環(huán)球聚焦：對(duì)古代大滅絕的研究揭示了恐龍?jiān)诒┲姓碱I(lǐng)地球 而不是在溫暖的環(huán)境中

在三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)大滅絕期間，由于大規(guī)模的火山爆發(fā)而導(dǎo)致的大雪紛飛的冬季，在遠(yuǎn)處的熔巖流中，一只原始羽毛的翼龍帶走了一只哺乳動(dòng)物的受害者。一項(xiàng)新的研究說，恐龍之所以能夠生存下來，是因?yàn)樗鼈円呀?jīng)適應(yīng)了高緯度地區(qū)的冰凍條件。資料來源：拉里-費(fèi)爾德的繪畫

是什么導(dǎo)致了所謂的三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)大滅絕，以及為什么當(dāng)其他生物滅亡時(shí)，恐龍卻在蓬勃發(fā)展？

(資料圖)

我們知道，在滅絕之前的三疊紀(jì)時(shí)期，世界總體上是籠罩在炎熱和充滿水蒸汽環(huán)境下的，而在接下來的侏羅紀(jì)時(shí)期也有類似的條件，這開啟了恐龍的時(shí)代。然而，新的研究將愛好熱的恐龍的想法顛覆了。它提出了第一個(gè)物理證據(jù)，證明三疊紀(jì)的恐龍物種，在當(dāng)時(shí)是一個(gè)主要被歸入極地地區(qū)的小群體，經(jīng)常忍受那里的冰凍條件。

這些明顯的跡象是恐龍的腳印和奇怪的巖石碎片，而這些巖石碎片只可能是由冰沉積而成的。該研究的作者解釋說，在大滅絕期間，已經(jīng)發(fā)生在兩極的寒流蔓延到低緯度地區(qū)，殺死了冷血的爬行動(dòng)物。已經(jīng)適應(yīng)的恐龍?jiān)谶M(jìn)化瓶頸中幸存下來，并向外擴(kuò)散。剩下的就是古老的歷史了。

哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)站的地質(zhì)學(xué)家、該研究的主要作者保羅-奧爾森說："在三疊紀(jì)期間，恐龍一直存在，它們最終占據(jù)主導(dǎo)地位的關(guān)鍵是非常簡(jiǎn)單的。它們從根本上說是適應(yīng)寒冷的動(dòng)物。當(dāng)各地變冷時(shí)，它們已經(jīng)準(zhǔn)備好了，而其他動(dòng)物則沒有。"

這項(xiàng)研究基于最近在中國西北準(zhǔn)噶爾盆地偏遠(yuǎn)沙漠的挖掘，今天（2022年7月1日）發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

2.02億年前的盤古超級(jí)大陸，在三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)大滅絕前不久。在標(biāo)明的地區(qū)發(fā)現(xiàn)了早期恐龍的證據(jù)；大多數(shù)物種被限制在高緯度地區(qū)，而那些靠近熱帶地區(qū)的少數(shù)物種往往比較小。頂部的紅色區(qū)域是準(zhǔn)噶爾盆地，現(xiàn)在位于中國西北部。資料來源：Olsen等人，《科學(xué)進(jìn)展》，2022年

恐龍被認(rèn)為是在大約2.31億年前的三疊紀(jì)時(shí)期首次出現(xiàn)在溫帶南緯度地區(qū)，當(dāng)時(shí)地球上的大部分陸地被連接成一個(gè)巨大的大陸，地質(zhì)學(xué)家稱之為盤古大陸。他們?cè)诖蠹s2.14億年前就已經(jīng)到達(dá)了遙遠(yuǎn)的北方。直到2.02億年前的大滅絕，中間更廣闊的熱帶和亞熱帶地區(qū)被爬行動(dòng)物所支配，包括鱷魚的親屬和其他可怕的生物。

在三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)的大部分時(shí)間里，大氣中的二氧化碳濃度達(dá)到或超過2000ppm，是今天水平的五倍，因此溫度很高。當(dāng)時(shí)沒有極地冰蓋的證據(jù)，而且挖掘表明落葉林在極地地區(qū)生長(zhǎng)。然而，一些氣候模型表明，高緯度地區(qū)在某些時(shí)候是寒冷的；即使有那么多的二氧化碳，它們?cè)谝荒曛械拇蟛糠謺r(shí)間里也會(huì)得到很少的陽光，溫度至少會(huì)有季節(jié)性下降。但是直到現(xiàn)在，還沒有人提出任何物理證據(jù)來證明它們結(jié)冰了。

在三疊紀(jì)末，在一個(gè)可能是一百萬年的短暫地質(zhì)時(shí)期，地球上超過四分之三的陸地和海洋物種滅絕了，包括有殼生物、珊瑚和所有大型爬行動(dòng)物。一些生活在洞穴中的動(dòng)物，如海龜挺了過來，少數(shù)早期哺乳動(dòng)物也是如此。目前還不清楚到底發(fā)生了什么，但許多科學(xué)家將其與一系列大規(guī)模的火山爆發(fā)聯(lián)系起來，這些火山爆發(fā)可能持續(xù)了數(shù)百年之久。在這個(gè)時(shí)候，盤古大陸開始分裂，打開了現(xiàn)在的大西洋，并將現(xiàn)在的美洲與歐洲、非洲和亞洲分開。除其他外，火山爆發(fā)導(dǎo)致大氣中的二氧化碳急劇上升，超過其已經(jīng)很高的水平，在陸地上造成致命的溫度飆升，并使海水變得具有酸性，許多生物無法生存。

中國西北部準(zhǔn)噶爾盆地的一個(gè)頁巖懸崖，科學(xué)家在那里發(fā)現(xiàn)了在其他細(xì)粒沉積物中的冰蝕卵石。資料來源：Paul Olsen/Lamont-Doherty地球觀測(cè)站

這項(xiàng)新研究的作者引用了第三個(gè)因素。在火山爆發(fā)最猛烈的階段，它們會(huì)噴出硫磺氣溶膠，這些氣溶膠偏轉(zhuǎn)了大量的陽光，造成了反復(fù)的全球火山冬季，壓制了高溫室氣體水平。這些冬天可能已經(jīng)持續(xù)了十年或更長(zhǎng)時(shí)間；甚至熱帶地區(qū)也可能出現(xiàn)持續(xù)的冰凍狀況。科學(xué)家們說，這殺死了沒有隔熱的爬行動(dòng)物，但是適應(yīng)寒冷、皮膚、羽毛能隔熱的恐龍能夠堅(jiān)持下來。

研究人員的證據(jù)是：準(zhǔn)噶爾盆地的淺水古湖底的沉積物留下的細(xì)粒砂巖和粉砂巖形成的。這些沉積物形成于2.06億年前的晚三疊紀(jì)，經(jīng)歷了大滅絕及以后。當(dāng)時(shí)，在陸地重新排列之前，該盆地位于北緯71度左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于北極圈。作者和其他人發(fā)現(xiàn)的腳印表明，恐龍是沿著海岸線存在的。同時(shí)，在湖泊本身，研究人員在通常的細(xì)小沉積物中發(fā)現(xiàn)了豐富的卵石，直徑達(dá)1.5厘米左右。遠(yuǎn)離明顯的海岸線，這些卵石沒有理由出現(xiàn)在那里。對(duì)其存在的唯一合理解釋是：它們是冰蝕碎片（IRD）。

簡(jiǎn)而言之，IRD是當(dāng)冰塊在沿海陸地上形成并包含了底層巖石的碎片時(shí)產(chǎn)生的。在某些時(shí)候，冰變得不穩(wěn)定，并漂移到相鄰的水體中。當(dāng)它融化時(shí)，巖石下降到底部，與正常的細(xì)小沉積物混合。地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)廣泛地研究了海洋中的古代IRD，它是由冰川冰山輸送的，但很少在湖床中出現(xiàn)；準(zhǔn)噶爾盆地的發(fā)現(xiàn)為這一匱乏的記錄增添了證據(jù)。作者說，這些卵石可能是在冬季被撿到的，當(dāng)時(shí)湖水沿著卵石海岸線結(jié)冰。當(dāng)溫暖的天氣回來時(shí)，那塊冰塊帶著卵石的樣本漂浮起來，后來又把它們“丟棄”。

研究報(bào)告的共同作者、拉蒙特-多爾蒂的地質(zhì)學(xué)家丹尼斯-肯特說："這表明，這些地區(qū)經(jīng)常結(jié)冰，而恐龍做得很好。"

他們是如何做到的？自20世紀(jì)90年代以來，一直有證據(jù)表明，如果不是所有的非鳥類恐龍包括暴龍都有原始的羽毛。如果不是為了飛行，一些覆蓋物可能用于交配展示的目的，但研究人員說它們的主要目的是保溫。還有很好的證據(jù)表明，與冷血的爬行動(dòng)物不同，許多恐龍擁有溫血、高代謝的系統(tǒng)。這兩種品質(zhì)在寒冷的條件下對(duì)恐龍都有幫助。

肯特說："火山爆發(fā)期間的嚴(yán)冬可能給熱帶地區(qū)帶來了冰冷的溫度，這就是許多大型、裸體、沒有羽毛的脊椎動(dòng)物的滅絕似乎發(fā)生的地方。而我們優(yōu)秀的有羽毛的朋友在高緯度地區(qū)適應(yīng)了更冷的溫度，卻表現(xiàn)得很好。"

這些發(fā)現(xiàn)違背了對(duì)恐龍的傳統(tǒng)想象，但是一些著名的專家說他們相信。愛丁堡大學(xué)古生物學(xué)和進(jìn)化論教授斯蒂芬-布魯薩特說："有一種刻板印象，認(rèn)為恐龍總是生活在郁郁蔥蔥的熱帶叢林中，但是這項(xiàng)新的研究表明，高緯度地區(qū)在一年中的部分時(shí)間里會(huì)很冷，甚至被冰覆蓋。生活在高緯度地區(qū)的恐龍恰好已經(jīng)有了冬衣，[而]它們的許多三疊紀(jì)競(jìng)爭(zhēng)者已經(jīng)滅絕了。"

猶他州自然歷史博物館的古生物館長(zhǎng)、早期恐龍專家Randall Irmis對(duì)這一觀點(diǎn)表示同意。他說："這是來自高緯度地區(qū)的第一個(gè)詳細(xì)證據(jù)，是三疊紀(jì)最后1000萬年的第一個(gè)證據(jù)，也是真正冰雪條件的第一個(gè)證據(jù)。人們習(xí)慣于認(rèn)為這是一個(gè)整個(gè)地球都很炎熱和潮濕的時(shí)代，但事實(shí)并非如此。"

為了更好地了解這個(gè)時(shí)期，下一步是讓更多的研究人員在像準(zhǔn)噶爾盆地這樣的前極地地區(qū)尋找化石。"化石記錄非常糟糕，而且沒有人在勘探，這些巖石是灰色和黑色的，在這些地層中勘探[化石]要難得多。大多數(shù)古生物學(xué)家被吸引到晚侏羅紀(jì)，眾所周知，那里有許多大骨架可供利用。古北極地區(qū)基本上被忽略了"。