世C₄扩张的主要驱动力。碳氧同位素数据的结合揭示华北地区气候更干与更暖状态的主要转变发生在约580、410、330和250万年前，而相对更潮湿与更寒冷的气候转变发生在约640、500、350万年前。在约580和250万年前的更干旱、更温暖气候转变与两次大规模的动物群转换事件耦合。在个别现代牙齿和一些化石牙齿中，同一牙齿内δ¹³C和δ¹⁸O 值呈负相关，表现出夏季风体系的特征性样式，证明该地区至少自早上新世以来已受到季风的强烈影响。这些数据也显示该地区C₄植物丰富度的波动在过去650万年期间响应于气候的变化，在更温暖与更干旱的时期C₄草本植物增加，相反，在更寒冷与更湿润的时期C₄植物的比例降低。 

此项研究得到中国自然科学基金重点项目和美国国家科学基金项目的共同资助。 

                                                                图1  榆社盆地景观（邓涛摄） 

图2  榆社盆地食草哺乳动物釉质样品的稳定碳同位素：(a)全量δ¹³C值；(b)平均δ¹³C值 （邓涛供图） 

图3  榆社盆地食草哺乳动物釉质样品的稳定氧同位素：(a)全量δ¹⁸O值；(b)平均δ¹⁸O值  （邓涛供图）