作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/6 15:06:43
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恐龙为何能躲过三叠纪末的生物大灭绝?

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恐龙嘴里叼着一个基干哺乳动物,背景是中央大西洋超级火成岩省在潘吉亚大陆赤道地区的喷发,赤道地区因火山冬天下起鹅毛大雪。(Larry Felder绘制)

三叠纪末(约2亿年前)生物大灭绝事件是地质历史上五大生物集群灭绝事件之一,但恐龙却幸运地避过了这一劫难,并称霸侏罗纪和白垩纪世界。

那么,造成三叠纪末陆地生物大灭绝的原因是什么?恐龙为什么能在这场天灾中得以生存,并于灾后迅速发展呢?

近年来,中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)与美国哥伦比亚大学等科研单位合作,不仅校正了准噶尔盆地的古纬度,还发现恐龙天生就有羽毛,恐龙的羽毛具有保温功能,这让恐龙可以适应极地寒冷的气候,躲过了三叠纪末火山冬天,并迅速占据侏罗纪生态主位。相关研究成果7月2日发表于《科学进展》(Science Advances)。

在“北极”发现恐龙脚印化石

据了解,晚三叠世(2.3亿~2亿年前)至早侏罗世早期是地球历史上典型的温室时期,大气二氧化碳浓度达到1000-6000ppm(1ppm=1/10-6),地球两极不存在冰川,森林覆盖一直到达当时的潘吉亚大陆南北两极。

论文作者之一、南京古生物所助理研究员房亚男告诉《中国科学报》:“此前的研究一直将新疆准噶尔盆地的古维度认定在北纬40度左右。”

在本次研究中,科研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)。

房亚男介绍:“我们首次在准噶尔盆地晚三叠世至早侏罗世深湖相泥岩中发现了冰筏沉积,其主要特征是砂粒或小砾石(0.1~15 mm)漂浮于泥岩(0.1~63μm)中。”

她进一步解释道,冰筏沉积可能是由于冬季靠岸湖水结冰时冻结湖底的砂砾,春季湖冰融化,一部分冰携带冻结的砂砾漂浮至湖中央,至完全融化后将其释放而沉积于深湖泥中;也有可能是冬季风将陆地上的砂砾吹至冰面,春季湖冰融化,砂砾落入深湖泥中。

准噶尔盆地冰筏沉积的发现指示,即使在两极无冰川的温室地球时期,极地也存在气温低于零度的季节性结冰。

房亚男告诉《中国科学报》:“特别巧合的是,在准噶尔盆地晚三叠世至早侏罗世湖沼相泥岩中,我们也发现了保存精美的恐龙脚印化石,这表明晚三叠世至早侏罗世恐龙生活于极地地区,并适应极地季节性的严寒气候。”

恐龙天生有羽毛,不怕冷

为什么恐龙能够抵御严寒存活下来呢?

在分类上,恐龙可以分为蜥臀目和鸟臀目,蜥臀目又分为兽脚类和蜥脚类。此前的化石记录显示,部分非鸟类的兽脚类恐龙的分支和两个基干类食草性的鸟臀目恐龙都具有羽毛。

论文通讯作者、南京古生物所研究员沙金庚介绍:“我们根据系统发育支架法推断,恐龙天生具有羽毛,但是这些羽毛明显不是用于飞翔的。此外,恐龙的羽毛结构和可以飞行的翼龙的羽毛结构相似,我们进而可以推断整个鸟跎类都天生具有羽毛。”

研究团队认为,这些原始的羽毛最可能的用途是用于恐龙的保温。

沙金庚说:“在三叠纪末,我们发现低纬度地区以食草和食肉性的拟鳄亚目(大型初龙)为主,缺少食草性的恐龙。”

研究团队认为,这一竞争结果可能与热带地区多变且不可预测的植物资源和动物新陈代谢的速率息息相关,具有高新陈代谢速率的食草性恐龙无法竞争过新陈代谢速率较低的食草性拟鳄亚目。

与之相对的是,在中、高纬度地区,食草性的拟鳄亚目明显少于食草性的恐龙。对此,沙金庚解释道,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,而没有羽毛保温的拟鳄亚目因无法抵御中、高纬度的冷冬而无法生存。

陆地生物大灭绝,恐龙称霸

此前的研究还发现,中央大西洋超级火成岩省的喷发是造成三叠纪末生物大灭绝事件的主要原因。由于超级火山喷发释放的大量二氧化碳导致的全球升温、海洋酸化和缺氧等一直被认为是造成海洋生物灭绝的原因,但是全球升温似乎无法解释陆地生物的响应。

沙金庚等人发现,全球升温应该会造成四足动物和植物向高纬度地区迁移,但实际上,高纬度地区的四足动物,特别是基干蜥脚类恐龙不仅在灭绝事件中存活下来,更在事件后迁移到低纬度地区,而热带地区的大型初龙型类,包括植龙和拟鳄亚目几乎全部灭绝。

在此基础上,研究团队认为,超级火山喷发首先造成的火山冬天,是陆地生物灭绝的首要因素。

什么是火山冬天?沙金庚解释道,火山冬天是指由于火山喷发释放的大量火山灰和气溶胶等阻挡日照辐射,从而造成地球表面温度骤降。火山冬天持续时间较短,一般为几年到几十年间,很难直接记录于沉积物中。

“数值模拟可以证明,三叠纪末中央大西洋超级火成岩省的喷发造成了严重的火山冬天。”沙金庚告诉《中国科学报》,火山冬天后一般是长时间尺度(Myr)的升温,这是由于火山喷发释放的大量二氧化碳等温室气体所致,所以升温的记录比较容易在沉积和化石记录中保存。

“如果是升温,陆地生物会由低纬度迁移至高纬度,然而三叠纪末生物大灭绝事件后,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恐龙灭绝了。”沙金庚表示,“在此基础上,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’。”

不难发现,三叠纪末的恐龙之所以能很幸运地存活下来,因其具有保温功能的羽毛早已适应极地严寒。

随后的研究发现,在三叠纪末生物大灭绝事件后,恐龙体积迅速增加,地理分布范围迅速扩张,比如,蜥脚类恐龙从晚三叠世的中、高纬度地区扩张到低纬度地区,鸟臀目恐龙首次出现,兽脚类恐龙的体积增加了近20%,恐龙总数量增加了近一倍。

从此,恐龙开启了长达1.3亿年的地球陆地霸主时代。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.abo6342

 
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