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用AI给化石“算命”，发现长这样的动物最容易灭绝
使用AI技术对古生物化石“算命”可以为未来开展深度学习与地球生物学的交叉研究提供了更多思路与可能。说到算命，大家第一反应很可能是在路边摆个小摊、立个牌子，声称看一眼手相就能知道事业运势的算命先生。迷信活动自然绝不可相信，但当算命这个词出现在古生物学家的世界里，它可以有一个“高大上”的解释：通过对已知信息的归纳分析，推测生命形态演变过程。是的，古生物学家能通过动物的长相，“算”出它们在灭绝中的命运。↑ 巨大的恐龙和渺小的中生代哺乳动物哪个更容易在大灭绝中存活下来？（图片来源：Wikipedia）生存还是毁灭，与“长相”脱不了干系？在地球的历史上，曾发生过五次大规模生物灭绝事件，其中最著名的可能是发生在白垩纪末的“小行星撞击地球”。众所周知，高大威猛的恐龙们就是在这次事件中全部灭绝的，但那些体型较为矮小的哺乳动物则幸存了下来，其中的一个物种最终演化为我们人类。实际上，这也说明了在白垩纪末的这次灭绝中，动物的形态与它们是否面临灭绝很可能有强烈的关联。这也很好理解，毕竟体型大的动物往往需要更多的食物来维持生命，因此在灭绝事件中更容易因饥饿而死亡。然而，并不是每一次灭绝事件都有着这样的规律。发生在距今约2.52亿年的二叠纪末大灭绝，可以说是历史上最严重的一次大灭绝事件，被称为“大灭绝之母”。它导致高达96%的海中生物消失，其中就包括鼎鼎有名的三叶虫和板足鲎。↑ 二叠纪末的大灭绝是历史上最严重的大灭绝，知名的三叶虫就在这次灭绝中消失了。（图片来源：Wikipedia）这次灭绝事件历时很长，其中渐进期持续了约数百万年，而高峰期在最后的100万年发生。有些动物在渐进期灭亡，而更多的则在高峰期灭绝，如小型的甲壳动物和介形纲（Ostracoda），与大型的、固着不动的滤食性腕足动物（Brachiopoda）的大规模灭绝，先后相差了72万年到122万年。但在这次灭绝事件中，动物形态与灭绝的相关性却不太明确。首先，这次灭绝事件规模较大，无论形态如何的动物都几乎全部灭绝了，只有少量种类成功渡过了此次危机。再加上不同种类动物灭绝的原因和时间均不一致，因此我们无法简单推断形态与灭绝的相关性。所以，在以往的研究中，科学家对此次灭绝事件是否对动物的形态有选择，一直没有确切的答案。AI“算命”？听着离谱，但很靠谱除了灭绝事件本身的复杂性，技术上的局限也使科学家难以对二叠纪末灭绝进行深入的研究。在过去，科学家需要手动根据化石的形态来分析其与灭绝的关系。首先，他们要对比化石及化石图片，从而找到那些在灭绝发生前后形态相同的古生物（如带尖的、带刺的、光滑的、壳细扁的、壳宽圆的）。之后，他们将对这些古生物进行归类，观察在灭绝事件前后，这些相同形态的动物所占比例是否有改变。在这些过程中，研究往往受到包括研究对象和研究方法在内的多种因素的影响，结果往往比较主观，也难以重复。例如，一项使用传统形态描述方法的研究表明，在灭绝事件期间，菊石（一种鹦鹉螺的古生物远亲）的形态差异几乎没有减少，说明灭绝事件没有形态选择性。然而，人们使用综合离散特征分析方法研究后发现，菊石在灭绝事件中形态多样性显著减少，这一结果支持了灭绝事件有形态选择性的结论，与传统形态描述方法的结果相反。那么，到底哪种方法才是“靠谱”的呢？我们知道，只有足够多的样本量才能支撑我们得出更为准确的结论，而更为准确的分析方法也是十分必要的。因此，近年来兴起的AI技术无疑是完成这类大数据分析的最优解。最近，中国地质大学(武汉)地球科学学院宋海军教授开发了一种名为DeepMorph的自动化方法，这一方法能够将AI技术的深度学习模型与几何形态测量相结合，从而在化石图像中提取形态特征，揭示了海洋生物的不同“长相”如何决定了它们在二叠纪-三叠纪大灭绝事件中的命运。相关成果成果刊发在《自然-生态与进化》（Nature Ecology & Evolution）杂志上。具体来说，这一方法能够自动分析化石标本的轮廓，有效捕捉化石的形态，并将其简化为二维平面图形，从而将各种形态类型明显区分开来，再通过多次抽样重复这个过程。显然，这一方法不仅加快了形态数据的提取过程，还减少了人为的主观性，使得研究结果更加可重复和客观。另外，宋海军教授团队还汇编了一个全面的数据库，其中包含二叠纪末大灭绝中6个得到广泛记录的海洋古生物大类的化石标本图像，包含鹦鹉螺的古生物近亲菊石类，长有双壳、滤食的腕足动物，两片甲壳包着肉的“虾饺”介形类，双壳类（蛤类）和腹足类（螺类），以及长着尖牙利齿的脊椎动物牙形类。这一数据库包括了灭绝事件前和灭绝事件后的656幅图像，代表了599个属；时间上，从距今254.14百万年前一直到250.7百万年前，横跨二叠纪晚期的长兴期至三叠纪早期的印支期。充足的数据也为AI的深度学习提供了强有力的大数据支持。↑ a：DeepMorph的工作原理：将收集的模式标本图像通过U2-Net模型分割转换为二进制格式，随后提取化石轮廓与形态特征，纳入数据库中。b：将形态转化为多元正态分布数据；c：使用多元正态分布数据进行选择性灭绝模拟，最终生成Selective pattern的灭绝模式图。（图片来源：参考文献1）面对灭绝，哪种长相的动物最“命硬”？DeepMorph对数据的分析过程与离散特征分析较为相似，主要用以下三个分析手段来推测灭绝事件对形态的选择性：1.范围总和。（SOR，数据所占的所有范围，以形态最特别的确定；如外壳最光滑的为0，最粗糙的为10，范围即为0-10）2.方差总和。（SOV，每个数据与平均值的方差之和，表示数据多样性大小）3.质心位置。（POC，数据的中位数）研究发现，对于不同类群的动物，“长相”与命运的关系并不相同。先从菊石说起，菊石的灭绝称为形态上的不对称选择性灭绝。具体而言，就是那些壳的结构复杂、且带有装饰性强的结构的种类大都灭绝了，而那些结构相对简单的种类（如齿菊石目Ceratitida、前碟菊石目Prolecanitida）则幸存下来。此外，这些幸存的种类迅速演化出了许多新生的类型。而观察这些新生类型后发现，它们大体保留了光滑的特性，说明菊石的这种光滑的“样貌”与它们是否灭绝是具有强烈的相关性的。↑ 晚二叠世长兴期（橙色）、过渡层（灰色）、早三叠世印度期（蓝色）各种动物的形态分布范围（范围总和）。菊⽯为（a）、腕足类为（b）、介形⾍为（c）、双壳类为（d）、腹足类为（e），牙形刺为（f），可见不同的灭绝模式。（图片来源：参考文献1）而对于腕足动物来说，属一级的丰富度下降了96.65%，说明绝大部分腕足类都在此期间灭绝。它们之所以受灾严重，主要是由于它们厚重的壳需要大量碳酸钙，而海洋酸化严重阻碍了钙质壳的形成，因而贝壳复杂、厚实且具有装饰的种类几乎全部灭绝。它们的幸存者和新出现者大多来自形态更简单的石燕贝类Spiriferid和小嘴贝类Rhynchonellid，这些动物的的体型较小，纹饰简化，贝壳半透明，减少了钙质的使用，而介形虫主要灭绝的类群是带有最细长和最粗短的贝壳的特化类群。这两个类群都表现出边缘性选择性灭绝，灭绝像“枪打出头鸟”一样，将最特化的类群清除。与二叠纪更为多样化的形态相比，三叠纪的腕足类和介形类保持了大致的平均形态，最普通者得以幸存下来。↑ 现存的小嘴贝类Terebratalia transversa，有着较薄的半透明壳。（图片来源：Wikipedia)↑ 现存的介形虫，就像一只包裹在两瓣甲壳中的虾，它们数量众多的甲壳是地层中的重要化石。（图片来源：Canada's Polar Life）而我们熟悉的腹足类和双壳类（即螺类和双壳贝类），灭绝则与形态没有确切的关系。强大的适应能力使它们平安度过了历次大灭绝，并且它们的所有主要形态类型都幸存了下来。每个饲养或观察过螺类和蛤类的人，应该都会对它们强大的生存能力感到震惊：无论是浑浊、过热还是缺氧的条件，螺和蛤类都能在其中生活，即使没有食物，它们也能依赖自身储备和缸壁生长的藻类维持生命。这也是它们得以在历次大灭绝事件中存活的原因之一。↑ 来自俄亥俄州沃伦县的奥陶系Fairview组Ambonychia ulrichi化石，约4亿年前，属于翼形亚纲，已与现代扇贝有相似性。（图片来源：sketchfab） ↑ 古生代的腹足类（螺类）化石，与现在的螺类也很相似。（图片来源：参考文献2）而与其他演化支不同，灭绝事件对牙形石的形态多样性几乎没有影响。相反，在第一次灭绝脉冲之后，它们的形态空间不减反增，表明其在灭绝事件期间仍如鱼得水，甚至更为繁盛，以至于发展出了各样不同的新形态，而鱼类也与其类似。这可能与它们的竞争者（如同样肉食的菊石、鹦鹉螺等）数量减少有关。↑ 二叠纪-三叠纪大灭绝期间六个分支的灭绝者、幸存者和新出现者的形态变化。黄色为新出现者，红色为灭绝者，绿色为幸存者。（图片来源：参考文献1）↑ 四种不同的选择性灭绝模式，红线代表灭绝事件。a，横向选择性灭绝，如菊石；b，边缘选择性灭绝，包括腕足类和介形虫；c，非选择性灭绝，包括双壳类和腹足类；d，牙形刺可忽略不计的形态灭绝。（图片来源：参考文献1）都灭绝了，给它们“算命”还有啥意义？在历史上，五次大灭绝的发生原因各不相同，诸如火山爆发、气候变化、行星撞击等。因此，每次灭绝事件对环境的影响不同，受其影响而灭绝的生物也各不相同。例如，菊石依靠耐低氧的能力渡过了多次大灭绝，但在白垩纪末严重的海洋酸化中，因为钙质壳无法形成而最终灭绝；牙形石在最为严重的二叠纪末大灭绝中受影响不大，但在程度较弱的三叠纪末大灭绝中却未能幸存。↑ 牙形类奥泽克刺Ozarkodina的复原图，牙形类是一类无颌类脊椎动物，长的像一条小鱼，它们口部的牙齿一样的结构变成化石，称为牙形石或者牙形刺。它们成功渡过了二叠纪末的大灭绝，但却在三叠纪末规模较小的灭绝事件中灭绝了。（图片来源：作者绘制）而人类活动对地球造成的诸多环境问题，可能将造成新一轮的灭绝浪潮。自人类文明诞生以来，物种灭绝的速度约是人类出现前平均灭绝速度的100倍。极端高温、酸雨、林木和栖息地破坏、生物入侵和环境污染……这些人类活动造成的环境问题已使83%的野生动物灭绝。那么，在人类干扰如此严重的情况下，哪些物种、哪些类群、哪些生态系统更容易灭绝？宋海军教授表示，在AI的帮助下，通过分析化石记录中的形态多样性变化，可以更好地预测和应对当前生物多样性面临的威胁。例如，地理分布范围很广的分类群（如鸟类），可以在偶然的栖息地破坏中得以幸存，然而，全球环境一旦同时改变，它们便会陷入危险境地。而一些生存能力强但分布狭窄的类（如洞穴鱼类和螺类）也许可以抵抗大环境的变化，但它们的栖息地一旦被破坏，它们也会随之灭亡。↑ 2019年1月9日,已知世上最后一只金顶小玛瑙螺Achatinella apexfulva “乔治”逝世，终年14岁。这些蜗牛只分布于夏威夷，它们在过去很丰富，但却因为食肉动物的入侵濒临灭绝或已经灭绝。（图片来源：Wikipedia）通过对过往灭绝生物的研究，我们可以以史为鉴，揭示灭绝机制并预测生物物种的灭绝风险，寻找到在当前环境下生存能力较差的类群，并对其进行保护；此外，使用AI技术对古生物化石“算命”，也可以作为新研究方法的一个起点，为未来开展深度学习与地球生物学的交叉研究提供了更多思路与可能。参考文献：[1] Liu X, Song H, Chu D, et al. Heterogeneous selectivity and morphological evolution of marine clades during the Permian–Triassic mass extinction[J]. Nature Ecology & Evolution, 2024: 1-11.[2] Frýda J, Nützel A, Wagner P J. Paleozoic gastropoda[J]. Phylogeny and Evolution of the Mollusca, 2008: 239-270.[3] Ciampaglio, C. N. (2004). Measuring changes in articulate brachiopod morphology before and after the Permian mass extinction event: do developmental constraints limit morphological innovation? Evolution and Development, 6(4), 260–274.[4] Villier, L. (2004). Morphological Disparity of Ammonoids and the Mark of Permian Mass Extinctions. Science, 306(5694), 264–266.[5] Korn, D., Hopkins, M.J., and Walton, S.A., 2013, Extinction space—A method for the quantification and classification of changes in morphospace across extinction boundaries: Evolution , v. 67, p. 2795–2810,[6] Peng, Y., Shi, G. R., Gao, Y., He, W., & Shen, S. (2007). How and why did the Lingulidae (Brachiopoda) not only survive the end-Permian mass extinction but also thrive in its aftermath? Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 252(1-2), 118–131.来源：科学大院作者：古明地恋编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-15
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孙悟空是从石头里蹦出来的，那石头又是从哪来的？
赫顿等地质学家他们对真相的执着、对科学坚定的追求，即使隔着几百年的尘埃，却依然如阳光般闪耀，并指引我们攀向更高的山峰。在广袤的大地上，无数奇形怪状、色彩斑斓的石头静静伫立，仿佛亘古不变的守护者。每一块石头，都是时间的凝结，是大自然写下的壮丽诗篇。它们沉默而厚重，记录着地球数亿年的历史。有人说，石头是大自然的艺术品，仿佛天工巧夺，毫无瑕疵。那晶莹剔透的水晶，闪烁着梦幻的光芒；那碧绿的翡翠，温润如玉，让人心生怜爱。还有那些布满斑点的花岗岩、纹路如画的大理石，仿佛一幅幅天然的艺术画卷。而在我们生活的角落，石头更是不可或缺的存在。建筑用的砖石、铺路用的石板、甚至是农业中的肥料，它们都在默默地发挥着重要作用。石头，这些平凡而神奇的存在，究竟是怎样形成的呢？让我们一起走进这段充满奇妙与奥秘的自然演变之旅。↑ 图一：翡翠（左）、天然宝石水晶（右）↑ 图二：花岗岩（左）、大理石（右）均可做建筑材料水与火的初次交锋在人们认识世界的过程中，当科学还没有成为一种有效的工具时，很多人试图从传说中寻找答案。如女娲补天、大禹治水、诺亚方舟等，在诸多中外古文明中都出现过类似有关石头的传说。↑ 图三：中国神话女娲补天↑ 图四：外国神话诺亚方舟古代学者虽然并没有直接回答“石头是怎样形成的这问题”，但是一些哲学家却曾回答了“万物的的本源是什么这个问题”，古希腊著名的思想家、科学家和哲学家泰勒斯提出，水是世界的本源。据说泰勒斯极度崇尚水，他在对埃及尼罗河水每年的涨退记录进行研究后发现，每次洪水退去都会留下肥沃的淤泥，还有无数的幼虫。于是，泰勒斯得出了这样的结论：“万物源于水。”后来，古希腊又出现了一位名叫赫拉克利特的著名哲学家。他认为，万物的本源是火，世界万物都是由火产生的，即使万物消亡，也要复归于火。按这两位哲学家的思考万物的本源是“水”或者“火”，那么我们的岩石也就是“水”或者“火”生成的。这也是历史上第一次“水火之争”。“水火之争”地质历史还有一次著名的“水火之争”发生在17-18世纪。伍德沃德是英国格雷山姆学院的一位医学教授，也是一位地质学家。他爱好收集化石，并保存了很多的化石标本。在17世纪时，宗教势力还很大，人们的意识自觉或不自觉地受到《圣经》诺亚洪水传说的影响。他认为，洪水曾经把地球冲击得分崩离析，地表的岩石、土壤以及各种杂物都被冲垮，所形成的汪洋大海就是一片包含着各种物质的混合物。当洪水退去后，这些物质慢慢沉淀，而这些化石就是这样形成。并将他的想法在《地球自然历史试探》一书中出版。到了18世纪一些早期学者将他们所观察到的所有岩石（主要是花岗岩和片岩等)均归类为过度简化的硬质结晶“原生岩”序列，并认为它们都是和地球同时形成的。这些岩石又被称为“次生岩”，即富含化石、常产生褶皱或变形的沉积岩层覆盖。于是早期学者的认为,“次生”岩层是诺亚大洪水时期的主要沉积物。“次生”岩层之上是松散的沉积物和沉积岩，被称为“三级岩”，它们被认为形成于大洪水之后。这也就形成了“水成论”的雏形。最著名的水成论者是德国博物学家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳。维尔纳是弗赖堡矿业学院的矿物学教授。出生于矿业家族，从小就对矿物学产生了浓厚的兴趣，他不仅狂热地收藏各种矿物，还对岩石进行过深入研究。维尔纳认为，地球上所有的岩石都是从大洋深处“结晶”或“沉淀”出来的。并提出这样一个设想地球最初被一个“原始海洋”包围着，水是最重要的地质力量，所有的岩层都是在海水中结晶、化学沉淀和机械沉积形成的。它们按照先后顺序进行沉积，早沉积的位于下面，越往上的沉积越晚。首先沉积的是花岗岩，被称为“原始层”，它们是覆盖在地球表面的第一批岩石，也是地球上数量最多的岩层。后来，原始海洋的水位逐渐降低，“原始层”露出水面，遭受侵蚀，然后再次沉积这便是第二批岩石，主要为粗砂岩、石灰岩等，为“过渡层”。最后，“过渡层”上面再沉积下来一些含有化石的岩层，为由松散泥沙组成的“冲积层”。1787年，他出版了《岩层的简明分类和描述》一书，书中把萨克逊地区的地层由老到新进行了划分。↑ 图五：亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳并且据说他讲课风趣幽默，极具个人风格，几乎所有听过他演讲的人都成了他的信徒。维尔纳凭借他的雄辩能力和个人魅力，使其理念在欧洲备受欢迎，他的信徒遍布欧洲各大院校。即使是伟大诗人兼博物学家歌德也坚信水成论。在《浮士德》第四幕中，有一段水成论者与火成论者之间的对话，其中梅菲斯特(《浮士德》中的魔鬼)显然是邪恶的火成论观点的代言人。因此很长时间里，水成论占据主导地位，统治着学术界。不过，还是有一些问题用该理论无法解释清楚，也时常受到质疑，甚至是针锋相对的争论。譬如：1774年，法国地质学家尼古拉·德马雷指出，法国南部奥弗涅地区的死火山群的火山锥和已风化的熔岩流表明，它曾是喷发过的活火山。这些玄武岩就被德马雷解释为火成的。而“火成论”的代表人物则是詹姆斯·赫顿，一位出生爱丁堡的苏格兰天才，据说他从小在当地文法学校上学，后来还考上了爱丁堡大学的医药学专业，并对化学课程十分感兴趣。但最终进入了法律行业，做了一段时间的律师学徒。也许是对兴趣爱好割舍不下，他常常花很多时间去做化学实验，并与朋友一起开发了一种廉价的氯化铵制作方法，这为他取得了不小的收益，后面他又管理自己的农场也有不菲收入。既有钱又有闲的詹姆斯·赫顿开始了他在地质学的研究，他对地质学表现出了极大的兴趣，经常好奇地观察见到的每一个洼坑、沟谷和河床。最终自学成才，取得了丰硕的成果。↑ 图六：詹姆斯·赫顿他经过长时间的考察，一次偶然间发现，爱丁堡北部高地凯恩戈姆山脉向南流的蒂尔特河的砂砾中遍布花岗岩卵石和古老变质岩岩块。他由此推断出，河床中一定也有这两类岩石，向上游考察或许能找到二者的交界处。于是，他沿蒂尔特峡谷而上，发现了他一直在寻找的东西:砖红色的花岗岩岩脉切穿年代较早的变质岩，并使其围岩发生蚀变（在现在地质学中这种野外的“穿切”关系也依然用来判断岩石形成的相对早晚）。这表明，当时的花岗岩是在上覆岩层形成以后才侵入的。也就是说，花岗岩的年龄应该比围岩年轻，而且这里出现了熔融现象。这说明，花岗岩是炽热的熔岩冷却之后形成的，而不是从水中结晶出来的。这与当时流行的“水成论”明显不符。↑ 图七：赫顿所发现的花岗岩脉穿切片岩但是，赫顿需要更有力的证据:熔岩流侵入在水中形成的层状沉积岩的迹象。有次赫顿在爱丁堡南部山丘上漫步时，发现这座高耸于城市之上的山脉-亚瑟王座山，山脉北侧的索尔兹伯里峭壁则是古老火山岩凸出来的断崖。最终他在峭壁的西南坡上发现了他所寻找的东西:玄武质熔岩侵入沉积岩层，使沉积岩变形。这个地方现在非常有名，被称为“赫顿剖面”(Hutton's Section)。在很多地质学课程教授过程中，老师都会定期带学生来这里考察实习。↑ 图八：“赫顿剖面”然而，地质学的研究过多地依赖于观察，缺乏实验研究，所以当某种新的理论提出以后很难得到证实。不过，前文提到过他曾经热衷于化学实验，而化学是理解高温对岩石影响的关键。1768年，赫顿与朋友布莱克一起工作，布莱克推断出了潜热的存在及压力对物质熔点的重要影响。1792年，霍尔（原本是赫顿的反对者，曾与赫顿一起多次到野外考察，并最后通过一系列实验，成为了火成说的支持者）做了一个实验。他将一块玄武岩加热使其融化，再慢慢冷却，结果岩石重新结晶成玄武岩。这是最早的地质学实验，呈现了熔融岩石在自然界中的样子。这对火成论学派是极有力的支持，从而也开创了实验岩石学，“岩石火成论”也由此形成。“火成论”的主要观点包括：火成作用是主要的地质作用，陆地上的花岗岩和玄武岩是由岩浆形成的；水成作用也是一种重要的地质作用，陆地上的岩石受到风雨和流水的侵蚀，然后流向海洋并沉积下来，固结以后形成岩石，升出海面以后才形成了陆地。这也就意味着，虽然赫顿提出了“火成论”的观点，但并没有完全否认“水成论”。赫顿本人也将自己的观点整理为《地球理论》一书出版，可是一方面由于赫顿的观点对于当时的人来说依然非常超前，另一方面他那蹩脚的文字和枯燥的叙述实在令他的读者搞不懂他在说什么。为此，他文笔极佳的好友——爱丁堡大学的数学教授普莱费尔，还特意重新整理赫顿的理念，并著书《关于赫顿地球理论的说明》，才使情况有所好转。石头究竟是如何形成的？水，是柔情似水的雕刻师。它缓缓流淌，携带着矿物质，经过岁月的沉淀，凝结成一层层坚固的岩石。德国地质学家维尔纳描绘的水成论，如一曲优美的乐章，将水的力量展现得淋漓尽致。火，是地球深处的热情舞者。它炽热而狂野，在地壳深处涌动，时而喷薄而出，冷却后形成坚硬的火成岩。苏格兰地质学家赫顿提出的火成论，则如一场壮丽的焰火，展现了地球内部的无尽活力与创造力。当然，以如今的眼光来看，水成论和火成论各有其正确之处：水成论在一定程度上解释了化石的成因和地层的排布，但过分强调虚无的“上帝的力量”，并且在证据不足时试图通过臆测进行弥补；火成论很好地解释了岩浆岩的形成原因，并且相较于水成论，它承认了多种动力因素对地质地貌的影响，强调自然的力量。在地球演化过程中，地球内部的热能是引起地质作用的主要能量，而外部能量主要来自太阳辐射能。从这个角度，火成论更具优势。同时，水成论强调洪水发生和地层形成的突然性，火成论强调火山和岩浆作用的持续性，二者又与“匀变论”“灾变论”交织，从这点上看，二者也存在一定的片面性。依据现代科学的研究，我们将地球上的岩石分为三个大类：火成岩（Igneous rocks）、沉积岩（Sedimentary rocks）、变质岩（Metamorphic rocks）。其中火成岩占了绝大部分，分布在从地面到深达16千米的地方,其是地幔中的岩浆涌入岩石圈或出露地表冷凝成固态形成的；沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。不论哪种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程，然后在合适的环境中沉积下来，经过漫长的压实作用，石化成坚硬的沉积岩。变质岩是指在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化，而形成一种新的岩石，这种岩岩被称为变质岩。而三者之间也可以进行相互的转化和循环。↑ 图九：三大岩类之间的相互转化/循环尽管早先的地质学家的结论并不完全正确，但是赫顿一系列地质学家他们对真相的执着、对科学坚定的追求，即使隔着几百年的尘埃，却依然如阳光般闪耀，并指引我们攀向更高的山峰。来源：石头科普工作室作者：星辰编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-11
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今日的生态屏障 曾经的恐龙家园——巴彦淖尔
综上所述巴彦淖尔的古生物化石是研究恐龙分布、演化、灭绝及古生态、古环境、古地理的重要窗口。在内蒙古自治区的西部有这样一座城市它位于黄河“几字弯”顶端在河套平原和乌拉特草原上，这里农牧业生产条件得天独厚号称“塞上江南”。这里有北方生态屏障——国家级自然保护区。传唱大江南北的歌曲《鸿雁》写的就是这里——巴彦淖（nào）尔。你一定想不到这里也是中生代恐龙的家园。乌拉特后旗巴音满都呼恐龙化石带，是中国乃至中亚最重要的、也是最大的晚白垩世恐龙化石产地，已发现恐龙化石十余种，其属种数量、丰富程度、化石保存完好程度、及其特殊的地质构造和生物演化均属国内罕见。↑ 图片来源：new.qq.com巴音满都呼恐龙化石产地面积33.27平方公里，位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特后旗，巴音满都呼蒙古语（富裕兴旺之地）。这里是我国乃至亚洲晚白垩世恐龙生物群的重要产地，在国内外古生物界享有盛誉，被称为晚白垩世古生物界的圣地。↑ 图片来源：http://www.wlthq.gov.cn/早在1922年由美国探险家安德鲁斯带队的中亚科考团就经过这里，1927年瑞典科学家斯文.赫定和中国西北科学考察团在这里发现了恐龙化石，1979年中国和比利时科考团在这里考察、1988—1990年由中国科学院董枝明和赵喜进带队的中加联合考察团在这里发现了大量的恐龙化石。之后由中国科学院、内蒙古龙昊地质古生物研究生和巴彦淖尔自然博物馆共同开展了多期联合考察，截止2022年12月在乌拉特后旗发现了16属19种恐龙化石，巴彦淖尔市恐龙化石的种类和数量在内蒙古自治区列居首位。↑ 图片来源：https://www.sohu.com/a/386413197_195793保护区内恐龙化石的埋藏方式非常奇特，古沙尘暴形成的沙丘快速移动，是造成该区恐龙生物群集体死亡的主要原因，不仅在我国，在世界上也是极其罕见的，这对恐龙灭绝原因的研究意义重大。这里发现的古生物化石主要包括蜥臀目：驰龙类、伤齿龙类、窃蛋龙类、阿尔瓦兹龙类、似鸟龙类。鸟臀目：角龙类、禽龙类、甲龙类，还有保存完好的恐龙蛋化石以及蜥蜴类、鳄类、龟鳖类和大量的哺乳类化石，种属丰富，数量众多。巴彦淖尔乌拉特后旗的恐龙分类#驰龙类伶盗龙伶盗龙（Velociraptor）是蜥臀目兽脚亚目驰龙科恐龙的一员，生活在距今7500万年至7100万年前的白垩纪中晚期。它们体长1米左右，臀高50厘米，重量也只有15千克，全身披毛，长的有点像一个长尾巴的大火鸡。伶盗龙目前只有两个种：模式种为蒙古伶盗龙（Velociraptor mongoliensis），第二个种为奥氏伶盗龙（Velociraptor osmolskae）。↑ 伶盗龙生存年代及地点（来源：维基百科）↑ 奥氏伶盗龙头骨复原图（图片来源：维基百科）伶盗龙是一种两足行走的肉食性恐龙。它们前肢较长，具有三个弯曲的指爪，后肢的第二脚趾具有一个强大的弯曲的脚爪（可以长达6.5厘米，驰龙类的典型特征），走路时会抬离地面。虽然体型不大，但是它们的危险程度丝毫不低于霸王龙。有学者认为伶盗龙的这个大爪子可能用于给猎物开膛破肚，但也有学者认为它没有那么强大，只是控制猎物的辅助工具。↑ 伶盗龙发现于1971年的化石标本“搏斗中的恐龙”，保存了伶盗龙和原角龙搏斗的情形，这件标本为伶盗龙是活跃的捕食动物提供了直接证据。↑ 搏斗中的恐龙（来源：维基百科）精美临河盗龙2008年，古生物学家在中国内蒙古巴音满都呼地区的风成岩中发现一具保存相当完整的恐龙骨架化石。经过古生物学家研究，2010年正式发表研究结果，认为这是一种新的驰龙类恐龙，属名取自化石发现地内蒙古巴彦淖尔市临河区，种名取自其精美的保存状态，正式命名为精美临河盗龙（Linheraptor exquisitus）。↑ 图片来源：https://www.sohu.com/a/305031389_201317精美临河盗龙与奥氏伶盗龙同属于驰龙科。驰龙科恐龙有一个典型的特征：第二脚趾上有一个向上翘起的弯曲大爪子，呈镰刀状。而临河盗龙是驰龙科里面拥有最大号脚爪子的恐龙之一。↑ 精美临河盗龙骨骼图（绘图：赵闯）临河盗龙生活在距今8400~7200万年前的白垩纪晚期。它的体长为1.8米，体重只有25千克。头骨前后向比较长，有一个大大的眼眶，推测它的视力应该很好。如果给它来个视力测试的话，估计能超过5.3。它还有一条长长的尾巴，是帮助它奔跑时保持平衡的秘密武器。↑ 临河盗龙复原图，它们是出色的掠食者图片来源：https://www.bilibili.com/read/cv22299741/临河盗龙是一种两足行走的肉食性恐龙。它身体轻盈、牙齿锋利 ，颈弯曲呈S形，是快速、灵活的捕食者。根据化石研究推测它是以小型角龙类为食。#伤齿龙类谭氏临河猎龙↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/谭氏临河猎龙属兽脚类伤齿龙科，生存于约7500万年前到6600万年前的白垩纪晚期。其属名意为“临河区的猎人”；种名则是献给内蒙古自治区龙昊地质古生物研究所的谭琳教授。谭氏临河猎龙是目前已知较完整的白垩纪晚期伤齿龙科化石。伤齿龙因为它尖锐的牙齿而得名。它被认为是最聪明的恐龙，它们的眼睛很大，并且朝向前方，这使它们看东西更具有立体感。恐龙的耳朵没有像我们一样有外耳廓，而是两个耳洞。谭氏临河猎龙这类恐龙的耳洞是不对称，呈一高一低，可以准确的判断猎物在哪，让它们可以在晚上去捕食猎物。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/伤齿龙被称为最聪明的恐龙，就是因为它的脑容量与体型比在恐龙中是最大的。在恐龙中临河猎龙的脑容量和体型比是最大的，它和鸵鸟的智商相近，如果这类恐龙没有灭绝，很有可能会演化出像人的动物——恐人。↑ 图片来源：https://mp.weixin.qq.com/s/2ohGrs6Mw0gSqOnmuUCbWQ柯瑞氏菲利猎龙菲利猎龙（属名：Philovenator）是伤齿龙科恐龙的一属，化石发现于中国内蒙古的乌梁素海组地层，地质年代相当于白垩纪晚期的坎潘阶，距今约8300万年-7200万年。↑ 图片来源：http://www.ivpp.cas.cn/xwdt/kyjz/201811/t20181103_5155255.html模式种是柯瑞氏菲利猎龙（Philovenator curriei），是由徐星等人在2012年所叙述、命名，属名与种名都是以古生物学家菲力·柯尔为名。正模标本是一个接近完整的身体骨骼。内蒙古蝶猎龙2016-2017年由内蒙古地质环境监测院和巴彦淖尔自然博物馆组成的古生物科考队，在巴彦淖尔市乌拉特后旗巴音满都呼地区晚白垩世坎帕阶的乌兰苏海组地层中发现了兽脚类恐龙化石，2021年10月，经中科院古脊椎动物研究所徐星研究员团队详细研究对比，被认定为伤齿龙科的新属种——内蒙古蝶猎龙，成为了巴彦淖尔恐龙大家庭最新成员。内蒙古蝶猎龙正型标本包括一个基本完整的头骨和部分半关联的头后骨骼。研究对比发现，内蒙古蝶猎龙形态学特征尤其是头骨和椎体的形态区别于其他已知的伤齿龙科成员，代表一个较进步的小体型短吻伤齿龙新类群。由于内蒙古蝶猎龙前部背椎神经棘向侧前方膨大，从背侧看去呈现特有的蝴蝶状，故而得名。内蒙古蝶猎龙是戈壁盆地坎帕阶命名的第七种伤齿龙，也是第二种被命名的晚白垩世短吻伤齿龙类。骨组织学研究表明，内蒙古蝶猎龙正型标本生长速率已开始降低，说明该个体死亡时处于亚成年阶段。↑ 蝶猎龙骨骼初步复原图 图片来源：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713411227547743174&wfr=spider&for=pc内蒙古蝶猎龙生活在距今8300万年前到6600万年前的白垩纪晚期，两足行走，体长约1米，是一种灵巧的小型恐龙，可能是肉食或者杂食性。基于最简约原则的系统发育分析结果表明，目前发现所有的晚白垩世伤齿龙在伤齿龙科中构成一个较进步的单系类群，内蒙古蝶猎龙位于这个单系类群靠近基部的位置,是已报道的晚白垩世伤齿龙科恐龙中的短吻型代表，其头骨特征兼具更早期分异的早白垩世伤齿龙的基本轮廓和其它晚白垩世伤齿龙的细节骨骼特征。↑ 图片来源：百度百科对比发现，戈壁盆地晚白垩世坎帕阶的伤齿龙在头部和前肢形态上有较大分异，表明这个时期有限地理区域内的伤齿龙在取食策略上可能已经展现出一定的差异性。内蒙古蝶猎龙的发现表明晚白垩世东北亚陆地生物群的多样性程度比之前认为的更高且更复杂，对理解近鸟类恐龙的演化模式以及东北亚晚白垩世的古生态和古环境历史具有重要意义。#窃蛋龙类戈壁乌拉特龙戈壁乌拉特龙是窃蛋龙科中的新属种，它体长约2米，站立高度约1米，体重约25千克。具有一些其他窃蛋龙科成员不具有的近祖特征，与原始的窃蛋龙类更为接近，代表了窃蛋龙科中一个相对原始的属种，其系统发育位置可能居于原始窃蛋龙类和其他窃蛋龙科成员之间。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202206/t20220622_440133.html细爪曲剑龙1988年到1990年间，一个中加联合科学考察团队在内蒙古考察工作，由菲利普·柯瑞（Philip Currie）发现了数个窃蛋龙类的身体骨骼化石。2010年，菲利普·柯瑞、董枝明、尼可拉斯·郎里奇（Nicholas R.Longrich）将其中两个身体骨骼命名为新属。模式种为细爪曲剑龙，属名是希腊罗马时代一种厚背且微弯曲的短剑，种名在古希腊文意为修长的指爪。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202205/t20220523_432558.html曲剑龙的指爪较长，侧面呈短弯刀状，指爪的长度是指爪关节宽度的四倍，显示它们的手掌不是主要用来捕抓猎物。曲剑龙的长指爪，显示原始的窃蛋龙类可能会用长指爪将树枝拉低，以协助进食；而后期的窃蛋龙类指爪较为弯曲、厚重，可能用来挖掘土壤中的树根。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202205/t20220523_432558.html细爪曲剑龙，两足行走，身长约1.5米，发现于巴音满都呼组地层，地质年代约8000万年前的白垩纪晚期。窃蛋龙类是典型的杂食性恐龙，无论是植物、小型昆虫、还是一些水生生物，都能成为它们的美食。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202205/t20220523_432558.html阿尔瓦雷兹龙类单指临河爪龙单指临河爪龙属于阿尔瓦雷兹龙类，生活在白垩纪晚期8400~7200万年前，它只有鹦鹉大小，体重不足500克，是世界上首次发现的只有一个手指的恐龙。阿尔瓦雷兹龙类是恐龙手指发生进一步退化且特化的类群。大多数阿尔瓦雷兹龙类看上去好像只有一个粗长的大手指，但实际上它们外侧的两个小手指依然保留。而单指临河爪龙则代表了一种极为特殊的情况，它的前肢完全只剩下一个手指，成为恐龙中的“一指禅”。据分析，这是它的第1 指，也就是大拇指。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202205/t20220524_432559.html单指临河爪龙为何要生出这样奇怪的前肢？单指临河爪龙虽有着强壮的前肢和特化的爪子，上下颌却非常纤弱，好似恐龙中的“食蚁兽”。在白垩纪晚期巴音满都呼干旱而缺少食物的环境中，蚁类就成为了它们的主要食物来源。和食蚁兽一样，临河爪龙用弯钩一样的手指，掘开蚁穴，然后大快朵颐，享受难得的美餐。乌拉特半爪龙2018年8月24日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐星研究员领导的国际研究团队在《当代生物学》杂志发表最新研究成果，他们在中国发现了新的恐龙：乌拉特半爪龙（Bannykus wulatensis），这种恐龙的发现提升了人类对阿尔瓦雷兹龙类如何减少和逐渐丢失手指这一复杂过程的理解。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202207/t20220704_440134.html之前的阿尔瓦雷兹龙类的化石记录：有生活在晚侏罗世的最原始类群灵巧简手龙；生活在晚白垩世的进步类群张氏西峡爪龙，这俩种类群之间存在着超过九千万年的时间间隔，尤其是在早白垩世，世界范围内没有任何确切的化石记录。而乌拉特半爪龙化石恰恰产自这九千万年地质历史间隔的中间，也就是在时间尺度上介于早期阿尔瓦雷兹龙类和晚期阿尔瓦雷兹龙类之间。通过对乌拉特半爪龙的研究逐渐揭示了阿尔瓦雷兹龙类前肢的演化历程：从早期阿尔瓦雷兹龙类的接近原始兽脚类的较长的“抓握型”前肢，到前肢较长并拥有特化的手爪的半爪龙和西域爪龙的前肢，再到晚期阿尔瓦雷兹龙类高度特化、缩短，功能性单指的前肢。似鸟龙类中国似鸟龙中国似鸟龙意为"中国的鸟类模仿者"(属名:Sinornithomimus)是种兽脚亚目恐龙，属于似鸟龙科。化石是在1997年发现于中国内蒙古的乌梁素海组，该地层年代为晚白垩世，距今约9600万年前。中国似鸟龙身长约3.4米，体重45~91千克，是一种杂食性恐龙。中日古生物学家在中国内蒙古自治区晚白垩世层发现了至少14个个体的似鸟龙科骨骼，而14具骨骼中居然有11具属于幼年体，如此高的比率显示了中国似鸟龙的群居性，以增加对捕食者的防御能力。↑ 图片来源：http://zrzy.bynr.gov.cn/zwgk/kxpj/202204/t20220407_432549.html似鸟龙长得很像鸵鸟，一条很长的大尾巴用于保持身体平衡；两条腿走路，大腿肌肉非常发达，适于奔跑。被称为“恐龙中的鸵鸟”，恐龙中的“博尔特”。古生物学家估算了似鸟龙家族中似鸡龙的奔跑速度，发现它们的奔跑的速度可以高达每小时56千米，它们跑得最快的时候，一步可以跨出去6米远。不过似鸟龙跑得再快也跑不过现在的鸵鸟，鸵鸟可以轻松达到每小时七八十千米的速度。似鸟龙的嘴巴也很奇怪，有些生物学家觉得它的嘴巴结构很像今天的鸭子，觉得它们会像鸭子一样，滤食水里的鱼虾。不过更多的恐龙学家认为它们其实是效率非常高的采食者，靠吃叶子呀，花呀果呀什么的填饱自己的肚子。当然，一些小的蜥蜴鳄鱼，昆虫什么的，都有可能是它们的主食之一。鸟脚类完美巴彦淖尔龙完美巴彦淖尔龙于2012年10月，在巴彦淖尔市乌拉特后旗发现。由中科院科学家历时两年多完成了发掘和修复。完美巴彦淖尔龙身长9米，站立高度5米，是一种四足行走的植食性恐龙，生存于距今约1.25亿年前的白垩纪早期。为什么称它为巴彦淖尔第一龙呢？↑ 完美巴彦淖尔龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆首先，完美巴彦淖尔龙的整个骨架显示出禽龙类向鸭嘴龙类演化的过渡形态。它的发现为研究禽龙类早期演化以及全球性的扩散分布提供了一个重要窗口。通过对完美巴彦淖尔龙的研究还勾画出了一个可能的禽龙类生物地理演化模式：即在侏罗纪到白垩纪期间，随着全球性海平面下降，像完美巴彦淖尔龙这样的直拇指禽龙类恐龙、发生了多次从欧洲向亚洲扩散的事件。↑ 图片来源：中国古生物化石保护基金会公众号其次，完美巴彦淖尔龙保存有同一个体各部位骨骼化石300多块，骨骼化石保存完整度在97%以上，这样的完整程度世所罕见。完美巴彦淖尔龙头骨化石保存相当完整。有保存完好的上颌骨和齿骨，在齿骨上有很多细微的嵴状突起也清晰可见；四根舌骨化石保存的也十分完整。同时在它的身上第一次发现了保存完整的最后一节末端尾椎化石。完美巴彦淖尔龙的发现引起了世界轰动。↑ 完美巴彦淖尔龙尾椎 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆接着，完美巴彦淖尔龙是巴彦淖尔地区发现的唯一一具生活在距今约1.25亿年前白垩纪早期的恐龙，巴彦淖尔地区以前发现的恐龙是生活在白垩纪晚期，距今约9000-6600万年前，而完美巴彦淖尔龙的发现，将我们巴彦淖尔恐龙生活的年代提前了三千多万年。是巴彦淖尔发现生活时代最久远的恐龙。虽然巴彦淖尔地区发现了上百具、十几个属种的恐龙，但是用“巴彦淖尔”命名的恐龙这还是第一具。“完美巴彦淖尔龙”的研究论文登上了2018年4月出版的《科学通报》封面，这篇论文让中国及世界古生物界知道了巴彦淖尔。↑ 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆角龙类鹦鹉嘴龙鹦鹉嘴龙又译鹦鹉龙，在希腊文意为"鹦鹉蜥蜴"，是角龙下目鹦鹉嘴龙科的一属，生存于距今约约1.2亿年前的早白垩世。成年鹦鹉嘴龙的身长也只有1米左右，它们是比较原始的角龙类，与角龙类有较近的亲缘关系，鹦鹉嘴龙是科学家研究得最多、最透彻的恐龙之一。之所以能研究这么清楚，是因为发现了大量的鹦鹉嘴龙化石。↑ 图片来源：中国古动物博物馆公众号鹦鹉嘴龙拥有锐利的牙齿，可用来切割、切碎坚硬的植物。却没有适合咀嚼或磨碎植物的牙齿，靠吞食石子来帮助磨碎消化系统中的食物。经常在鹦鹉嘴龙化石的腹部发现胃石，有时超过50颗。↑ 图片来源：中国古动物博物馆公众号2003年在中国辽宁省发现一件保存极度良好的鹦鹉嘴龙化石标本，这个标本有1只大鹦鹉嘴龙和34只小鹦鹉嘴龙。这是一件罕见的鹦鹉嘴龙聚集化石，甚至可能是世界上第一个恐龙养育后代的清晰证据。#原角龙↑ 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆安氏原角龙1923年美国自然历史博物馆的专家们在蒙古戈壁沙漠中进行了多次中亚科考，在戈壁沙漠发现了原角龙的第一个标本。沃特·格兰杰与W.K. Gregory正式地叙述、命名模式种安氏原角龙(P. andrewsi)，种名是以安德鲁斯为名。化石的地质年代是上白垩统坎潘阶(8350万年前到7060万年前)。这些化石组于保存良好的状况下，有些标本甚至保有了巩膜环，巩膜环是一种易碎的眼睛骨头。↑ 安氏原角龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆巨鼻原角龙2001年，命名了第二个有效种，巨鼻原角龙(P. hellenikorhinus)又名似希腊鼻原角龙，发现于中国内蒙古巴彦淖尔市的巴音满都呼地区，也是来自于上白垩统的坎潘阶。巨鼻原角龙的体型明显大于安氏原角龙，并拥有稍微不同的头盾，以及更结实的颧骨角状物。↑ 巨鼻原角龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆公众号道氏巨吻角龙巨吻角龙(学名Magnirostris)，又名巨嘴角龙，是角龙下目恐龙的一属，生存于上白垩统(坎潘阶晚期)的中国内蒙古。它与其他原角龙科的差异在于，巨嘴龙具有大型喙状嘴，以及小型的额角。巨嘴龙的模式种是道氏巨吻角龙（Magnirostris dodsoni），是于2003年由尤海鲁及董枝明描述、命名的。种名是为纪念古生物学家彼得·道德森。化石是一个接近完整的头颅骨，是从中国内蒙古的巴音满都呼发现的。↑ 道氏巨吻角龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆公众号戈壁微角龙在1953年，内蒙古巴彦淖尔巴音满都呼地区找到的部分恐龙头骨、下颌、脊椎和肱骨，由瑞典古生物学家步林（Birger Bohlin，1898—1990）命名为戈壁微角龙，后来在宁夏回族自治区和山西省等地也发现了一些牙齿等化石材料。戈壁微角龙属鸟臀目角龙亚目原角龙科，是最早的角龙类恐龙之一。有着角龙亚目恐龙典型的特征，比如头颈部长有颈盾，嘴巴呈现鹦鹉鸟喙状。但是它也有非常大的不同点，比如它的颈盾比较小且短，所以也被称为小角龙。↑ 戈壁微角龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆公众号生存于距今约9000万年前的北美洲以及亚洲。体长约0.6米，推测体重只有5公斤左右，比一只兔子略重。上颌骨齿的中脊接近后缘，而齿骨齿的中脊接近前缘；肱骨明显比原角龙和纤角龙纤细而弯曲，说明这是一类主要以两足方式行走的动物。戈壁微角龙主要以群居生活为主，属于植食性恐龙。由于生活于白垩纪晚期，当时一些现代的开花植物还没有大规模繁殖，反而是一些低矮韧性强的植物非常多，所以科学家推测它们可能都是以这些植物为食的，比如蕨类植物、苏铁以及松柏植物等。并且它们锋利尖锐的勾状鹦鹉嘴也非常有利于切割树叶或者针叶。↑ 戈壁微角龙 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆公众号甲龙类格氏绘龙绘龙（Pinacosaurus）——是中国最早被发现的一类甲龙。绘龙家族目前有两个种，一个是1933年命名的格氏绘龙(Pinacosaurus grangeri)，为模式种，发现于蒙古、内蒙古，还有一种是1999年命名的魔头绘龙（Pinacosaurus mephistocephalus），发现于内蒙古。在山东也发现了一些绘龙化石，但由于化石材料保存较差的原因，没能确定到具体的种。科学家把这些化石归入“绘龙未定种”。1923年美国自然历史博物馆的专家们在蒙古戈壁沙漠中进行了多次中亚科考。在的一次考察中，一位名叫格兰杰的美国学者采集到了部分破碎的头骨、骨板等化石。后来美国古生物学家吉尔摩确定这是亚洲发现的一种全新的恐龙，于1933年命名为格氏绘龙，种名就献给了格兰杰。↑ 格氏绘龙 图片来源：中国古动物博物馆公众号后来的考察中，在内蒙古境内又发现了大量的格氏绘龙的完整骨骼。截止到目前为止，已经发现了超过20个标本，一跃而上成为中国化石保存数量最多的甲龙类，也是世界上保存化石骨骼最多的甲龙类。格氏绘龙的化石大多数保存为幼年个体的骨骼集体埋藏，推测在半沙漠兼有绿洲的环境中生存的它们具有群居习性，而集体埋藏的原因有可能是死于突发的沙尘暴。格氏绘龙生存在距今约8000万年~7500万年前的白垩纪晚期，属于中等体型的甲龙类，四足行走，成年个体体长约5米，身高1米，体重可达1.9吨。它们的口中小而不尖锐的牙齿表明，它们的食谱从坚韧的树叶到软果，也可能包括类似蚂蚁的昆虫。↑ 格氏绘龙 图片来源：中国古动物博物馆公众号它与魔头绘龙一同靠着一身重型武器守卫着各自的领地。魔头绘龙魔头绘龙，化石发现于乌拉特后旗巴音满都呼地区，体长约2.7米，是生存于7500万~7200万年前的鸟臀目甲龙亚目甲龙科绘龙属恐龙。魔头绘龙为绘龙属下的另一个种，于1999年命名，与模式种格氏绘龙在鳞骨角及鼻骨等处有明显差异，鼻骨上有2-5个孔。↑ 魔头绘龙头骨化石 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆公众号到这里，我们总结一下巴彦淖尔乌拉特后旗的恐龙分类除了丰富多样的恐龙化石埋藏之外这片神奇之地还有可观的恐龙足迹化石。成因恐龙足迹化石是恐龙生活时期行走在未固结的沉积物表面所留下的脚印。它是化石的一种，也可以看成是留在岩层中的一种沉积构造。一条恐龙一生走的路很多，但事实上已发现的恐龙脚印化石并不是很多，甚至是稀少的。这是因为恐龙只有在湿度、粘度、颗粒度非常适中的地表行走时留下的足迹，并且印有脚印的层面要适时地被外来的沉积物所覆盖，才能形成足迹化石。命名恐龙足迹在命名时，一般把恐龙足迹看成生物本身的印记，按照林奈双命名法，并在科及科以下的阶元中使用形态命名法，分别确定足迹科、足迹属、足迹种。最后都归入骨骼分类系统的纲和目中，给出这些恐龙足迹的亲缘关系。科学家们一般通过对各项足迹数据的细致分析来判定足迹的属种，如足迹宽、足迹长、爪迹、趾垫、垫间缝、蹠趾垫、单步、复步、行迹等，其实与警察发现犯罪现场之后勘察犯罪嫌疑人的脚印、足迹等物证推断信息的方法十分相似。分类恐龙足迹的分类，可以按趾型分为单趾型、双趾型、三趾型、四趾型、和五趾型，从已发现的恐龙脚印来看，三趾型的最多约占70%左右，二趾型较少一般为恐爪龙类足迹；也可以按形态分为兽脚类、蜥脚类、鸟脚类；或按化石保存状态分为下凹型、上凸型、幻迹三种类型。下凹型即正型；上凸型即负型；幻迹即保存足迹的层面不是当时恐龙行走的地表而留下的不清晰的足迹。特点恐龙足迹的形成不同于骨骼化石的形成条件，所以发现恐龙足迹之处极少有相关的骨骼化石保存下来，反之亦然。骨骼化石的形成需要恐龙死亡被迅速掩埋、与氧气隔绝，恐龙足迹化石的形成过程则是：恐龙在活着的时候在湿度适中的泥地地面上留下足迹，足迹在阳光下硬化后原地保存，被新的沉积物堆积覆盖经历漫长的地质石化作用形成化石。另外，一只恐龙一生只有一副骨架，但是它可以留下很多足迹，走遍很多地方。作用恐龙足迹作为恐龙研究的一个新分支有着恐龙骨骼化石无法替代的作用。骨骼化石保存了恐龙生前身后一些支离破碎的信息，足迹化石保存的却是恐龙在日常生活中的精彩一瞬。这些足迹不仅能反映恐龙日常的生活习性，行为方式，还能解释恐龙与其环境的关系，这些都是古生物学家梦寐以求的宝贵信息。乌拉中旗恐龙足迹化石中国目前发现的恐龙足迹化石以白垩纪、侏罗纪居多，主要分布于四川、山东、云南等地。↑ 图片来源：巴彦淖尔自然博物馆①发现2006年11月在巴彦淖尔市乌拉特中旗海流图镇西10公里处发现一恐龙足迹化石点。经调查了解，该化石点是内蒙古自治区发现的第二处恐龙足迹化石点，恐龙足迹基本上为原始保存状态，保存在含砾粗砂岩层面上，岩石表面风化为黑色，砂面层面起伏不平，层面上可见明显的水流痕迹和交错层理，足迹保存完整，行迹清晰。②数量及种类经2007年8月和2008年10月先后两次详细考察和野外测量，在露出的400平方米区域内，共识别出脊椎动物足迹化石123个，组成24条行迹，包括大型三趾型足迹、中型三趾型足迹、小型四趾型足迹、鳄类足迹四个类型，即三种恐龙足迹和一种鳄类足迹，也就是说在恐龙生活的年代已经有鳄鱼的存在了。另外，在相同层面上还发现了许多无脊椎动物痕迹，包括虫管和爬迹。大型三趾型足迹，两足行走，属于大型兽脚类恐龙足迹，为玫瑰实雷龙足迹，造迹恐龙与巨齿龙比较接近。巨齿龙牙齿巨大呈锯齿状，与较长的牙根，固定在颌骨内，是最早被科学地描述和命名的恐龙。↑ 乌拉特中旗玫瑰实雷龙足迹 图片来源：李建军中型三趾型足迹，两足行走，属于小型兽脚类恐龙足迹，为海流图卡岩塔足迹，造迹恐龙与双嵴龙比较接近。双嵴龙身长约6-7米，生活在侏罗纪早期。根据足迹特征，可将海流图发现的大部分足迹定为卡岩塔足迹属。但与卡岩塔足迹目前已经有的三个种，即小卡岩塔足迹、郝普卡岩塔足迹、索氏卡岩塔足迹，在蹠趾垫、趾间角、宽长比例方面有明显明显区别，认定海流图发现的足迹为卡岩塔足迹属的一个新类型。↑ 乌拉特中旗海流图卡岩塔足迹 图片来源：李建军小型四趾型足迹，四足行走，属于小型鸟脚类恐龙足迹，为中型异样龙足迹，造迹恐龙与棱齿龙比较接近。棱齿龙全长1.4-2.3米，分布在中国、欧洲和北美洲，生存年代从三叠纪晚期期直到侏罗纪晚期。↑ 乌拉特中旗中型异样龙足迹 图片来源：李建军③意义地层学意义足迹化石所在地层岩性特征与乌拉特中旗已知下侏罗统地层剖面十分相似，足迹组合与其他许多地区地质时代为早侏罗世的恐龙足迹相似，由此可以得出结论，海流图含恐龙足迹地层时代为早侏罗世。并且在内蒙古地区至今尚未发现其他侏罗纪的恐龙化石，这也是内蒙古地区在早侏罗世就有恐龙活动的唯一证据。古环境意义足迹化石所在地层含砂砾岩到砾岩中板状斜层纹理十分发育代表河流沉积环境；足迹种类有鸟脚类无蜥脚类，同为植食性恐龙存在竞争，鸟脚类恐龙多出现在温暖潮湿的地方。因此海流图地区古环境为山间河流沉积环境，雨量充沛。④保护乌拉特中旗属于大陆性干旱气候区，地形起伏较大，一年四季分明、干旱少雨，光照强烈，日夜温差较大。在这种气候条件下，足迹化石极易遭受风化而被破坏。所以在化石点的保护方面还有很多工作要做。如：将周边被黄沙掩埋区域的足迹清理出来，对暴露出来的足迹化石进行室内保护，建设野外博物馆；扩大考察范围，对足迹化石周边数公里范围内的地层进行科学考察，希望能有更多恐龙足迹化石，甚至其他种类的古生物骨骼化石被发现；结合巴彦淖尔其他地质遗迹建设一条研学旅游路线，供青少年夏令营和地质爱好者休闲旅游。综上所述巴彦淖尔的古生物化石是研究恐龙分布、演化、灭绝及古生态、古环境、古地理的重要窗口。不仅具有重要的科研价值，还具有重要的科普价值和旅游价值。未来应继续加强保护和管理工作，以确保这些珍贵的古生物遗迹得到妥善保护和合理利用。来源：国家自然博物馆公众号作者：戴瑞明编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-11
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这38颗百万年前的粑粑，我们已经知道是谁拉的
从粪化石中，我们直接看到捕食者与被捕食者的例证，从孢粉分析的结果中我们看到了当时气候的不稳定性。地球已经存在了46亿年，生命大爆发距今有5亿年。在这漫长时间里，整个显生宙的陆地海洋、大河山川中时时刻刻都有生物的粪便呱呱落地，大部分粪便分解消失了，有的粪便又被吃了，但极少量的粪便幸运地保存下来成为化石，成为我们现在了解灭绝生物生活状态的“宝贵”证据。关于粪便化石的研究已经跨越两个世纪了，两百年前的1829年，英国古生物学家威廉·巴克兰（william buckland）创建了“粪化石”（coprolite）这个名词，成为后来所有粪化石的统称。粪化石带来的信息弥补了骨骼化石的不足之处，成为古生物研究中不可或缺的一面镜子，反映了食性特征、消化道结构、古环境及食物链关系等。小知识有别于我们在博物馆常见到的恐龙骨架，粪便化石属于痕迹化石而非实体化石。所谓痕迹化石是指生物在生活时留下的各种痕迹，比如脚印、爬迹、胃石、咬痕等等。↑ 最早研究的鱼龙粪化石，里面有未消化的鳞片、牙齿和骨骼（图片来源：william buckland，1829年）近期，一篇研究百万年前云南元谋地区犬科粪便化石的论文新鲜出炉、香喷喷面世，我们来看看粪化石里的信息是怎么解读的吧。↑ 上图为发现粪化石的云南元谋地区（图片来源：保罗·拉米供图）；下图为研究人员在调查发现粪化石的地层（图片来源：保罗·拉米供图）寻找粪便的“主人”下图是研究人员找到的38件粪化石，像不像小时候用弹弓打的球儿？↑ （图片来源：保罗·拉米供图）粪化石研究的首要目的就是找到粪便的“主人”，该如何下手呢？首先，我们看形状和颜色。这些粪便整体是圆的，圆形或者长圆形，一头大、一头小，长度在1.5厘米到5.5厘米之间。掰开粪便看看，里面颜色都是白的，外表有黄色、褐色、黑色，这表明新鲜的粪便可能是白色的，表面的不同颜色是埋藏过程中矿物质矿化的颜色。↑ 显微ct扫描影像，紫色为小动物的肩胛骨，黄色为其他骨骼碎片（图片来源：保罗·拉米供图）其次，显微ct扫描和x射线能谱分析。发现粪便中的钙含量非常高，要不说粪球怎么这么硬呢。还发现粪便中竟然有小动物的骨骼碎片，一块小小的肩胛骨！显而易见，粪便属于食肉动物，尤其是骨头也吃的动物，那肯定狗、鬣狗、虎一类了。↑ 食肉类哺乳动物头骨比较，左为元谋拟豺、中间为恐犬、右边为短吻鬣狗（图片来源：保罗·拉米供图）↑ 现生豺在觅食（图片来源：rohitvarma供图）最后，根据体型大小指认排便的“嫌疑人”。将百万年前元谋动物群的食肉动物一一排列，根据粪便大小推测造便者的体型大小，最后目标落在了一种犬科动物身上——元谋拟豺。豺比鬣狗小、比小狗大，是最合适的“嫌疑人”了。由此，该研究建立了粪化石遗迹新属种cuocopros yuanmouensis，大意是“元谋犬粪”。此外，研究人员还通过形态学、孢粉学和岩石地层学等多学科分析，重建了比元谋人更早时代的元谋盆地气候背景，并探讨了动物、元谋人及植物之间的食物链关系。元谋人家园元谋拟豺粪化石的时代比元谋人时代早一点，元谋人生存在距今170万年前，当时除了古人类，还有元谋狼、云南马、中国犀、鹿、虎等动物。这些古生物生活在一个怎样的环境中，它们百万年前的家园是什么样子呢？根据孢粉可以推断出当时的生态环境，食肉动物的粪便中也有植物的孢粉吗？有的，但它们粪便中的孢粉浓度存在很大差异，吃掉植食动物的肠子对粪便中的孢粉组合影响很大。于是研究人员从埋藏粪化石的地层中取样，地层中的孢粉浓度可以更准确地反映当时环境中的植被组合。↑ 从埋藏粪化石的地层中提取到的孢粉化石(图片来源：王建供图)结果从地层中发现了13种植物类型，其中乔木占了48%，有松树、胡桃木等，草本植物和灌木也占了48%，比如蔷薇、龙胆、菊科，其余是蕨类植物。这些孢粉证据表明百万年前的元谋是亚热带常绿阔叶林和耐旱草本灌木并存的植被环境，气候温暖又时常干旱，推测处于干热河谷类型阶段。人们一般认为河谷是最不缺水的地方，实际上有的河谷干旱少雨，植被荒凉，这种河谷被称为“干热河谷”，多分布在热带或亚热带地区。在这样的干热环境中，一群豺在河边泥滩上觅食，粪便在不经意间落下。天气炎热，水分很快蒸发，干燥的粪便被泥沙埋入地下。到底谁吃了谁元谋动物群中有很多成员，它们在同一片栖息地生活。吃肉的虎、豹、豺，吃植物的剑齿象、鹿、犀牛、云南马，以及通吃杂食的古人类。这些生物种类自然而然地描绘出一幅猎食者与猎物的生存竞争场景，每个生物都在这幅场景中占据了自己的生态位，扮演着自己的角色。从粪化石中，我们直接看到捕食者与被捕食者的例证，从孢粉分析的结果中我们看到了当时气候的不稳定性。干旱变幻的环境导致植食性动物迁徙，大型食肉动物撤离，对后来哺乳动物以及古人类的迁徙和演化产生了重要影响。从一颗小小的粪便，窥视了复杂的生物链。研究人员在论文的最后重建了自己心目中百万年前的古环境：在一片干旱少雨的河谷地带，一片小池塘周围形成了草原，中国犀、云南马、鹿等植食动物一边觅食、一边警惕（不要变成食物），虎、鬣狗、豺等肉食动物则在不远处寻找时机，而古人类祖先手持简单的工具随时准备捕猎。科学家希望，通过揭示同一古生态环境下不同种类之间的相互关系，引发人们思考气候、植被、动物群及古人类之间的生存斗争。↑ 云南元谋地区早更新世生态复原图，图名为“谁吃了谁”（who ate who?）(图片来源：保罗·拉米供图，任文煜绘制)来源：科学大院作者：张立召、保罗·拉米编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-07-09
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“猿”来是你 越过41.2万年的相遇
和县猿人头盖骨总体形态具有一些与北京猿人相似特征，但比北京猿人进步。和县猿人遗址是全国重点文物保护单位。自20世纪七十年代被发现，遗址历经三次考古发掘，受到诸多专家的关注。和县猿人遗址里究竟埋藏着怎样的秘密？让我们一探究竟。和县猿人遗址出土的古人类化石共有14件，包括1件完整的头盖骨、2件头骨碎片、1件附带两枚牙齿的下颌骨残段，以及10枚单个牙齿。在和县博物馆，可以看到和县猿人头盖骨化石的复制品及牙齿化石等一系列展品。据博物馆讲解人员介绍，该头盖骨化石形态上具有一系列与周口店直立人相同的形态特征：呈现颅盖低、前额扁塌、眉脊发达、前额与眉脊之间凹陷形成眉脊上沟、枕骨的枕区与项区呈角度转折、头骨最宽处位于颅底、乳突上脊粗壮、有角圆枕、脑膜中动脉后支比前支粗等特征。作为发掘者的古人类学家黄万坡认为，和县猿人头盖骨总体形态具有一些与北京猿人相似特征，但比北京猿人进步，更接近于爪哇猿人，填补了北京猿人和爪哇猿人地理分布上的空白。和县文旅体局党组成员、文物保护中心主任邢俊介绍，和县猿人头盖骨化石出土后，专家推断“和县人”生活的时代大体与北京猿人相当或者略晚，晚于蓝田人。最初的年代测定结果是距今30万年前后，而最近一次采用铀系和ESR混合方法进行的年代测定显示，将这个年代向前推到了距今41.2万年。和县猿人头盖骨化石除颅底缺失较多外，脑颅绝大部分保存较好。正因此，专家们得以从对该头盖骨化石的分析中获取了更多信息。该头骨粗壮而厚重，眉脊和枕脊比较发达；额骨低平且明显向后倾斜，矢状脊明显，为一男性个体。颅骨骨缝的愈合程度是推断年龄的重要依据，此颅骨除了左侧蝶顶缝的部分内缝已经愈合外，其余骨缝都未发现有愈合现象，因此推测这件头骨个体应属青年期，约为20岁开外。“你注意看这里，左右两边有两块凹陷的痕迹，专家推测应该是受过伤。”邢俊指着头盖骨化石（复制品）的顶骨后侧说。2021年1月8日，《国际骨骼考古学杂志》在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所吴秀杰、刘武、郭肖聪与美国夏威夷大学克里斯托弗·贝教授合作完成的《关于“和县直立人头骨表面异常痕迹”》的研究论文。根据该篇论文，两处创伤痕迹位于顶骨后部的矢状缝两侧，左侧痕迹近似四方形，长42毫米、宽28毫米；右侧痕迹近似三角形，长12.5毫米、宽5毫米。痕迹的四周有条带状隆起愈合痕迹，中央区域出现不规则增生的骨性结构。论文作者还通过CT图片分析，排除各种可能导致外板层病变的因素（肿瘤、微量元素缺乏、感染性疾病、骨膜炎），导致创伤的最大可能因素是暴力性头皮拉伤，和县直立人生前被人从身后抓住头发，用力拉扯导致头皮脱落，继而引起头骨外板层受到感染，愈合后留下微创痕迹。此外，还有一种可能为烧伤导致，头骨后部的头发被火点燃，导致头皮及其下面的骨壁感染、硬脑膜下血肿。来源：和县县委宣传部作者：和轩编辑：诸鹏飞审核：盛捷（和轩）
2024-07-01
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5.5亿年前的海绵化石
如一位专家在审稿过程中所评论的：螺旋网格海绵可能是理解动物演化的“罗塞塔石碑”。海绵是生活在水中的生物，它们没有头，没有肌肉，没有神经，也没有任何其他器官，但却属于动物。如此简单的动物是如何在地球上生存下来的？更令人惊讶的是，它们竟然曾被认为是我们人类的远古祖先。海绵通过一种特殊的细胞——领细胞，来过滤水中的细菌等微生物、有机物颗粒为食。这些领细胞的形态与一种称为“领鞭毛虫”的单细胞生物非常相似，以至于100多年前就有人提出，动物的祖先可能是一种类似海绵胚胎的领鞭毛虫聚合体。而最早的动物，可能就是这种聚合体的升级版：海绵。尽管近年来这种理论受到了一些质疑，但它仍然是解释动物起源的重要理论之一。因此，深入研究海绵的演化历史，或许能帮助我们揭开动物起源的神秘面纱。↑ 图1 现代深海六放海绵(图片源自NOAA Ocean Exploration)。然而，尽管海绵是最原始、低等的动物之一，但在寒武纪之前的地层中，科学家们却从未发现过确切的、毫无争议的海绵化石。这让人们不禁疑惑：难道海绵真的不存在于前寒武纪晚期这个时代吗？答案显然是否定的。因为在埃迪卡拉纪（距今约6.35-5.39亿年），已经出现了大量比海绵更复杂的动物留下的痕迹，如遗迹化石和动物实体化石。此外，根据分子生物学的推测，海绵动物应当起源于距今8-7亿年前。而且，在前寒武纪的地层里，还发现了海绵的生物标志化合物，即分子化石，尽管这些分子化石的来源仍存在争议。↑ 图2 形态各异的海绵骨针，大小从0.01 mm 到 1 mm不等(图片源自Van Soest et al, 2015, PLOS ONE)。那么，为什么早期的海绵会神秘消失在化石记录中呢？这可能与海绵的一种特殊结构有关：骨针。虽然人们印象中的海绵是软绵绵的洗浴用品，但实际上大部分天然海绵都有“刺”，即矿化的骨针。这些骨针为海绵的身体提供了支持，并起到了防御的作用。或许前寒武纪的环境不适合海绵骨针的保存：它们在变为化石之前就被溶解了；又或者早期的海绵并没有矿化的骨针，因此难以被保存，即使偶然保存下来也难以从化石记录中识别出来。↑ 图3 螺旋网格海绵的模式标本 比例尺为5cm直到最近在我国的湖北省宜昌地区，中国科学院南京地质古生物研究所袁训来研究员领导的早期生命研究国际合作团队有了一个突破性的发现：距今约5.5亿年的埃迪卡拉纪石板滩生物群中的海绵化石——螺旋网格海绵。该项成果于6月27日正式发表于国际著名综合性学术期刊《自然》(Nature)。↑ 图4 螺旋网格海绵的网格结构比例尺分别为10 mm (a)、5 mm (b)、2 mm (c)、1 mm (d)螺旋网格海绵这种生物有着圆锥形的身体。其底部通过一个圆盘牢牢地固定在海底，身体中央还有一个空腔，甚至还可能有出水孔，这些特征都与现代海绵如出一辙。更神奇的是，螺旋网格海绵的表面由规则的方格组成，这些方格可以细分为四个形态相同的次级方格，次级方格还可以进一步细分为更加微小的方格。↑ 图5 康托尔尘埃集示意图这样不断分割的网格结构让人联想到康托尔尘埃集，它是人们最早认识的具有自相似特征的分形结构之一，因此我们以康托尔作为螺旋网格海绵的种加词（Helicolocellus cantori），以纪念这位描述康托尔集的数学家。↑ 图6 古生代海绵中的网格状结构 A、B为Protospongiid类海绵——Diagoniella，产自河南的寒武系馒头组; 图 C-E为美国纽约州泥盆系Chemung组六射海绵Hydnoceras。比例尺分别为1 mm (A、B);40 mm (C);20 mm (D);10 mm (E)。康托尔尘埃集这样的分形结构在生物体之中十分罕见，仅在螺旋网格海绵和一些古生代的六放海绵上发现过。这两者的形态和结构非常相似，唯一的区别在于螺旋网格海绵的网格是由有机质组成的，而在古生代六放海绵化石上，则是由矿化的骨针组成网格。因此，螺旋网格海绵化石可能代表了一种没有骨针的早期海绵动物。↑ 图7 螺旋网格海绵在动物演化树上的位置为了进一步检验这一解释，研究构建了一个包含各种现生动物和动物化石的形态数据矩阵，并进行了严格的系统发育分析。结果显示，螺旋网格海绵化石与同具有网格结构的古生代海绵构成一个支系，并且与六放海绵亲缘关系接近，因此螺旋网格海绵化石代表了前寒武纪此前从未发现过的冠群海绵。螺旋网格海绵的发现填补了对海绵动物乃至整个动物演化史认识的空缺。↑ 图8 螺旋网格海绵的复原图(杨定华绘)首先，螺旋网格海绵证实了前寒武纪确实存在海绵动物，而且它们很可能没有矿化骨针。早期的海绵可能存在一个以有机质构建身体骨架的阶段，直到进入寒武纪以后才获得生物矿化的能力，把矿物添加到已有的有机质骨架之上，形成复合的矿化骨针组成的骨架。因此我们应不再以寻找矿化骨针作为鉴定早期海绵化石的唯一标准，重新审视前寒武纪的化石记录，有很大机会识别出更多的早期海绵化石。↑ 图9 其他螺旋网格海绵化石标本比例尺为5 cm其次，螺旋网格海绵的发现还连接了埃迪卡拉生物群和寒武纪生物群。前寒武纪-寒武纪界线前后的生物群落面貌曾被认为是天差地别。前寒武纪末期的埃迪卡拉纪，是形态奇异且亲缘关系未知的埃迪卡拉生物群主宰的时代；而跨入寒武纪，人们熟悉的各个现生动物门类接踵而出。螺旋网格海绵的发现，表明埃迪卡拉生物群也许和现生动物门类之间有某种直接的演化关系，为解释埃迪卡拉生物群的亲缘关系提供了证据。正如一位专家在审稿过程中所评论的：螺旋网格海绵可能是理解动物演化的“罗塞塔石碑”。本次科普宣传与策划得到科技部国家重点研发计划青年科学家项目(2022YFF0802700)支持。论文相关信息：Xiaopeng Wang, Alexander G. Liu, Zhe Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan*, Ke Pang, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan*, Shuhai Xiao*. 2024. A late Ediacaran crown-group sponge animal. Nature, 630: 905–911. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07520-y.来源：Early Life公众号作者：王霄鹏（中国科学院南京地质古生物研究所）编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-06-28
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“燕山运动”——20世纪中国伟大的地质发现
“燕山运动”切实服务了当时社会的发展和国家建设，他们的精神是一笔宝贵的财富，具有特殊的意义。20世纪初的中国，随着清王朝的灭亡、世界列强对中国的瓜分和国内军阀混战的逐序上演，近代社会进入转型时期，国内的政治、经济、思想和文化均发生了重大变革，其中，出现了一种既有秀才功名，又有留洋博士的独特文化现象。一批学贯中西的近代学者出现，他们将东方古老文明智慧与西方现代科学融汇贯通，在动荡的社会环境中，怀揣“我虽年少知自勉，须扶衰弱佐中兴”的理想，坚持对科学孜孜不倦的追求，开启了中国自然科学诸多学科发展的篇章。1913年末，刚刚获得中国第一位地质学博士称号的翁文灏离开了比利时鲁汶（leuven）大学，回到国内，于乱世中立下了“愿为地学启朝暾”的誓言，成为拉开中国地质学发展大幕的关键人物，他提出的“燕山运动”学说，成为20世纪中国伟大的地质发现。↑ 翁文灏先生↑ 1916年农商部地质研究所教员（前排左起：翁文灏、章鸿钊、丁文江）与卒业生之留影区域地质填图与“燕山运动”的诞生区域地质填图是在选定或规定的区域范围内，按一定的比例尺及统一的技术要求，将各种地质体分布特征、三维关系及有关地质现象用规定的地质填图要素填绘于地理底图之上，形成地质图的工作过程。由区域地质填图所形成的图件和报告，是开展矿产地质调查、地质工程建设、地质灾害治理和进一步科学研究重要的参考资料。区域地质填图的程度取决于一个国家地质工作的水平。虽然中国古代的知识分子和能工巧匠们在岩矿开采等方面，取得了优秀的成绩，但是，并没有形成系统的科学理论，严重制约了经济的发展，这种的理念状况一直持续到晚清。然而，当时的一些官员和学者已经认识到这一点，秉持“师夷长技”推动留学运动，如1903年，时任湖北总督的端方奏请清朝光绪皇帝，折中所言“中国地大物博，实甲环球，唯于工艺素少讲求，器械未能自制，开矿修路等事，无不雇佣洋匠，以致事权旁假，大利难兴…比国（指比利时）实业较精，学费较省，诚能各派学生前往肆业，他日学成而归，上足以备任用，下足以裕资生，实于大局不无裨益”，于是，包含翁文灏在内的一批青年人，便在此背景下，出国留学，学成归国之后，投入为振兴国家而兴建的各类事业中。以章鸿钊、丁文江和翁文灏等为代表的中国地质学奠基人员，深刻认识到区域地质填图的重要性，于是在北洋政府地质调查所成立之后，便将绘制中国的地质图摆在工作的首位。↑ 图1 《北京西山地质志》所附华北地区综合地层柱状图（右，叶良辅，1920）与华北地区典型中生代盆地充填序列对比图（渠洪杰，2019）北京是当时地质调查所所在地，也是政治、经济、文化中心，北京周边的地质调查工作自然开展的最为顺利，研究程度最高。1916年夏，原中央地质调查所所长丁文江组织在北京西山开展1:50000区域地质填图，首令当时的13位学员们完成该项工作，当年8月，13名学员采用小平板分片测量，只用了1个多月就基本完成了北京西山大部分地区的测量，有2个区域在1918年补齐。在地形、地质测量的基础上，从1918年冬天，由叶良辅执笔开始编写《北京西山地质志》，并于1920年出版。《北京西山地质志》为北京地区提供了第一份系统的区域地质调查报告，建立了第一个相对完整的、对华北地块有相当普遍意义的综合地层柱状图（图1）。《北京西山地质志》指出：“髫髻山层为阐明西山地史变迁之一大关键，故与其余地层之关系，不可不研究及之。”书中还列举了髫髻山层与下伏3类不同岩层之间的接触关系。通过对比《北京西山地质志》和翁文灏的研究论文可以看出，北京地区的区域地质填图为“燕山运动”的提出打下了坚实的基础。1926年，翁文灏参加了东京举办的泛太平洋科学大会，宣读了题为“Crustal movements in Eastern China”《中国东部的地壳运动》的文章，文中首次提出了“燕山运动。”1927 年，翁文灏对文章做少量修改后，以“Crustal movements and igneous activities in eastern China since Mesozoic time”（《中国东部中生代以来的地壳运动及岩浆活动》）为题，发表在《中国地质学会志》（即现：《地质学报》）上。在论文中，翁文灏指出：“我国沉积记录中虽常出现地层间断，但从未变质的前寒武系（约18亿年始形成的岩石）直到侏罗系（2亿年-1.45亿年间形成的岩石）、有些地方可到更高层位的全部序列显然是整合（不同时间形成的岩石间角度无差别）的，而没有或很少角度不整合的踪迹。在许多地点主要不整合见于侏罗系以上，故中生代运动在中国大地构造学中具极大重要意义，应过细予以研究。”他还指出：“北京西山九龙山和髫髻山岩系（组成髫髻山的主要岩石）之间倾角的差别也许并不很显著，但在我看来，不会有多大疑问，在髫髻山岩系沉积之前，曾发生过重大的变形和剥蚀。” 他对“燕山运动”发生的时间也给出了认识，认为“燕山运动年代应限于北京西山的九龙山系与髫髻山系之间。”1927年冬和1928年初，翁文灏两度考察了位于辽宁省西部北票煤矿的地质构造，对当地的逆冲断层进行了深入研究，随后发表了论文《热河北票附近地质构造研究》，指出：“余从前尝论中国东部燕山期地壳运动之重要，按之北票地质则知所谓燕山期者应相当于上煤系及上火山岩系间之不整合，仅为绪动期间，而主要运动则为时尚稍后，而其动之性质又极猛烈，使余前说不得不有所补充或修正。”该论文中还提出将“燕山运动”分为三期的观点。通过上述3篇论文，翁文灏提出并完善了“燕山运动”，其主要观点一直持续到现在仍指导着地质学的发展。↑ 翁文灏论文《中国东部中生代造山运动》的部分截图虽然“燕山运动”的影响在中国极为广泛而深入，只是当年占统治地位的西方地质学界只知有“加里东运动”（发生在4.9-3.9亿年间）、“海西运动”（发生在3.86 -2.57亿年间）、“喜马拉雅运动”（发生在2350万年-78万年间）等，而我国现代地质学知识最初又主要从西方引进，所以，大多数人一开始并未意识到“燕山运动”的存在，中国的地质学发展还处于艰难的学习与引进阶段。1925年，在南开大学科学馆开幕式上，强烈的责任感和使命感令翁文灏写道“我们自己的材料，自己的问题，不快快的自己研究，以贡献于世界，却要劳动他们外国人来代我们研究，我们应该感觉十分的惭愧，应该自加十二分的策励。”当时的中国地质学界急需一个自己创建的重大理论。翁文灏根据中国的实际提出了“燕山运动”，指出“若将它（指燕山运动）与海西造山期相比，则其年代太年轻，若与喜马拉雅期相比，则又过于古老。然而，这一运动对中国东部局部构造确有影响，并足以给予一专门名称。”经翁文灏一点破，很快得到广大地质界的响应。著名地质学家、中国科学史奠基人之一的章鸿钊，曾对翁文灏提出“燕山运动”之后当时地质学界做过生动的描述：“自翁文灏先生唱燕山运动之说，一时言中国地质构造者莫不宗之。”“燕山运动”定义的地质依据岩层发生褶皱变形是构造运动存在的主要证据之一（图2），人们在研究和命名诸如“喜马拉雅运动”等构造运动时往往收集这类的证据，包括翁文灏本人及后者在深入研究“燕山运动”时，也通过北票等地区的逆冲变形改变了最初的认识，而将提出之时的地质证据称之为“绪动”的表现。然而，回归到1926年，“燕山运动”概念提出时所认知的地层没有显著的褶皱变形，不同岩层之间仍然没有产状上的明显差异，如北京西山一带侏罗系与下伏岩层之间没有角度不整合，按照《北京西山地质志》的表述是“地层率皆整合”（产状无差别）。这种情况就需要确认构造运动存在的其他证据。翁文灏在提出“燕山运动”时给出了地层无明显角度不整合前提下，判断构造运动不整合界面存在的两个准则，他提出：“不整合之存在不能尽于地层倾斜之不一致求之。如异种地层之接触，及砾岩岩石之来源等亦应予以深切注意。”（图2）↑ 图2 翁文灏最初判别“燕山运动”存在的准则示意图按照翁文灏当时提出“燕山运动”和后续研究者的主要论述，在北京西山地区，“异种地层之接触”可分为三类：侏罗系的髫髻山组底部或九龙山组底部或龙门组（王竹泉）覆盖在元古界之上、覆盖在古生界之上和覆盖在门头沟煤系（窑坡组）。“砾岩岩石之来源”则主要是指不整合面上砾岩中的砾石物源。根据野外实地调查，不整合面上砾岩中含有大量的燧石和白云岩砾石，而含燧石条带白云岩则是北京西山地区元古界雾迷山组岩石的主要特征。按照地质学的理论，若无重大构造运动，地层之间会遵循下老上新的叠置规律，若后期地层中出现了前期或更早时期地层的物质，则表明往期地层已经过构造运动被抬升，早期沉积区变成了剥蚀区，前后两期沉积地层之间发生过构造运动，抬升剥蚀的地层时代越老，抬升幅度越大。在北京西山地区，当侏罗系砾岩中出现了应该深埋于地下的元古界岩层砾石，说明这一地区不仅发生了构造运动，而且由此构造运动所导致的早期地层抬升幅度非常大。根据北京西山地层序列和厚度计算，本次抬升幅度达到4000米左右，而在辽宁西部则几乎达到了6000米。为复原翁文灏所分的这三类“异种地层之接触”，本文分别以北京昌平区流村镇韩台村、门头沟区雁翅镇刘公沟和龙泉镇九龙山南坡进行举例考证（图3）。↑ 图3 北京西山地质略图（据1:250000北京地质图修改，渠洪杰）(1)韩台村地质点（N:40°06′06.7″ ，E:115°57′28.4″， H:327m）。该点现象为侏罗系覆盖在元古界雾迷山组之上。下部的元古界雾迷山组为中薄层藻团白云岩、硅质条带白云岩（图4左）。侏罗系为粗碎屑岩相, 底部为灰白色粗砾岩，砾石成分以硅质条带白云岩和硅质岩为主，磨圆和分选都很差，向上渐变为紫红色砂岩\含砾粗砂岩旋回层（图4右）。该套砾岩上部为髫髻山组火山岩覆盖。火山岩中含有可以界定喷发年龄的锆石，采用锆石U-Pb同位素测年方法会准确得到火山喷发的年龄，进而限定火山岩下部的该套砾岩形成上限。在测年样品采集位置，可以观察到火山岩与砾岩间无明显不整合现象，且该处附近火山岩与砾岩常成互层状态，表明火山岩的形成时间与砾岩沉积是同时的。在上述点之南（GPS数据：N:40°05′53.6″， E:115°57′29.9″，H:350m）采集安山岩年龄测定样品给出的数据表明，该套火山岩与砾岩形成的时间为151.0±5.1Ma（侏罗纪晚期）。↑ 图4 “燕山运动”不整合面之侏罗系（右）与下伏元古界雾迷山组（左）岩层岩性特征（渠洪杰，2012年，拍摄于北京市昌平区流村镇韩台村）(2)刘公沟地质点（N:40°00′18.1″，E:115°49′50.9″，H:330m）。主要现象为：古生界中厚层块状灰岩被一层厚度不均的砾岩层所覆盖（图5），砾岩部分夹有灰色、灰绿色粉砂岩和细砂岩，砂岩之下的砾岩中砾石棱角状明显，成分单一，与下伏灰岩一致，砾石直径一般不大于30cm，基质支撑。该不整合面上覆砾岩的年代学研究较为薄弱，因为砾岩本身很难进行年代学测试，对砾岩中砂岩夹层可以采集碎屑锆石测年样品，挑选其中的碎屑锆石进行U-Pb同位素年代学测试，测试结果表明其物质来源丰富，并存在一个159.2±1.9Ma的峰值，而最年轻锆石年龄为152Ma，表明该不整合面构造的形成时代为侏罗纪晚期。图5 “燕山运动”不整合面之侏罗系（上）与下伏古生界（下）岩层特征（渠洪杰，2009年，拍摄于北京市门头沟区刘公沟）(3)九龙山南坡地质点（N:39°56′16.0″ ，E:116°02′50.9″，H:305m）。该点位于侏罗纪盆地内部。按照地质理论，处于同时期盆地内部的地层相对是连续的，所以，该处露头最具有考证意义。《北京西山地质志》和王竹泉都分别在九龙山南坡进行过剖面测量（图6），识别出了多层砾岩，其中，最为重要的为自下而上测量时第一层砾岩。这层砾岩在王竹泉定名为龙门组之前，被称之为九龙山组底部砾岩。砾岩厚层块状，夹深灰色砂岩透镜体，上覆于门头沟煤系或窑坡组灰色、深灰色砂岩与泥岩之上。砾岩中砾石分选和磨圆中等，成分复杂，主要以石英砂岩、碎屑岩、凝灰岩、碳酸盐岩和燧石为主，其中，碳酸盐岩和燧石与元古界雾迷山组可对应。这套地层的确切年龄依然难以测定，但根据上下地层关系和内部砂岩碎屑锆石测年，仍可以得出其形成的时间约为145Ma左右，时代为侏罗纪晚期。↑ 图6 《北京西山地质志》（a）与王竹泉（b）在九龙山南坡测制的侏罗系剖面及砾岩照片（渠洪杰，2009年，拍摄于北京市门头沟区九龙山南坡）然而，正如前章所言，“燕山运动”在提出以后的长期发展中，已经对最初的定义进行了更为丰富的扩展，最突出表现为将代表“燕山运动”的地质记录变得更为全面。从“每覆于不同时代之上的砾岩”发展成为多个期次形成的沉积盆地、岩浆作用、不整合面和变形构造等证据。目前，主流地质学界在翁文灏等早期分幕或期的基础上，将“燕山运动”分为“A幕”、“中间幕”和“B幕”。“A幕”是以现在定义髫髻山组火山岩之前的不整合为标志，在北京西山盆地内的龙门组和九龙山组沉积是该幕次构造运动的响应，所以，髫髻山组底部火山岩之前和窑坡组顶部碎屑沉积之上的年龄代表了“A幕”的时间（图7）。鉴于不同地区地层保存和火山喷发不尽相同，所以，这个时间在研究结果上存在一个跨度。北京西山雁翅镇马兰村一带髫髻山组底部火山岩锆石U-Pb年龄为157±3Ma，在河北省承德一带的髫髻山组底部火山岩则为161±1Ma。在此之前可以进行很好定年的地层为南大岭组火山岩。渠洪杰等（2012）报道了北京西山南大岭组火山碎屑岩的年龄为168.2±1.4Ma，这套地层位于难以测定准确年代的龙门组和窑坡组之下，给出了A幕发生的下限年龄。故，“燕山运动”A幕是发生在161-168Ma之间的构造运动。↑ 图7 北京西山龙门组底部砾岩中燧石砾石（左）与髫髻山组底部的复成分砾岩（右）（渠洪杰，2012年，拍摄于北京市门头沟区九龙山和雁翅镇淤白村）“中间幕”是一个确认了“B幕”存在标志之后才能定义的幕次，所以，判别“B幕”标志十分重要。翁文灏在提出“燕山运动”之后的辽宁北票盆地之行，就观察到了侏罗纪末-白垩纪初的一次构造变形，由此标记的上、下地层之间不整合面更加凸显了“B幕”的存在。在北京西山地区“B幕”不明显，主要是因为所保存的地层受限，西山盆地内较少保存有白垩纪地层，所以，不易观察到这期变形。在河北省北部的后城盆地、承德盆地或燕山山脉中段的其他中生代盆地内，标志着这一期次存在的证据是很明显的，也是被后人研究最为透彻的地方（图8）。张家口组流纹岩与下伏土城子组碎屑岩之间，存在显著的角度不整合面，这一不整合面上覆张家口组最底部火山岩的锆石U-Pb年龄为135±1Ma。北京西山盆地内同期的东岭台组流纹岩年龄为132.24±0.41Ma。不整合面之下的土城子组已经发生了显著的褶皱变形，对这一变形的剖析尤以河北省北部的承德盆地最为透彻，该盆地内土城子组和髫髻山组已形成一宽缓且不对称的向斜。在北京西山盆地内的黄土店，可见早期地层逆冲于土城子组之上，顶部凝灰岩锆石U-Pb年龄为140.2±3Ma。区域上土城子组内部火山岩夹层锆石U-Pb同位素的测年结果表明其形成时间为156-139Ma。↑ 图8 “燕山运动”B幕张家口组流纹岩与土城子组砾岩间角度不整合（右手为东）（渠洪杰，2015年，拍摄于河北省赤城县后城镇）“A幕”和“B幕”之间称之为“中间幕”，从岩石地层序列而言，“中间幕”就是以髫髻山组火山岩为代表的一套岩浆作用来表现的，具体时间段以髫髻山组顶部火山岩的年龄来限定，集中在161-153Ma。“燕山运动”之于中国东部构造格局的重大意义“燕山运动”所揭示的地质现象和所总结的地质理论，在指导固体矿产勘察、煤炭资源开发、石油天然气勘探和科学研究中都发挥了重要的作用。燕山期的岩浆作用带来了巨量金属元素的富集，形成了诸多不同类型的矿床。中国东部自北向南的大兴安岭成矿带、太行山成矿带、华南成矿带等多是受燕山期岩浆作用的影响，提供了来自地球深部的巨量金属元素。中生代以来形成的大型沉积盆地和热事件，汇聚了石油天然气能源资源，如被称之为聚宝盆的鄂尔多斯盆地内蕴含的石油、天然气、煤炭、铀矿等形成、富集和改造，均与燕山运动密切相关，盆地内含煤碎屑岩与上覆岩层之间突变的沉积相和物质组分，是对“燕山运动”A幕的记录，如北京西山盆地内龙门组与上窑坡组、辽宁北票盆地内海房沟组与北票组、山西大同盆地内云岗组与大同组、鄂尔多斯盆地内直罗组与延安组等。中国东部一系列北东向的盆地，如松辽盆地、环渤海湾盆地、四川盆地等与前面所述的大兴安岭、太行山、秦岭和华南系列山脉，相间排列组成了北东向构造地质地貌单元，而这一构造格局的形成是发生在“燕山运动”期间。中国大陆由早期以阴山-燕山构造带、泛鄂尔多斯盆地和秦岭-大别山构造带为主体的东西向构造，转变成为了北东向的构造，地质学家一般将其称为“东亚构造转折”。截止2024年6月20日，在中国知网全文检索栏输入“燕山运动”，就可检索到42304条对应的学术论文，输入“燕山期”则可检索到94298篇学术论文，这还不包括未被中国知网收取的文献库和未被收纳的时间段内发表的论文。20世纪末到21世纪初，由国家自然科学基金委、科技部和中国地质调查局等单位资助的一批项目，将目光锁定在中生代地质过程的调查与研究上，其中，中国地质科学院地质力学研究所赵越研究员负责的国家自然科学基金委重点项目“燕山板内造山带的结构、变形过程及动力学”、中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士负责的国家自然科学基金委重大研究计划“华北克拉通破坏”和中国地质科学院董树文研究员牵头的国家专项“深部探测技术与实验专项”等，是这一时期发展“燕山运动”并取得重大理论突破的代表性项目。地质科学家们从构造体制转折、深部岩浆作用与浅地表变形、地球动力学背景等多方面，认识和发展“燕山运动”的内涵，使得“燕山运动”显示出持续的生命力，这一里程碑式的发现依然焕发熠熠光辉。任继舜院士指出“在中国东部的历次地质事件中，燕山构造旋回都是一次十分重要的，压倒一切的构造运动，中国的主要大地构造单元雏形已经形成。”深刻阐明了“燕山运动”对揭示中国东部北东向构造形成的重大意义。“燕山运动”提出的特殊意义“燕山运动”提出的时代是国内军阀混战，国外列强瓜分中国的特殊时期。然而，以翁文灏等为代表的近代中国地质学家仍孜孜不倦，为了强壮衰弱的国家和民族，筚露蓝缕启山林，发展了地质理论，提出了“燕山运动”的认识，切实服务了当时社会的发展和国家建设，他们的精神是一笔宝贵的财富，具有特殊的意义。100年后的今天，国家开启了新一轮找矿突破战略行动和发展新质生产力的征程，地质调查者拥有安全稳定的国内环境和相对充裕的资金支持，更应该抓住历史的机遇，向老一辈科学家们学习，不忘初心，以服务国家需求为己任，奋勇向前，开创新的历史篇章。来源：中科院地质地球所作者：渠洪杰编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-06-27
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植物和昆虫的“相爱相杀”，从恐龙时代就开始了
这块化石标志着与被子植物相关的生态系统早在晚白垩世就已开启其迈向现代的复杂化进程。被子植物是当今世界上多样性最高的类群，至少有30万种。我们人类的衣食住行医很大程度上都不得不依靠被子植物，比如我们每天要吃的主食和蔬菜，绝大部分都是被子植物。其实，早在人类起源的几百万年前，被子植物就已经是地球生态系统不可或缺的重要成分了。↑ 被子植物的分类（图片来源：Nature）被子植物与昆虫的复杂关系由于被子植物的多样性和重要性，在长期的演化过程中，被子植物和动物（包括昆虫和人类等）形成了复杂的互动关系。和被子植物一起发展壮大起来的昆虫同样是生物界多样性极高的类群，而其在长期的演化过程中，它们和被子植物之间形成了密不可分的生态关系，某些昆虫甚至和特定的被子植物类群之间形成了一一对应的良性互动关系，这对于昆虫和被子植物都有好处。但需要注意的是，大部分的昆虫和被子植物之间的关系是一种取食关系，这不仅包括昆虫取食植物的叶片（或者其他组织）的情形，也包括植物捕捉和取食昆虫的情形（当然，后面的情形比较少见）。昆虫取食植物主要发生在植物的叶片上，这一再普通不过的行为对农业生产来说却是个灾难，人类会通过喷洒农药干预昆虫和庄稼之间的取食关系，防止昆虫的行为伤害人类的利益。在现代生态系统中，被子植物并没有有效应对某种昆虫的防御和反抗机制，因此经常受到不止一种昆虫的侵害。考虑到世界上有几十万种昆虫的存在，现代被子植物的叶片遭受多种虫害是“理所当然”的事情，这反映了现代生态系统的复杂性，↑ 被昆虫啃咬过的叶片（图片来源：veer图库）但这只是目前的状态，并非永恒的状态。在古生态学的研究中，我发现在地质历史时期，古植物与同代动物之间的互动关系是不断变化的。从一块化石发现的复杂关系最近围绕化石植物的古生态学研究取得了不少有意思的进展，二叠纪的木材中有昆虫遗留下的粪便和啃食痕迹，中生代的多种化石叶片上发现有昆虫啃食的痕迹，新生代植物（尤其是被子植物）经常受到昆虫的攻击……总体来讲，随着时间的推移，被子植物和昆虫之间的互动关系越来越频繁和复杂了。这种生态关系复杂化的一个标志就是昆虫啃食痕迹的多样化。最早的被子植物叶片化石受到的攻击经常来自同一种昆虫，因此啃食的痕迹也就只有一种。但是到了现代，一种植物可能会受到多种昆虫的攻击，一种昆虫也可能啃食不同的植物，这种从简单到复杂的生态关系是有一个演化过程的。如何确认这个生态关系复杂化的过程和程度？这个复杂化的进程是什么时候开始的？尽管人们可以利用各个方面的证据来推测，但是化石才是最后能够一锤定音的信息来源。因此，寻找相应的化石证据成为古植物学家的重要任务。2019年7月，海南热带海洋学院的韩刚教授和中国地质调查局沈阳地质调查中心的张立军教授通过朋友得到了几块来自内蒙古呼伦贝尔盟阿荣旗的植物化石。韩刚教授此前和我有过很长时间的合作研究，拿到化石的第一时间就和我取得了联系。这些化石中有一片大型叶，它上面具有昆虫咬食痕迹。我意识到这块化石具有潜在的生态学意义，于是联系韩刚教授把化石寄送到中国科学院南京地质古生物研究所，以便开展进一步的观察和研究。8月初，化石寄到了我的手里。不出所料，通过仔细观察，我确认了自己最初的判断：按照国际上对于昆虫啃食痕迹的分类可以发现，这块不到10厘米长、5厘米宽的叶片化石上竟然有三种不同的昆虫咬食痕迹！↑ 来自八千万年前晚白垩世的悬铃木科植物的叶片化石（图片来源：韩刚等,2024）始于晚白垩世的关系进程显然，这是一个具有重要学术价值的发现。为了做进一步的研究，我决定与韩刚教授和张立军教授尽快安排一次野外考察，以确定化石的地层信息。10月下旬，我们来到了呼伦贝尔盟阿荣旗的甘河农场。在地质学上，这片区域被称为大杨树盆地，前人已经进行过一些地层学研究。我们发现化石的岩层属于晚白垩世的嫩江组，这个结论得到了我们后来进行的同位素测年研究以及中国科学院南京地质古生物研究所李罡研究员对于伴生叶肢介化石的研究结果的支持。确认了地层年代后，为了慎重起见，我们决定请教长期专注研究叶片化石的佛罗里达博物馆馆员王洪山博士，王博士很热心，给我们的工作提供了重要的帮助。通过初步研究，我们认为化石和前苏联东北地区晚白垩世发现的悬铃木科植物叶片Arthollia最为相似。这个结果并不令人感到意外：这两个地区之间地理距离并不太远。↑ 叶片上的第一种咬痕类型：主脉两侧的叶片组织全部被啃食（图片来源：韩刚等,2024）悬铃木科植物是被子植物里最大的类群----真双子叶植物里的基部类群。这种植物虽然现在的多样性并不算太高，但是在白垩纪，悬铃木科植物却是非常丰富和多样的，曾经在北半球广泛分布，甚至在美国的达科他植物群中的某些层位充当主导类群。因此，悬铃木科植物叶片在大杨树盆地的出现合乎情理。为了保证我们鉴定的准确性，我们还把化石与现代的悬铃木科植物叶片进行了对比。这个过程中，南京中山植物园标本馆的董晓宇为我们提供了宝贵的帮助。↑ 叶片上第二种咬痕类型：叶脉之间的叶片组织全部被啃食（图片来源：韩刚等,2024）现今的世界上，昆虫多样性极高，有几十万种，这还不算已经灭绝的类型。不同的昆虫具有不同的口器和取食方式，也就会在植物的叶片上留下不同的咬食痕迹。我们联合化石昆虫的专家——中国科学院南京地质古生物研究所的张海春研究员共同参与了这项研究。我们在化石上发现的三种咬痕证明，至少有三种不同的昆虫是以悬铃木科植物的叶片为食物来源的。↑ 叶片上第三种咬痕类型：叶片的边缘被啃食（图片来源：韩刚等,2024）此前的报道中，被子植物的叶片被啃食是常见的。但是，一般情况下都是一片叶子上只有一种昆虫咬食的痕迹，这属于生态学中相对简单的食物链关系。但是，当代生态系统中的食物链是交汇成复杂的食物网的，此前能够证明这种食物网的起源和历史的化石证据很少，甚至没有。此次发现的同一片化石叶片中出现了三种昆虫咬食痕迹是十分罕见的。目前的化石来自八千万年前的晚白垩世，这是目前最早的相关化石记录，标志着与被子植物相关的生态系统早在晚白垩世就已开启其迈向现代的复杂化进程。结语当代被子植物与昆虫之间互动，构成了复杂的食物网。这种食物网现在看来至少在八千万年前的晚白垩世就开启了。我们的发现为此提供了证据，但是有没有更早的历史、此后食物网发生怎样的演化过程还是我们知之甚少的领域。希望将来的研究能够在这方面揭示更多的真相。注：本文的作者为中国科学院南京地质古生物研究所研究员，长期从事被子植物的起源和演化研究，以中国发现的化石材料为主先后发现和发表了多个白垩纪之前的被子植物生殖器官（包括侏罗纪的施氏果、南京花、潘氏真花等，以及二叠纪的太原穗）。作者的兴趣还包括细胞质化石及素数研究。参考文献：Gang Han, Haichun Zhang, Lijun Zhang, Lingji Li and Xin Wang. The First Sign of the Complication of Angiosperm-Related Ecosystem. Sci J Biol & Life Sci. 3(5): 2024. SJBLS.MS.ID.000571. DOI: 10.33552/SJBLS.2024.03.000571来源：科普中国作者：王鑫（中国科学院南京地质古生物研究所）编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-06-25
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梅龙达普：雪域高原上的古人类家园
梅龙达普洞穴像一个神奇的时光隧道，从当下，到几千年前，再到数万年前，保留了世界屋脊上人类文明的火种。青藏高原古人类生存历史是国际学术界高度关注的热点问题，蕴含着最初人群来源、极端环境下早期人类适应方式、不同人群与文化之间的交流融合、现代高原人群及其文化形成过程等重大学术课题。西藏梅龙达普洞穴遗址群的考古新发现，为破译上述问题提供了极为重要的材料与信息。梅龙达普位于西藏自治区阿里地区革吉县狮泉河左岸，海拔4700米，是青藏高原腹地发现的首个史前洞穴遗址，也是世界范围内海拔最高的超大型史前洞穴遗址。梅龙达普洞穴保留了多期人类活动留下的文化遗存，为探讨远古人群在极端高海拔环境中的生存能力与演化、徙居模式、社会组织形式等提供了至关重要的材料。↑ 梅龙达普洞穴向外眺望。作者供图追寻世界屋脊上的人类足迹从第一次走出非洲到占据世界的每一个角落，人类演化的历史也是一部不断扩张的历史。进驻通常被视为生命禁区的高原，是人类体质演化与行为能力发展的一个里程碑。在世界上有人类常居的三大高原中，南美安第斯高原海拔约4500米的高山上，距今一万两千年前就有人类活动；非洲埃塞俄比亚高原，在距今四万七千年前就有人类生活在海拔3500米处。那么在总面积308.34万平方公里、平均海拔4320米，最大最高的青藏高原，人类活动的历史又是什么样呢？在这样一片广袤无垠、天高地阔的苍茫大地上，曾经上演过怎样一个动人心魄的人类绝地探索故事呢？人类在素有“世界屋脊”之称的青藏高原长期生存，需要经受氧气稀缺、低气温、高辐射、少降雨、长冬季，以及资源匮乏等重重压力，其中低氧更是会严重威胁人类的生存与生殖繁衍。藏族人世代居住在青藏高原，已经成功适应了这一恶劣环境，但是关于人类最早开发高原及适应高原环境的时间、过程和机制，还有很多未解之谜。青藏高原缺乏有地层埋藏和可靠年代数据的旧石器时代考古遗址，因此早期人类生存历史虽然备受关注，却众说纷纭、莫衷一是。↑ 梅龙达普遗址考古发掘现场。作者供图近年来，青藏高原考古工作不断取得突破性进展：如甘肃白石崖溶洞遗址和四川皮洛遗址，将史前人类最早进驻高原的时间推到距今十几万年前；白石崖人化石的古蛋白研究结果显示，十几万年前的人类活动历史与古老的丹尼索瓦人有关。这两处遗址均位于高原东部边缘、海拔4000米以下的区域，而在极高海拔的高原腹地（西藏自治区），最早的人类活动记录为距今四万年前的尼阿底遗址。研究结果显示，尼阿底的石叶遗存是晚期智人也就是早期现代人的文化遗物，表明对高海拔极端环境的适应，是我们这个物种所独有的能力。近年来，青藏高原西部梅龙达普洞穴遗址的发现、发掘与研究工作，更是大大延伸了雪域高原的历史轴线、书写了人类远古历史的新篇章。艰苦卓绝的高原考古阿里地处藏北羌塘高原西部地区，被称为“高原中的高原”，“氧气吸不饱、风吹石头跑”，自然条件极为恶劣。2018年，西藏自治区文物保护研究所和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所联合进行旧石器考古调查，考古人带着“手铲释天书”的使命登上极地，寻找人类征服“地球第三极”的最初证据。我们几经艰辛，在阿里地区狮泉河上游左岸的石灰岩山体上发现了梅龙达普洞穴遗址，这是青藏高原腹地发现的首个史前人类的“洞穴之家”，也是世界范围内海拔最高的超大型史前洞穴遗址。梅龙达普藏语意为“腰间的镜子”，海拔4700米，洞口位置高出河平面104米。这个遗址由一字排开的三个独立洞穴组成：一号洞开口朝南，规模宏大，面积超过1000平方米；二号洞开口朝向东南，规模较小，面积约60平方米；三号洞开口朝南，面积约25平方米。经国家文物局批准，考古队在2018—2023年连续开展田野考古发掘工作。目前，已出土旧石器时代至早期金属时代各类文化遗物逾万件，包括石制品、骨制品、陶片、青铜器、动物骨骼、植物遗存等。一号洞的洞壁上还发现排列有序的竖条纹、人形轮廓、手掌和太阳等以红色赭石绘制的岩画。↑ 梅龙达普洞穴中的人形岩画。作者供图考古发掘工作是严谨、细致而全面的。我们在不同发掘区以1米×1米的小探方为单元，展开精细发掘。我们用手铲剥离沉积物、用毛刷或吹球拂去尘土，用全站仪打点记录所有遗物和遗迹的三维坐标、用罗盘记录出土物的空间状态，对动物化石进行原地加固提取或石膏整体打包，对所有发掘出土的堆积进行筛选和浮选，系统采集高分辨率的年代学、沉积学、古环境学和遗传学样品，对遗址区、洞穴、重要遗迹与地层进行三维扫描和重建……野外的每一件标本、每一条记录和每一个样品都弥足珍贵，像一片片拼图，一点点拼起世界屋脊上古人类演化的巨幅画卷。在千山之巅、万川之源，跟梅龙达普先民仰望同一片星空、俯瞰同一片大地，对考古学者来说是终极浪漫；但在极端高海拔环境中，持续开展考古工作则是对考古人身心的巨大考验和挑战。在氧气含量不足平原地区60%的雪域之巅，我们每天都要攀爬104米高的洞（相当于35层楼），所有的设备、标本和样品都需要人工运送，漫天的粉尘连N95和防毒面罩都难以招架。一位资深的西藏考古学家评价说：“高原考古艰苦，梅龙达普最苦！”六年寒来暑往、克难攻坚，梅龙达普联合考古队锤炼了队伍，培育了新人，取得了学术和精神的双丰收。再现雪域高原十万年间古人类生活图景2018年底，青藏高原腹地首个旧石器制造场——尼阿底遗址的发现，证实古人类在距今4万年前已在世界屋脊上留下了清晰、坚实的足迹；而高原先民家住何方，仍是待解谜题。阿里梅龙达普洞穴罕见地保存了内涵丰富的多期远古人类遗存，为人类开拓青藏高原的征程提供了最新的地理坐标、时间标尺和文化内涵。海拔4700米的梅龙达普洞穴，是世界上海拔最高的史前遗址，刷新了早期人类征服高海拔极端环境的最高纪录，代表人类适应与生存能力到达新高度，书写了人类演化进程中开疆拓土的新篇章。这一发现，直接将人类在海拔4500米以上极端高海拔环境中的生存历史提前至十万年前，将雪域之巅的人类活动历史大大向前推进。经过六年艰苦卓绝的田野工作，我们在洞穴的不同部位揭露出罕见的三套史前文化遗存，分别代表由早至晚三期人类占据洞穴的历史，重建了高原远古历史中的重要篇章。↑ 梅龙达普遗址出土的骨柄石刃刀。作者供图梅龙达普是目前已知西藏地区唯一一处旧石器时代-新石器时代的洞穴遗址。一号洞规模宏大，据专业测算，成人可通行的面积超过4000平方米，堆积厚度超过7米，工作潜力巨大。梅龙达普一号和二号洞穴保留了从十万年前至一千年前多期人类活动留下的文化遗存，填补了西藏史前史中多处空白，是西藏历史上轴线最长的遗址，为探讨远古人群在极端高海拔环境中的生存能力演化、适应模式变化、生计方式演进等提供了至关重要的材料。尤其是距今10万年、距今4.5万年和距今4000-3000年等关键时段的文化遗存，为解决人类最早何时登上高原腹地、早期现代人扩散路线、动植物资源驯化利用等重大科学问题提供了关键性的证据。在高原寒冷干燥的独特环境中，梅龙达普洞穴保存了大量动植物遗存、微体化石（指需用显微镜观察的微小生物的化石。——编者注）和沉积物DNA。这是首次在青藏高原腹地的旧石器时代遗址中发现大量且保存状况良好的动物化石，很多动物遗存上还保留有清晰的人类取食行为所形成的切割或砍砸痕迹。洞穴中出土的农作物种子，如青稞、豌豆等，对于研究高原极端环境下农业起源与扩散，不同海拔区域人群农产品的交换关系及人群流动，意义重大。梅龙达普洞穴还发掘出土了丰富的石制品、陶器、骨器等文化遗存，为探讨人群迁徙和文化交流提供了重要线索。这里发现了不同时段的打制石器技术类型：十万年前的简单石核石片技术、四万年前的盘状石核技术与高原相近时段的皮洛手斧技术、尼阿底石叶技术，呈现出迥然不同的文化面貌，显示与云贵、华北和新疆有着密切的联系。出土的彩陶和戳印纹饰融合了东部和西部的文化元素，体现出多元复杂的特点。梅龙达普生动描绘了十万年尺度内，不同区域的人群在雪域高原交流、融合的壮美画卷。狮泉河上游以梅龙达普洞穴遗址为代表的遗址群，面积近一万平方公里，包括旷野和洞穴两种类型的遗址三十余处，从数万年前延伸至距今千年。在这个大型河谷内的洞穴-旷野遗址群中，梅龙达普洞穴为古人提供了一个长期稳定的居所，而周边旷野遗址和小型洞穴则是古人类的临时活动营地或短期居所。通过考古发掘，我们还原出在海拔4600米上下、极端高寒缺氧的高原腹地，由早至晚三期古人类远古家园的面貌：十万年前，最早的探索者来到梅龙达普，在雪域之巅吹响征服自然的号角。他们采用本地石料和简单的石核-石片技术制作石器并简单修理，用以肢解和食用猎物，并在马鹿、原羚等动物骨头上留下切割、砍砸的痕迹。↑ 梅龙达普遗址远眺。作者供图四万五千年前，第二期先民再次驻扎洞穴。他们优选原料，以复杂的技术制作出类型多样、修理精致的石器，狩猎采集的生活留下了大量动物碎骨、粪便和植物遗存。四千年前，新的高原征服者携带先进的技术装备和生存利器安居于此。源自华北地区的细石叶技术，代表了打制石器技术的高峰，远距离交换或运输而来的燧石、玛瑙和黑曜石等优质石料，反映了人类认知和迁徙能力的长足进步。此时，骨器、陶器和青铜器等全新的技术产品进入了日常生产生活。陶器的形制、纹饰和颜色，记录了复杂的人群迁徙和文化交流信息，其上的烟炱和残留物，仿佛仍在散发着炊煮的烟尘和食物的余香。骨针、骨锥、石网坠、鱼骨和青稞的发现，为我们复原了他们饭稻羹鱼、缝衣御寒的三餐四季。出土的岩画、串珠、无舌铜铃等，则勾勒出梅龙达普人丰富的精神世界，体现高原文明之花已悄然绽放……梅龙达普洞穴像一个神奇的时光隧道，从当下，到几千年前，再到数万年前，保留了世界屋脊上人类文明的火种，记录了人类攀登高原的勇气，见证了璀璨高原文明的孕育和形成。目前，对梅龙达普洞穴遗址的石器技术功能分析、动植物考古、古环境重建、高精度测年和古DNA等多学科综合研究正在进行中。未来，其成果必将刷新并极大丰富我们对人类演化进程和世界屋脊远古人类历史的认知。来源：光明日报作者：张晓凌（中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员）编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-06-25
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这里是通往恐龙灭绝的地狱之门
塔尼斯遗址供了这次惊天大撞击和恐龙等生物灭绝的最开始那短暂一瞬的快照，为人们开启了一窥诸多关于小行星撞击和生物大灭绝过程细节的大门。发生于大约6600万年前的白垩纪-古近纪（K-Pg）生物大灭绝事件，被认为导致了包括恐龙在内的大量生物的灭绝。自1981年美国Alvarez父子基于K-Pg界线地层中的“铱元素”异常提出小行星撞击理论，特别是直径数百公里的同期希克苏鲁伯（Chicxulub）撞击坑发现以来，小行星撞击地球导致恐龙在内的白垩纪末生物大灭绝这一理论就吸引了很多人的关注，并变得几乎人尽皆知。尽管人们已经知道这次撞击事件给地球环境和生物演化带来了毁灭性打击，但关于这场灾难发生的细节我们仍知之甚少。由于缺乏同时期形成的高精度沉积记录，人们对小行星撞击在最初几小时到几天内会对地球生命和环境造成怎样的影响认识非常有限，而这正是理解整个灾难事件的关键一环。幸运的是，科学家们发现在一些特殊环境中形成的特异埋藏地层，就像是地球历史的“时间胶囊”， 记录和保存了很多地球历史细节，可以帮助我们更好地了解这次小行星撞击和恐龙灭绝。其中最著名的地层剖面被称为塔尼斯（Tanis）遗址，被认为是近年来K-Pg界线研究的最重大发现，拥有关于这次撞击事件丰富的生物化石和撞击记录，科学家们对其进行了长期的研究，并取得了非常丰富的成果。地狱之门——塔尼斯的发现历程塔尼斯遗址位于美国西北部的北达科他州，距离希克苏鲁伯撞击坑约3000公里（图1）。与现今的陆地环境不同，6600万年前的塔尼斯地区处于北美内陆海道西岸(WIS)附近的古老河谷之中，此时正在沉积的地层后来被命名为地狱溪（Hell Creek）。↑ 图1. 塔尼斯遗址古地理位置和现今地貌（左图修改自维基百科，右图修改自Ali Pares/BBC，站立者为Robert DePalma）塔尼斯遗址最初是由美国北乔治亚大学教授史蒂夫·尼克拉斯（Steve Nicklas）和古生物学家罗布·苏拉（Rob Sula）于2008年发现的。他们在对塔尼斯的初步研究中意识到了该处地层的独特性，便请来了堪萨斯大学的研究生罗伯特·德帕尔马（Robert DePalma）进行深入的挖掘工作。童年时便已是狂热古生物化石爱好者的DePalma抓住了这一机遇。从2012年开始，DePalma在几乎完全保密的情况下对该遗址进行了系统性的挖掘和研究。↑ 图2. 塔尼斯遗址中撞击相关物质。(A) Chicxulub撞击事件产生的位于K-Pg事件沉积物顶部的铱富集的薄层（高亮）。(B) 具有面状变形页理的冲击石英。（C-D）黏土化的溅射球粒。(E) 未蚀变的撞击玻璃。当DePalma及其研究团队公布在塔尼斯遗址中的发现后，震惊了科学界，其独特程度甚至让很多科学家怀疑其真实性。除了K-Pg界线的常客如富铱粘土、撞击球粒和冲击石英外（图2），他们还在塔尼斯遗址中发现了很多动植物批量快速死亡的残酷景象。例如：大量未经历腐烂过程的动植物被快速埋藏，淡水和咸水生物混杂交错；重重叠叠的鱼类尸体，嘴巴大张，身体痉挛，很多鱼鳃中吸入了撞击微玻璃球粒；有的龟类身体被树木直接刺穿，还有包括恐龙在内的不少动物身首分离……。这些化石均位于K-Pg富铱粘土层之下，但与撞击溅射玻璃共生，显示它们受海啸袭击突然死亡和快速埋藏发生在小行星撞击后不到一小时之内。如此快速的海啸不可能来自远在3000公里外墨西哥湾的撞击点，而只可能由撞击触发的地震波引起。可以想象一下当时的场景：这本是6600万年前塔尼斯河畔平常的一天，突然一个巨大火球掠过天际，伴随着一道强光闪过后一切发生了改变。大地发生剧烈抖动，紧接着倒灌的高达十数米的海啸水墙席卷河畔，附近的几乎所有动植物在转瞬间被水流裹挟、搅拌着带入河谷和低地（图3），在劫难逃。数十分钟后，撞击熔融形成的炽热玻璃物质铺天盖地降落，撞击产生的尘埃云也遮天蔽日而来，日光暗淡，空气浑浊难以呼吸，甚至连水中也充斥着不断沉降的微小玻璃珠和其他尘埃，瞬间塔尼斯河畔“死气沉沉”，不啻地狱般的场景。↑ 图3. K-Pg界线撞击发生时塔尼斯的卡通场景（图自Robert DePalma）灾难发生的季节2021年12月，DePalma和他的团队发表了塔尼斯与希克苏鲁伯小行星撞击事件同期的鱼类化石研究成果。他们专注于这些化石的组织结构，比如骨骼生长环的厚度和间隔，以及氧、碳等特定元素的同位素比值的周期性变化，对这些鱼在死亡前的生长模式和季节性变化进行了分析，从而对希克苏鲁伯灾难性撞击事件发生的季节进行了精确定位，推断出这次撞击事件可能发生在北半球春季或夏季。尽管后来DePalma的部分实验数据的严谨性受到了其他科学家的质疑，并给他带去了不小的麻烦，但这些并不影响文中得出的撞击发生在北半球春季或夏季这一基本结论。紧接着，荷兰阿姆斯特丹自由大学的研究生During及其合作者于2022年1月在Nature杂志发表了类似的研究成果。他们通过高分辨率的同步辐射断层扫描技术（PPC-SRμCT）和显微X射线荧光光谱（M-XRF）对塔尼斯遗址沉积物中鱼类化石的骨骼组织和同位素组成进行了研究（图4）。通过分析鱼类化石所记录的年度生长周期和碳、氧同位素变化，他们认为希克苏鲁伯小行星撞击发生在北半球春季，这与DePalma的研究结论吻合，而且更精确地限定了这次撞击发生的时间范围。↑ 图4. 鲟鳃CT扫描重建图及骨骼成分分带图DePalma和During等人对塔尼斯的研究对于我们理解希克苏鲁伯撞击造成的K-Pg灭绝事件、地球环境以及生态系统的演化模式具有重要意义。此外，科研人员对塔尼斯遗址的研究还为我们提供了关于全球气候变化对生物多样性影响的重要历史视角，推动了对白垩纪末期地球气候和生态转变的重建。塔尼斯记录的生物大灭绝原因除了撞击季节的记录，塔尼斯遗址也为我们探索K-Pg界线生物灭绝，特别是恐龙这一昔日“地球霸主”灭亡的原因提供了新的视角。2023年10月，来自比利时的Senel及其研究团队结合激光衍射粒径分析、古气候和计算机模拟等方法研究了塔尼斯遗址的沉积层，发现这些6600万年前在希克苏鲁伯撞击事件中产生的硅酸盐尘埃远比我们想象的更为细小。它们的粒径主要分布在0.8~8.0微米，这种微米级的硅酸盐尘埃颗粒在大气中的漂浮寿命可能长达15年。这些尘埃颗粒，连同撞击产生的硫和野火产生的烟雾等可能导致全球表面平均温度下降达25°C（图5）。↑ 图5. 白垩纪末期 2 年到撞击后 25 年的硅酸盐尘埃、硫、烟尘和组合情景的时间演变曲线图。（a）全球平均地表温度变化；（b）全球细颗粒喷出物质量。温度的急剧下降本身就会对恐龙的生命活动造成致命性打击，加上大气中弥漫的尘埃遮蔽了阳光，使得植物的光合作用停止，导致K-Pg边界时期陆地和海洋初级生产力崩溃，从而引发一系列的食物链连锁反应。这种环境的剧变加上食物的缺乏，很容易使恐龙等处于食物链顶端的生物灭亡，并引发全球大规模的生物灭绝。Senel等人的研究揭示了希克苏鲁伯小行星撞击产生的尘埃对恐龙和其他生物大规模灭绝的关键影响，显示正是这些综合的环境压力和生存条件的改变导致了K-Pg边界的大规模生物灭绝。这一研究也为白垩纪-古近纪界线气候变化和恐龙灭绝是如何受到地外天体撞击事件的影响提供了新的解读。来自塔尼斯遗址的最新研究今年五月初，著名的行星科学杂志JGR上线了来自美国华盛顿大学LeVeque教授团队的一项最新研究成果。他们以极高的时间分辨率为我们讲述了小行星撞击地球之初的1-2个小时内发生的故事细节。地质记录显示，一个位于当时存在的美国西部内陆海道(WIS)上游的洲坝上（塔尼斯遗址一部分），希克苏鲁伯撞击后的1-2小时内发生了两次高达十米的巨浪，形成了一套具有双向（流入和回流）沉积特征的地层。正如前面所提到，从撞击地点传来的海啸波浪不可能在如此短的时间内到达，所以这一特殊沉积发生的原因难以通过传统的海啸机制进行解释。他们根据遗址中的淡水、咸水化石混合情况和历史海啸观测记录，基于地震激发水波传播的理论，构建了数学模型研究了在希克苏鲁伯撞击后，海浪将如何在西部内陆海道（WIS）中生成并传播到塔尼斯。他们认为，撞击相关地震波或者冲击波均不足以激发塔尼斯遗址所记录的巨大长周期海浪，进而探讨了撞击地震波引发的局部海盆的垂向位移，海底或沿岸大型滑坡引发海啸的可能性。尽管由于存在诸多变量，尚无法判断具体机制，但这些工作表明，塔尼斯遗址不单是古生物的宝库，还是人们了解在小行星撞击的极端场景下可能发生的地质灾害的实验场。结语尽管仍有很多谜团尚未解开，但塔尼斯遗址无疑提供了这次惊天大撞击和恐龙等生物灭绝的最开始那短暂一瞬的快照，为人们开启了一窥诸多关于小行星撞击和生物大灭绝过程细节的大门，包括撞击产生的直接影响（如强烈的地震波、地震引发的海啸和快速的沉积埋藏等）、撞击引发事件的时间序列、生物灭绝的可能原因等。相信随着研究的不断深入，塔尼斯遗址有望为地外撞击事件与地球环境和生物演化等之间的关联提供更丰富的解答。来源：科学大院作者： 张桃、廖世勇编辑：诸鹏飞审核：盛捷
2024-06-17
