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探秘古海洋霸主的黑暗統治

發佈時間: 2017-05-11 09:38:49  |  來源: 《中國科學報》  |  作者: 晉楠  |  責任編輯: 科學頻道

魚龍研究復興令古生物學家欣喜

魚龍終於獲得了它們長久以來本應該獲得的關注。

  泰曼魚龍體長約9米,它們是侏羅紀早期的頂端掠食者。 Esther Van Hulsen製圖

Valentin Fischer一直都想研究化石,比如恐龍化石或是已滅絕的哺乳動物化石。然而,他在讀研究生期間,卻被安排給一堆被稱作“魚龍”的古代海洋爬行動物骨骼歸類,這種動物群體被大多數現代古生物學家忽視。這絕對不是他理想中的工作。

“我説‘魚龍嗎?如此枯燥。’”Fischer回憶説,“它們看起來全都一樣,都長著尖鼻子、大眼睛。”

儘管如此,Fischer仍然放下了自己的小情緒,負責任地開始梳理位於法國一個研究中心的化石。堆砌在塑膠瓶間的標本中有一件是一個魚龍頭骨,它在地下埋藏期間已經被螞蟻和樹根損壞了一部分。當Fischer清理乾淨頭骨後,他意識到那可能是科學上的一個新物種。

隨著發現越來越多,他逐漸著迷。現在比利時列日大學工作的Fischer和同事隨後描述了7種新魚龍,它們包括從金槍魚大小的長著細而鋒利牙齒的爬行動物,到逆戟鯨大小的長著類似劍魚的喙的動物。

Fischer由此成為席捲古生物學界的研究魚龍復興的專家之一。在被忽視了數十年之後,越來越多的研究人員開始聚焦這種爬行動物,它們是恐龍時代在海洋中生活了約1.5億年的頂級捕食者。

現在,這些重新燃起的興趣已經帶來了大量發現。在進入21世紀之前的兩百年來,研究人員已經鑒定出約80個魚龍物種及其近親。美國加州大學戴維斯分校脊椎動物古生物專家Ryosuke Motani説,在過去17年中,他們又給這個家族增加了20~30個成員,而且與這種動物有關的論文數量也日益增長。

“現在研究魚龍的人比我整個職業生涯中見過的都多。”紐約州立大學的 Judy Massare説,她從20世紀80年代開始研究魚龍。

始於“魚類”

當一種古怪的骨骼在19世紀初出現在英國西南部海濱沿線時,“恐龍”一詞尚未誕生。那些骨骼吸引了著名的化石獵人Mary Anning及其兄弟的注意,當時她還不到13歲。那些化石讓他們得到了23英鎊,這在當時是一筆可觀的收入,並由此啟發了關於魚龍的首篇科學論文。這篇論文由英國外科學家發表于1814年,當時文章錯誤地把這種動物稱為一種“魚類……但不屬於鯊魚目或鰩形目”。其他博物學家很快認識到那些是爬行動物的化石。

自然歷史上的權威人物也為這個物種稱奇。被譽為脊椎動物古生物學“之父”的法國人喬治·居維葉用“難以置信”描述它們,並用魚龍支撐他的理論——災難性的大規模滅絕曾襲擊地球。同時,英國地質學家Charles Lyell則認為,當地球氣候週而复始到一個有利階段時,魚龍就會重新出現。

隨後就到了發現大型陸地動物的時候,其中很多動物武裝著鋒利的牙齒。這些被稱為“恐龍”的物種很快捕獲了公眾和科學家的目光。Fischer回憶説,他們“把魚龍趕下榮耀的寶座”。那些海洋爬行動物的化石於是便堆積在博物館中無人研究,它們生前的故事也成為懸念。

近年來,魚龍研究的復興正在填補這一空白,特別是魚—蜥蜴起源。從陸地爬行動物到完全水棲動物的轉變發生了巨大的解剖學變化。它們的前肢縮小,後肢變大,形成適於航海的鰭狀肢。它們進化出了長時間屏氣的能力,甚至可長達20分鐘。很多動物進化出了巨大的眼睛—— 一些物種的眼睛比足球還大,從而可以在黑暗的深水環境中視物。

研究人員推測,這些巨大的變化發生在二疊紀末期抹去地球上80%海洋生物物種的大滅絕之前或之後。但直到最近幾年,他們才獲得一些化石解釋這一過渡。

繁榮滅絕

填補這一空白的一種早期生命形式是被Motani稱為“最奇怪的”早期魚龍的動物,他和同事在中國的一個石灰石採礦場發現了該動物。其頭部約有一枚橘子大小,軀幹包裹著極寬的骨骼,這使它獲得了“小頭剛體龍”的稱號。它可以追溯到距今2.48億年前,僅與二疊紀—三疊紀滅絕事件相差400萬年左右。而附近的另一個採石場則發現了大約處於相同時期的塌鼻子魚—蜥蜴(學名Cartorhynchus lenticarpus)。這種原始魚龍體長相當於一條虹鱒魚,可能通過像海龜一樣的大腳蹼在陸地上爬行。

這些早期動物並非魚形魚龍的直系祖先。但德國斯圖加特國家自然歷史博物館古生物學家Erin Maxwell説,它們對於“了解魚龍來自哪仍然向前邁進了一大步”。

Cartorhynchus適宜上陸的腳蹼讓Motani認為,它最近的祖先是陸地生物或至少是兩棲類生物。這將使其成為所有魚龍的陸地或兩棲類祖先的近親。其他研究人員也認為,中國化石為從陸地生物到海洋生物的過渡提供了一個珍貴的窗口。Brusatte 説,這些是“近期發現的一些最有趣的爬行動物化石”。

典型的魚龍長著長鼻子和彎曲的尾巴,這使其區別於它們的早期祖先。它們在三疊紀早期出現之後便迅速佔領了新環境。過去幾年的發現已經表明,大量魚—蜥蜴出現在Cartorhynchus出現的同時或不久之後。

在最初的繁榮之後,魚龍經歷了一些艱難時光。在三疊紀後期,很多物種死於一次或多次大規模滅絕,這些滅絕事件同樣導致陸地上和海洋中的很多物種滅亡。

此後,魚龍的故事變得有些複雜。古生物學家一直認為這個物種在侏羅紀大規模生物多樣性滅絕中受到重創,此後再也沒有恢復過來。化石記錄表明,只有少數外表和生活方式相似的物種突破了1.45億年前侏羅紀—白堊紀的界限。然後,整個魚龍群體在白堊紀逐漸滅絕,而恐龍則繁榮發展了3000萬年左右,直到一顆小行星撞擊地球導致其滅絕。而魚龍物種多樣性的缺失則可能阻礙了其與海洋中的鯊魚以及其他新出現的捕食者的競爭。

不過,最近幾年的發現已經讓整個故事再次成為疑問。新化石發現表明,有比此前認為的更多物種在白堊紀迎來了繁榮。這些物種有著比研究人員認為的更加多樣化的身體特徵和食物來源。

探究緣由

魚龍的名聲高漲在很大程度上是因為Fischer的工作。在短短10年內,Fischer的團隊和其他團隊就報告了至少9個新物種。

Fischer和同事推測,已知魚龍物種的數量在白堊紀早期與侏羅紀部分時期一樣多。結果表明,一種叫作parvipelvians的魚形爬行動物是魚龍中唯一跨越三疊紀進入白堊紀的物種,它們在白堊紀早期比歷史上其他時間有著更加多樣化的身體形狀。“白堊紀時期魚龍的多樣性比我們此前認為的甚至更高。”Fischer的共同作者、英國南安普敦大學脊椎動物古生物學家Darren Naish説。他將其稱作“白堊紀魚龍革命”。

根據Fischer的分析,隨後有一兩記連環重擊給魚龍帶來打擊。大量物種在約1億年前滅絕,僅有少數倖存者追隨其血緣親屬生存了500萬年到600萬年。為了了解其原因,Fischer探究了環境因素。他注意到氣候和滅絕之間的關聯性:特定時間內溫度波動幅度越大,魚龍物種死亡的就越多。

其他科學家贊成氣候干擾可能對動物滅亡起到了一定作用。Maxwell説,氣候變化“到目前為止是所提出的假設中更有可能性的。它符合我們了解的今天的大型捕食者的滅絕風險”。

白堊紀中期對於海洋來説也是一段艱難的時間。隨著海平面升高、海洋氧氣水準降低,魚龍大量死亡。很多其他海洋物種如菊石在同一時期也迅速減少。Fischer説,魚龍可能“僅反映了某個重要事件的一個小方面”。他正在了解白堊紀時期的其他海洋捕食者是否也遵循了類似魚龍的生存模式。

現在,Fischer的推測結果並未普遍被接受。例如,Motani認為Fischer設想的場景是可能的,但他對Fischer 用來追溯魚龍滅絕事件的統計方法存在質疑。隨著科學家設法了解導致魚龍物種神秘滅絕的力量,關於魚龍末日的爭論將會一直存在。

這一領域標誌性的新爭論和競爭並未擾亂Motani的心緒。他一點也不希望回到最初因為魚龍研究者寥寥無幾而導致期刊同行評議存在困難的孤軍奮戰的日子。相反,他非常高興更多科學家在競相研究這種他認為“優雅和優雅的適應”的物種。對於Motani和其他人來説,魚龍終於獲得了它們長久以來本應該獲得的關注 。(晉楠編譯)

文章來源: 《中國科學報》
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