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探秘古海洋霸主的黑暗统治

发布时间: 2017-05-11 09:38:49  |  来源: 《中国科学报》  |  作者: 晋楠  |  责任编辑: 科学频道

鱼龙研究复兴令古生物学家欣喜

鱼龙终于获得了它们长久以来本应该获得的关注。

  泰曼鱼龙体长约9米,它们是侏罗纪早期的顶端掠食者。 Esther Van Hulsen制图

Valentin Fischer一直都想研究化石,比如恐龙化石或是已灭绝的哺乳动物化石。然而,他在读研究生期间,却被安排给一堆被称作“鱼龙”的古代海洋爬行动物骨骼归类,这种动物群体被大多数现代古生物学家忽视。这绝对不是他理想中的工作。

“我说‘鱼龙吗?如此枯燥。’”Fischer回忆说,“它们看起来全都一样,都长着尖鼻子、大眼睛。”

尽管如此,Fischer仍然放下了自己的小情绪,负责任地开始梳理位于法国一个研究中心的化石。堆砌在塑料瓶间的标本中有一件是一个鱼龙头骨,它在地下埋藏期间已经被蚂蚁和树根损坏了一部分。当Fischer清理干净头骨后,他意识到那可能是科学上的一个新物种。

随着发现越来越多,他逐渐着迷。现在比利时列日大学工作的Fischer和同事随后描述了7种新鱼龙,它们包括从金枪鱼大小的长着细而锋利牙齿的爬行动物,到逆戟鲸大小的长着类似剑鱼的喙的动物。

Fischer由此成为席卷古生物学界的研究鱼龙复兴的专家之一。在被忽视了数十年之后,越来越多的研究人员开始聚焦这种爬行动物,它们是恐龙时代在海洋中生活了约1.5亿年的顶级捕食者。

现在,这些重新燃起的兴趣已经带来了大量发现。在进入21世纪之前的两百年来,研究人员已经鉴定出约80个鱼龙物种及其近亲。美国加州大学戴维斯分校脊椎动物古生物专家Ryosuke Motani说,在过去17年中,他们又给这个家族增加了20~30个成员,而且与这种动物有关的论文数量也日益增长。

“现在研究鱼龙的人比我整个职业生涯中见过的都多。”纽约州立大学的 Judy Massare说,她从20世纪80年代开始研究鱼龙。

始于“鱼类”

当一种古怪的骨骼在19世纪初出现在英国西南部海滨沿线时,“恐龙”一词尚未诞生。那些骨骼吸引了著名的化石猎人Mary Anning及其兄弟的注意,当时她还不到13岁。那些化石让他们得到了23英镑,这在当时是一笔可观的收入,并由此启发了关于鱼龙的首篇科学论文。这篇论文由英国外科学家发表于1814年,当时文章错误地把这种动物称为一种“鱼类……但不属于鲨鱼目或鳐形目”。其他博物学家很快认识到那些是爬行动物的化石。

自然历史上的权威人物也为这个物种称奇。被誉为脊椎动物古生物学“之父”的法国人乔治·居维叶用“难以置信”描述它们,并用鱼龙支撑他的理论——灾难性的大规模灭绝曾袭击地球。同时,英国地质学家Charles Lyell则认为,当地球气候周而复始到一个有利阶段时,鱼龙就会重新出现。

随后就到了发现大型陆地动物的时候,其中很多动物武装着锋利的牙齿。这些被称为“恐龙”的物种很快捕获了公众和科学家的目光。Fischer回忆说,他们“把鱼龙赶下荣耀的宝座”。那些海洋爬行动物的化石于是便堆积在博物馆中无人研究,它们生前的故事也成为悬念。

近年来,鱼龙研究的复兴正在填补这一空白,特别是鱼—蜥蜴起源。从陆地爬行动物到完全水栖动物的转变发生了巨大的解剖学变化。它们的前肢缩小,后肢变大,形成适于航海的鳍状肢。它们进化出了长时间屏气的能力,甚至可长达20分钟。很多动物进化出了巨大的眼睛—— 一些物种的眼睛比足球还大,从而可以在黑暗的深水环境中视物。

研究人员推测,这些巨大的变化发生在二叠纪末期抹去地球上80%海洋生物物种的大灭绝之前或之后。但直到最近几年,他们才获得一些化石解释这一过渡。

繁荣灭绝

填补这一空白的一种早期生命形式是被Motani称为“最奇怪的”早期鱼龙的动物,他和同事在中国的一个石灰石采矿场发现了该动物。其头部约有一枚橘子大小,躯干包裹着极宽的骨骼,这使它获得了“小头刚体龙”的称号。它可以追溯到距今2.48亿年前,仅与二叠纪—三叠纪灭绝事件相差400万年左右。而附近的另一个采石场则发现了大约处于相同时期的塌鼻子鱼—蜥蜴(学名Cartorhynchus lenticarpus)。这种原始鱼龙体长相当于一条虹鳟鱼,可能通过像海龟一样的大脚蹼在陆地上爬行。

这些早期动物并非鱼形鱼龙的直系祖先。但德国斯图加特国家自然历史博物馆古生物学家Erin Maxwell说,它们对于“了解鱼龙来自哪里仍然向前迈进了一大步”。

Cartorhynchus适宜上陆的脚蹼让Motani认为,它最近的祖先是陆地生物或至少是两栖类生物。这将使其成为所有鱼龙的陆地或两栖类祖先的近亲。其他研究人员也认为,中国化石为从陆地生物到海洋生物的过渡提供了一个珍贵的窗口。Brusatte 说,这些是“近期发现的一些最有趣的爬行动物化石”。

典型的鱼龙长着长鼻子和弯曲的尾巴,这使其区别于它们的早期祖先。它们在三叠纪早期出现之后便迅速占领了新环境。过去几年的发现已经表明,大量鱼—蜥蜴出现在Cartorhynchus出现的同时或不久之后。

在最初的繁荣之后,鱼龙经历了一些艰难时光。在三叠纪后期,很多物种死于一次或多次大规模灭绝,这些灭绝事件同样导致陆地上和海洋中的很多物种灭亡。

此后,鱼龙的故事变得有些复杂。古生物学家一直认为这个物种在侏罗纪大规模生物多样性灭绝中受到重创,此后再也没有恢复过来。化石记录表明,只有少数外表和生活方式相似的物种突破了1.45亿年前侏罗纪—白垩纪的界限。然后,整个鱼龙群体在白垩纪逐渐灭绝,而恐龙则繁荣发展了3000万年左右,直到一颗小行星撞击地球导致其灭绝。而鱼龙物种多样性的缺失则可能阻碍了其与海洋中的鲨鱼以及其他新出现的捕食者的竞争。

不过,最近几年的发现已经让整个故事再次成为疑问。新化石发现表明,有比此前认为的更多物种在白垩纪迎来了繁荣。这些物种有着比研究人员认为的更加多样化的身体特征和食物来源。

探究缘由

鱼龙的名声高涨在很大程度上是因为Fischer的工作。在短短10年内,Fischer的团队和其他团队就报告了至少9个新物种。

Fischer和同事推测,已知鱼龙物种的数量在白垩纪早期与侏罗纪部分时期一样多。结果表明,一种叫作parvipelvians的鱼形爬行动物是鱼龙中唯一跨越三叠纪进入白垩纪的物种,它们在白垩纪早期比历史上其他时间有着更加多样化的身体形状。“白垩纪时期鱼龙的多样性比我们此前认为的甚至更高。”Fischer的共同作者、英国南安普敦大学脊椎动物古生物学家Darren Naish说。他将其称作“白垩纪鱼龙革命”。

根据Fischer的分析,随后有一两记连环重击给鱼龙带来打击。大量物种在约1亿年前灭绝,仅有少数幸存者追随其血缘亲属生存了500万年到600万年。为了了解其原因,Fischer探究了环境因素。他注意到气候和灭绝之间的关联性:特定时间内温度波动幅度越大,鱼龙物种死亡的就越多。

其他科学家赞成气候干扰可能对动物灭亡起到了一定作用。Maxwell说,气候变化“到目前为止是所提出的假设中更有可能性的。它符合我们了解的今天的大型捕食者的灭绝风险”。

白垩纪中期对于海洋来说也是一段艰难的时间。随着海平面升高、海洋氧气水平降低,鱼龙大量死亡。很多其他海洋物种如菊石在同一时期也迅速减少。Fischer说,鱼龙可能“仅反映了某个重要事件的一个小方面”。他正在了解白垩纪时期的其他海洋捕食者是否也遵循了类似鱼龙的生存模式。

现在,Fischer的推测结果并未普遍被接受。例如,Motani认为Fischer设想的场景是可能的,但他对Fischer 用来追溯鱼龙灭绝事件的统计方法存在质疑。随着科学家设法了解导致鱼龙物种神秘灭绝的力量,关于鱼龙末日的争论将会一直存在。

这一领域标志性的新争论和竞争并未扰乱Motani的心绪。他一点也不希望回到最初因为鱼龙研究者寥寥无几而导致期刊同行评议存在困难的孤军奋战的日子。相反,他非常高兴更多科学家在竞相研究这种他认为“优雅和优雅的适应”的物种。对于Motani和其他人来说,鱼龙终于获得了它们长久以来本应该获得的关注 。(晋楠编译)

文章来源: 《中国科学报》
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