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Thick-boned fish reveals paleoclimate in Qaidam Basin

Sep 11, 2008     Email"> PrintText Size

H. wui gen. et sp. nov.

    With an altitude of 2,700 -- 3,200 meters above the sea level, the Qaidam at the northern edge of the Tibetan Plateau is the highest basin in China. As a result of the India-Asia plate collision, associated uplift of the Plateau and continuing aridification since the beginning of Late Cenozoic, the Basin is dotted with large number of salt lakes of different size and characterized with arid and aeolian landforms. Until recently, the evidence for the paleoclimate changes mostly came from evaporates and salinity-tolerant invertebrate fossils.

    Headed by Prof. ZHANG Miman (Meemann Chang) from the CAS Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP), a group of Chinese and U.S. scientists made a discovery on the fossilized remains of an unusual cyprinid fish from Pliocene lake deposits of the Qaidam Basin, providing convincing evidence for the enduring aridification in the region.

    The newly discovered fish, Hsianwenia wui, gen. et sp. nov., is named after Prof. WU Hsianwen (1900--1985), founder of China's freshwater fish research. What makes it unusual is that the extraordinary thick bones occupy almost entire body of the fish, apparently leaving little room for muscles and such a phenomenon is unknown among the extant fish species.

    Only one similar case is found in the fossil recordings. An almost identical condition occurs in the much smaller cyrinodontid Aphanius crassicaudus collected from evaporites exposed along the northern margins of the Mediterranean Sea during the Messinian desiccation period.

    Experts say although the two species, H. wui and A. crassicaudus, are of different age and from different environments, they share many features in common. Both occurred in similar strata rich in carbonates (CaCO3) and sulfates (CaSO4), indicating that the skeletal over-thickening was most likely formed through deposition of the oversaturated calcium.

    Researchers believe that this thickening apparently had little adverse influence on the life of the fish, and all individuals seem to have lived a relatively long, and normal, life even with the increasingly thickened skeleton. This might be due to the fact that the calcium in the water of the two areas where H. wui and A. crassicaudus lived was harmless to the fish and they can form a component of the bone.

    Analyses on modern lakes suggest that high salinity alone without a high concentration of calcium may not cause bone thickening in fish. Thus, the two species should be the only ones surviving such a harsh hydro-chemical setting. In addition, the fact that the two's bone got thicker when they grew older indicates that the bone thickness is attributed to environmental induction rather than to genetic reason. This unusually thick-boned fish was apparently an eyewitness to, or perhaps a victim of, the drying of Qaidam Basin. According to the researchers, the unique finding suggests that the fish not only witnessed the process of aridification on the Plateau, but provided a convincing link between the environmental changes on the Plateau and biological responses of its inhabitants.

    In particular, the scientists stress, the rise of Qinghai-Tibet Plateau brings in deep-going changes in Asian monsoon system and Asian & global climate changes. Consequently, it brings in changes to the evolution of the earth's hydrosphere and biosphere and this has been becoming a hot research spot in the circles of geologists worldwide in recent years.

    With the support of the National Natural Science Foundation of China and US National Science Foundation, the research made exploration beyond the traditional disciplines of paleontology, and made interdisciplinary studies by integrating phylogeny on fossilized and existing fishes and physiological phenomena with paleo-environment.

    At the same time, the paper presents a new case study when a lithosphere process in the earth research exerts its influence on a ground surface process and suggests some issues and problems worthy of further consideration in related disciplines.

    The work was recently reported by PNAS, Other major researchers are Dr. WANG Xiaoming with Natural History Museum of Los Angeles, Dr. Liu Huanzhang with the CAS Wuhan Institute of Hydrobiology and Dr. MIAO Desui with Natural History Museum & Biodiversity Research Center under University of Kansas.

    The authors also include: ZHAO Quanhong and Wu Guoxuan with Tongji University's State Key Laboratory for Marine Geology, Liu Juan and Li Qiang from IVPP and Sun Zhencheng with the School for Resources & Information under China Petroleum University (Beijing).

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