恐龙为何躲过三叠纪末生物大灭绝?答案找到了

科技日报记者 张晔

在地球漫长的地质历史上,曾发生过5次生物大灭绝事件,大约在2亿年前的三叠纪末,一场突如其来的灾难导致了大量陆地生物灭绝。

但是,恐龙却幸运地躲过了这一劫,并成功“上位”,在随后的侏罗纪和白垩纪称霸世界。

那么,是什么造成三叠纪末陆地生物大灭绝?恐龙为什么能在生物灭绝的天灾中得以生存,并于灾后迅速发展?

7月2日,中国科学院南京地质古生物研究所沙金庚研究员、房亚男博士与美国学者合作,在国际知名刊物《科学进展》在线发表的一项最新研究成果表明,火山冬天是导致三叠纪末陆地生物大灭绝的主要原因;并首次揭示具有保温功能的羽毛和早已适应于极地寒冷的气候是恐龙躲过三叠纪末火山冬天并迅速“上位”的原因。

耐人寻味的三叠纪生物演化

三叠纪是中生代的第一个纪,始于距今2.52亿年,结束于2.01亿年前,延续了约5100万年。

在三叠纪之前的二叠纪,地球刚刚上演了一场惨烈的生命挽歌,二叠纪末的生物大灭绝被称为地球历史上最大的灭绝事件,生命之树一蹶不振,到了早三叠世,残存的少量生物用了数百万年,才将地球环境恢复到适宜大多数生物居住的状态。

然而,生命的顽强超出想象。在经历二叠纪末大灭绝之后的复苏和演化,三叠纪的生物呈现出一派繁盛景象,爬行动物和裸子植物空前壮大,特别值得注意的是,与古生代动物奇怪的面貌相比,三叠纪的爬行动物更趋向现代生物的模样。

比如,槽齿类、恐龙类、似哺乳爬行类动物在三叠纪迅猛崛起。到三叠纪晚期,恐龙已经是种类繁多的一个类群了,在生态系统中占据了重要地位,三叠纪也因此被称为“恐龙时代的黎明”。但是,那时的恐龙还比较弱小,远远没有达到称王称霸的地位。

虽然三叠纪的动植物为修复地球生态、促进生命演化付出了巨大的努力,但是大自然还是无情地把它们踩在脚下:大约在2亿年前的三叠纪末,地球盘古泛大陆解体,环境的剧变造成新一轮生物大灭绝。

虽然三叠纪末生物大灭绝的影响是5次大灭绝中最弱的,但还是有大量的海洋、陆地生物灭绝,比如海洋中的双壳类、腕足类、菊石、珊瑚、放射虫、介形类、有孔虫等,陆地上大多数非恐龙类的古蜥目、兽孔目爬行动物和一些大型两栖动物也都灭绝了。

但这次灭绝事件也赋予三叠纪特殊的意义,即三叠纪是各个纪中唯一经历了从灾难中走出来,大踏步地推进生命演化后,再次遭遇生物大灭绝的一个时代。它对中生代生物发展,尤其是开创恐龙的鼎盛时代有着深远的影响。

三叠纪大灭绝的罪魁祸首是谁

对三叠纪末生物大灭绝事件的成因历来有多种解释,近年来,探究者越来越将目光锁定在火山喷发上。

支持火山喷发假说的科学家认为,在中生代早期,由于盘古泛大陆的解体,引发强烈的火山活动,致使大气二氧化碳浓度升高,造成温室效应。

前人的研究表明,当时的大气二氧化碳浓度达到1000-6000ppm,地球两极不存在冰川,森林覆盖一直到达潘吉亚大陆的南北两极。

不过,中国科学院南京地质古生物研究所沙金庚研究员、房亚男博士,美国哥伦比亚大学Paul Olsen教授等人却对火山喷发后地球环境的变化有不同看法。

他们对我国新疆准噶尔盆地郝家沟剖面陆相晚三叠世至早侏罗世地层进行了高分辨率的测量和研究。

研究团队重新校正了准噶尔盆地的古纬度,认为其晚三叠世至早侏罗世位于潘吉亚大陆的北极地区(约北纬71度)。在野外考察中,他们首次在准噶尔盆地晚三叠世至早侏罗世湖沼相泥岩中,发现了保存精美的恐龙脚印化石。

沙金庚告诉记者,在晚三叠世,食草性的恐龙主要分布于中、高纬度地区;低纬度地区则以非恐龙类和非初龙类的初龙型类为主。而三叠纪末生物大灭绝事件之后,恐龙迅速扩散至全球;原本霸占低纬度地区的其他初龙型类动物则灭亡了。

传统的观点认为三叠纪末陆地生物大灭绝是由于火山喷发释放的大量二氧化碳导致的全球升温造成的,但是陆地生物在灭绝事件后的响应似乎否定了这一观点。

研究团队推测认为,超级火山喷发首先带来了火山冬天。火山冬天是指火山喷发释放的大量的火山灰和气溶胶,阻挡日照辐射而造成的地球表面温度骤降。

虽然火山冬天持续时间较短,只有几年到几十年,随后就开启温室效应,但并不妨碍火山冬天成为“杀死”多数陆地生物的首要因素。

“如果是升温,陆地生物会由低纬度迁移至高纬度,但实际上,陆地四足动物包括恐龙却由高纬度迁移至低纬度,原本低纬度地区的拟鳄类灭绝了,因此我们推断是火山冬天的‘冷’造成了陆地生物大灭绝,而非传统观点认为的‘热’。 ”沙金庚说。

恐龙为何在灾难中幸存

在三叠纪末生物大灭绝中,恐龙就像是天选之子,它不仅为自己奠定了一统天下的霸业,而且盘活了整个生态系统的死棋,仿佛地球上一切的苦难都是为它称霸而做的铺垫。

巧合的是,研究团队在准噶尔盆地晚三叠世至早侏罗世的层位中,同时发现了恐龙脚印和冰筏沉积。

冰筏沉积就是砂粒或小砾石(直径0.1-15 毫米)漂浮于泥岩中。房亚男对于冰筏沉积有2种推测:一是由于冬季岸边湖水结冰时也冻结了水下的砂砾,待到春暖花开时,一部分冰块像竹筏一样,把冻结的砂砾运送到湖中央,融化后沉积在泥沼中;另一种可能是,冬季大风将陆地上的砂砾吹至冰面,春季湖冰融化,砂砾落入湖底。

“这就说明,即使在两极无冰川的温室地球时期,极地也存在季节性的结冰(零下)。”房亚男说。

恐龙脚印和冰筏沉积在极地地区出现,意味着恐龙非常适应极地季节性的严寒气候,而这就是它们挺过火山冬天的“内功”。

同时,这些恐龙还有“外装”加持。

“部分非鸟类兽脚类恐龙的分支和两个基干类食草性的鸟臀目恐龙都发现羽毛化石的证据。根据系统发育支架法,我们推断恐龙天生具有羽毛,这些羽毛极有可能是用于保温的。”房亚男说,虽然目前发现的大型蜥脚类成年恐龙没有羽毛,但有可能出生时带着羽毛,长大后羽毛退掉了,就像非洲成年大象没有毛,但是小象是带毛的。

具有保温功能的原始羽毛,确保了食草性恐龙能够抵御中高纬度的冷冬,进而独享中高纬度丰富且稳定的植物资源。

而大部分没有羽毛保温的其他初龙型类动物则灭绝于火山冬天,仅少数体积比较小的一些种类靠躲避在洞穴中而躲过了灾难。

总而言之,三叠纪末大灭绝导致了大量动植物灭绝,但不经意间却为恐龙这支新崛起的爬行类新军,打开了走向独霸地球的大门,最终,恐龙加冕为王,一跃成为食物链顶端生物,而且这个位置一坐就是1.4亿年。

来源:科技日报

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