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神奇的恐龙在哪里?化身恐龙法医按“石”索骥
每一次新的足迹发现,都是我们与这些古老生物之间对话的新篇章。
在地球漫长的历史里,恐龙曾是这颗星球上的主宰。尽管它们在约6600万年前的白垩纪末期就灭绝了,但留下的化石却成为了我们研究地球史、生命史乃至恐龙自身生活习性的珍贵线索。在所有恐龙化石中,足迹化石以其独特的方式,为我们提供了一种不同于骨骼化石的了解恐龙的途径,如果说骨骼化石可以帮助我们知道恐龙化石的生后事,那么足迹化石则描述了他们生前在做什么。今天,就让我们一起探索这些穿越时空的印记,揭开它们背后的故事,让我们从如何采集恐龙化石说起。采集恐龙足迹化石通常分为以下几个步骤:1.选址,选择暴露出来的岩层或露天矿床,这些地方通常更容易发现恐龙足迹化石。2.采集样本,测量尺寸,测量足迹的长度、宽度和深度,这些测量数据将帮助科学家们了解恐龙的体型和行走方式。3.分析足迹特征,观察足迹的形状、指数、脚掌的纹理等特征,并将它们与已知的恐龙足迹进行比对。这样可以推测出足迹的主人可能是哪一类恐龙,甚至可以推测出恐龙的速度和行走方式。4.重建恐龙行为,大量的足迹可能表明恐龙曾经形成群体,而不同的足迹类型则可能暗示着不同的行走方式,如奔跑、行进或停留等。这样的研究可以帮助我们更好地理解古代恐龙的生活方式和生态环境。↑ 一位科学家采集恐龙脚印的场景,她用一些橡皮泥把恐龙脚印围起来,再用硅橡胶涂满这个足迹,硅橡胶干的时候就可以把整个足迹撕下来带回去研究。脚印与脚印之间也有不同,正常人类的脚印是凹陷的,恐龙也有凹形脚印,但当凹形脚印被填充,原本形成脚印的地层被侵蚀,便可以形成凸形脚印,它是突出于表面的,可以直观地反映出难以观察的拇指印和皮肤痕迹。除了常见的这两类恐龙脚印化石,如果地层很松软,恐龙走过还会在下层基质出现印痕,越往下的地层变形越小,除了直接接触的地层上形成的痕迹,其他的都叫作幻迹。幻迹带来的麻烦是确定不了哪一层是最初的脚印层,除非上面留下了某种关键性的证据比如恐龙脚上的鳞片或者褶皱印痕、碎石泥缝、波纹痕或雨滴的重叠等。有了这些脚印,我们就可以大体辨认留下这些脚印的主人。科学家们一般通过骨盆的不同将恐龙分为蜥臀目和鸟臀目,但古生物学家难以根据足迹来判断恐龙的骨盆长什么样子,所以只能将它们分为遗迹科、属和种。最理想的情况是恐龙足迹能和恐龙化石在相距很近的同一化石点被发现,但这几乎是不可能的,因为二者形成的条件不同,足迹的形成需要较长时间的地表暴露,以便干燥、成形,但这对恐龙尸体的保存却极为不利,长期暴露于地表,恐龙的尸体很容易被食腐动物捡漏;另一方面,恐龙尸体的保存需要水流携带沉积物迅速将其掩埋,但这种水动力条件往往是摧毁足迹的元凶。首先我们先把四足和双足恐龙区分出来,四足的名为蜥脚类恐龙,它们具有较小的头部、较长的颈部和尾巴以及粗壮的四肢,包括雷龙、腕龙、梁龙等。其体重大,四足足迹一般显示出大小、形状不同的前后脚印,后脚印比前脚印大,还都可以有四五趾之多。四足恐龙足迹远不如双足恐龙足迹常见,是因为大多数四足恐龙更喜欢干燥或数木繁盛的栖息地,在那里它们的脚印不会被保存下来;而双足恐龙的脚印是最普遍的,它们通常包含形状相似的指纹左右序列,每个序列又包含三个主要的脚趾印记,所以通常被称为“三趾印”。但实际上大多数双足恐龙每只脚上都有四到五根趾头,但其中一根脚趾很小,并且处于脚后部内侧的高位,即使在化石上有痕迹,拇指脚印也通常小而浅;而第五趾在进化过程中慢慢退化了。↑ 退化的恐龙脚趾↑退化中非常浅的拇指印双足恐龙包含食草的双足行走的鸟脚亚目和食肉的兽脚亚目,可以通过趾尖和脚后跟区分它们:鸟脚类恐龙的脚印特点是它们的足迹通常比兽脚类恐龙的足迹更宽,后部更圆润(u型)。而兽脚型脚印往往有大而尖锐的抓痕,呈倒V字或尖锥形状,后半部呈现三角形或楔形(v型)。兽脚类还可以进一步划分种类,一开始,人们把20cm作为足迹的分水岭,<20cm的兽脚类称为虚骨龙类,>20cm的称为肉食龙类;现在更多使用的是从纤细型到粗壮型的分类:似鹬龙足迹、安琪龙足迹和实雷龙足迹。↑可以通过趾尖和脚后跟区分↑兽脚类尖锐的爪痕文章开头我们有提到恐龙足迹化石让我们了解到的是恐龙的生前事,通过这些各式各样的脚印,我们还能重建当时的恐龙行为。美国著名古生物学家奥斯特罗姆就通过观察鸭嘴兽龙类的足迹,发现了鸭嘴兽龙类是群居的,而且具有一定的社会性。而在中国发现的另一枚足迹则表明恐龙竟然会游泳:它用后肢末端扒水,刚刚好碰到河底留下了足迹。↑ 九只恐龙在前后间距很短的时间通过这段地方留下了足迹,说明恐龙是一种群居性动物恐龙在给世人留下当时地球状态信息的同时,也为一些古老传说增添了一份神秘色彩,比如内蒙古查布地区“神鹰”足迹实际上是三趾型的肉食性兽脚类足迹;贵州贞丰的“鬼脚印”实际上是恐龙时代之前三叠纪早期的生物足迹;能够飞檐走壁的西藏“格萨尔王”,背后的真实身份其实也只是走的比较快的恐龙罢了。恐龙足迹化石作为一种特殊的古生物遗迹,为我们提供了一个独特的视角来探索地球上曾经存在过的这些庞大生物,每一次新的足迹发现,都是我们与这些古老生物之间对话的新篇章。亲爱的读者朋友,你有见到过一些奇怪的痕迹吗,它们有可能是几千万年前恐龙留下的脚印呢。来源:石头科普工作室公众号作者:竹汐编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-24
恐爪龙:戈壁中的“龟爪”,白垩纪的镰刀大魔王
在所有的恐龙当中,到底谁的爪子最大呢?
物种名片镰刀龙(Therizinosaurus)发现地点:亚洲,蒙古生存时代:白垩纪,7000万年前物种体型:长约10米,重约4至6吨物种食性:植食物种分类:恐龙总目,蜥臀目,兽脚亚目,镰刀龙科↑ 镰刀龙的复原|图片来自维基百科恐龙都长着爪子,无论体型的大小。有的恐龙将爪子作为杀戮的武器,有的恐龙将爪子作为防御的工具,还有的恐龙将爪子作为觅食的工具。在所有的恐龙当中,到底谁的爪子最大呢?戈壁中的龟爪?茫茫的戈壁沙漠被誉为“死亡之海”,这里自然环境恶劣,不适合动植物生存,但是却蕴藏着丰富的古生物化石资源。1948年,苏联科学院组织了几次古生物考察活动,考察队的目的地正是位于蒙古国南部的戈壁。在戈壁中,考察队收获颇丰,发现了大量的恐龙及其他动物的化石,不过所有化石中最引人注目的是三枚巨大的爪子。化石被运回苏联科学院,直到1954年才被古生物学家叶夫根尼·马列夫(Evgeny Maleev)研究和描述。马列夫认为这些爪子属于一种类似于海龟的巨大爬行动物,长度可达4.5米,于是将其命名为镰刀龙(Therizinosaurus),全名是龟形镰刀龙。在马列夫的想象中,镰刀龙像海龟一样在水中游泳,同时会使用前肢上巨大的爪子收割水草作为食物。↑ 镰刀龙的大爪子|图片来自维基百科1970年,古生物学家阿纳托利·罗特杰斯特文斯基(Anatoly K. Rozhdestvensky)研究后认为镰刀龙并非龟形动物,而属于恐龙中的兽脚类,这个观点也得到了大多数同行的支持。似乎是为了证明罗特杰斯特文斯基的观点,不久之后蒙古就传来消息:更多镰刀龙的化石被发现,其中就包括有完整的前肢。新的化石证明了镰刀龙真的是一种恐龙,与海龟一点关系都没有。↑ 古生物学家阿纳托利•罗特杰斯特文斯基|图片来自rareresource.com↑ 具有完整前臂化石的镰刀龙|图片来自amazonaws.com最高的两足恐龙 镰刀龙可是个大家伙,其体长可达10米,体重在4至6吨之间,它的身上还长着羽毛。镰刀龙不仅大, 而且高,仅肩膀距离地面的高度就有4米,脑袋距离地面超过了5米,和长颈鹿差不多高,它也成为已知最高的两足站立恐龙,也是最大的手盗龙类(Maniraptora)。↑ 镰刀龙与人类的体型对比|图片来自维基百科尽管属于兽脚类家族,但是镰刀龙及其所在的镰刀龙类都是以植物为食的,所以它的脑袋狭长,嘴巴中长着树叶形的小牙齿,可以用来切断植物的枝叶,但是却没有咀嚼能力。食物会顺着细长的脖子进入身体中的胃肠进行消化,也正因为消化植物需要更大的胃肠,所以镰刀龙的肚子很大,有一种大腹便便的感觉。与宽大的身体相比,镰刀龙的尾巴并不长,这也与其站立和行走的姿态有关。镰刀龙以粗壮的后肢行走,但是其后肢不长,再加上沉重的身体,导致它们无法奔跑。与后肢相比,前肢才是它身上最大的亮点,其整条前肢的长度达到了2.4米,其中仅仅是爪子的长度就超过0.5米,这可是目前恐龙中最大的爪子。当镰刀龙挥动前肢的时候,就像是挥动着镰刀,可以用于防御,不过古生物学家认为镰刀龙也会用爪子抓住树枝辅助进食。↑ 镰刀龙的大爪子|图片来自维基百科↑ 镰刀龙的整条前肢足有3米长|图片来自维基百科史前蒙古战巨魔 ↑ 镰刀龙生存环境重建,周围有几只肿头龙类|图片来自维基百科与镰刀龙生活在一起的植食性恐龙还有很多,比如鸭嘴龙类、蜥脚类、甲龙类等,难道它们不会相互争抢食物吗?当然不会,镰刀龙凭借着其傲人的高度,可以吃到其他恐龙够不到的树叶,这样就避免了竞争。与其他植食性恐龙的竞争相比,来自肉食性恐龙的威胁才是最致命的。镰刀龙身边大部分肉食性恐龙的体型都很小,根本伤不到它,除了特暴龙。特暴龙是霸王龙在亚洲的亲戚,体长超过10米,血盆大口中长有两排锋利的牙齿,一口下去就能咬断镰刀龙的脖子,不过镰刀龙也不是一点办法都没有,别忘了它的前肢上还有巨大的爪子呢。当镰刀龙与特暴龙相遇,一场惊天动地的巨龙之战便震撼上演。↑ 特暴龙的复原图|图片来自维基百科PS:镰刀龙不仅仅是一种高大又怪异的恐龙,还因为一部电影成了大明星,这部电影就是《侏罗纪世界3》。在电影结尾,镰刀龙用镰刀般的大爪子刺杀了大反派南方巨兽龙,还获得了“金刚爪龙”的外号!↑ 《侏罗纪世界3》中的镰刀龙|图片来自myportfolio.com参考资料:Maleev, E. A. (1954). "Новый черепахообразный ящер в Монголии" [New turtle like reptile in Mongolia]. Priroda (in Russian) (3): 106−108. Translated paper来源:青鸟新知公众号作者:江泓编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-23
远古生物有多大?最新发现告诉你
在几项最新考古研究成果出炉后,远古巨兽有了具体的形象:它们包括25米长的鱼龙,15米长的巨蛇,以及比现在最大袋鼠大两倍的巨袋鼠。
↑ 图为被冲上海滩的巨型鱼龙尸体(艺术想象图)。图片来源:谢尔盖·克拉索夫斯基远古生物究竟有多巨型多可怖?人们脑海中想象的无数画面,在几项最新考古研究成果出炉后,有了具体的形象:它们包括25米长的鱼龙,15米长的巨蛇,以及比现在最大袋鼠大两倍的巨袋鼠。这些古老动物早已灭绝,也幸好如此,人们不用和这些巨物“正面交锋”。但从它们的近亲后代中,偶尔还能一瞥它们当年的“威武”。25米长的鱼龙英国布里斯托尔大学和曼彻斯特大学科学家4月17日在《公共科学图书馆·综合》上发表一项研究称,一种新发掘的鱼龙物种可能是有史以来被正式描述的最大海洋爬行动物。在过去的几年里,团队发现并拼凑了来自英国萨默塞特郡韦斯特伯里泥岩组的鱼龙颚骨的单个碎片。这块新骨头的大小和形状与从几英里外的同一岩层中收集的另一块颚骨相似。研究人员认为,这两块颚骨属于一种以前未被描述的物种,它们属于来自恐龙时代的大型海洋爬行动物。根据这些骨头的长度,这个名为“Ichthyotitansevernensis”的新物种可能体长达25米,是普通公共汽车长度的两倍。然而,研究人员强调,由于新物种仅通过有限的骨骼碎片进行描述,因此需要进一步的古生物学证据来确认其可能的长度。巨型鱼龙看起来像现代海豚,最早是在大约2.5亿年前的三叠纪早期进化而来的。在几百万年内,一些鱼龙已经进化到至少15米长。虽然某些“小号”的鱼龙继续在海洋中漫游了数百万年,但这些“特大号”鱼龙在2亿年前的三叠纪—侏罗纪灭绝事件中灭绝了。1米粗的巨蛇《科学报告》4月18日发表的一项新研究表明,生活在距今约4700万年前的印度古吉拉特邦的一种名为“VasukiIndicus”的古老蛇类,可能是有史以来最大的蛇类之一。这一新物种的体长估计在11米到15米之间,是现已灭绝的巨蛇科成员,但其代表了一支起源于印度的独特世系。目前发现的脊椎每节长度,介于37.5毫米和62.7毫米之间,宽度则介于62.4毫米至111.4毫米之间,表明它有一个宽阔的圆柱形躯体。根据这些数据,印度理工学院鲁基分校的科学家团队已经可以大致估计出巨蛇体长,可能在10.9米到15.2米之间。这与已灭绝的最长的蛇——泰坦巨蟒体型相当。科学家进一步推断,这种巨蛇过于庞大的体型,导致其只能成为一种行动缓慢、类似于森蚺的伏击捕食者。170公斤重的“格斗专家”澳大利亚弗林德斯大学的古生物学家4月14日宣布发现3种不同寻常的巨型袋鼠化石。尽管今天的袋鼠和远古的袋鼠都被戏称为“格斗专家”,但实际上,古代的巨兽在形状、活动范围和跳跃方式上都比现在的袋鼠更加多样化。这3个新发现的物种属于已经灭绝的原齿兽属,生活在大约500万到4万年前,其中一只至少是现存红袋鼠的两倍大。而红袋鼠已经是目前世界上最大的有袋类动物。大多数原齿兽看起来有点像今天的灰袋鼠,只是更壮硕、肌肉更发达。它们比任何现存的袋鼠都要大得多,譬如此次新发现的名为“食肉原齿兽”的家族新成员,更是重达170公斤。弗林德斯大学团队以这项新研究为契机,回顾了所有种类的原齿兽,发现它们彼此之间差异很大。这些物种为了适应不同的环境,能以不同的方式跳跃。有些用四条腿跳跃,有些用两条腿跳跃,甚至有的原齿兽很少跳跃,除非狠狠地受到惊吓。它们虽然体型庞大,但在远古时代,能吓到它们的“巨兽邻居”,其实也相当普遍。来源:科技日报作者:张梦然编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-22
恐龙脚下的微观世界
即使再小的化石,也能揭示古代生态系统超乎想象的细节。
恐龙是来自这个星球上最令人震撼的生物。从高大的蜥脚类恐龙、凶猛的霸王龙,到坦克般的甲龙和长有巨角的角龙,恐龙主导着我们对远古地球的所有想象。但为了了解这些动物和它们所处的世界,科学家必须先放下令人眼花缭乱的迷惑龙和霸王龙等化石,转而去观察那些乍看起来微不足道的微型化石。这些化石毫不起眼,你不会在公开展览中见到它们,但如果想要了解史前巨兽曾经的生活,它们提供了最好的线索。↑ 创意图片被忽视的生物在过去的三十多年里,我们一直在北密苏里河河谷国家保护区进行野外考察,试图寻找此类化石。这片保护区位于美国蒙大拿州中部,绵延240千米,美丽到令人惊叹。19世纪初,科学家正是在这里开展了北美洲的首次恐龙发掘活动。如今我们的团队也在这里发现了大量化石,其中包含了许多闻所未闻的生物,它们曾与恐龙比邻而居。这些化石记录了在那颗毁天灭地的小行星撞击地球的一千万年前,这里曾有多么繁荣。我们一直致力于寻找一种特殊的化石组合——脊椎动物微型化石层(Vertebrate Microfossil Bonebeds,VMB)。这里保存了数以千计的动物化石,但通常只含有动物遗体中小而坚硬的部分,从微小寄生虫留下的痕迹,到小鱼的鳞片,再到更大一点的青蛙、龟、鸟类、哺乳动物、鳄鱼和恐龙的骨骼碎片。我们不仅在野外寻找化石,还要在实验室工作,透过显微镜在沉积物中辨认微小的骨块。这些保存完好的化石帮助我们以前所未见的分辨率,还原了恐龙所处的生态系统。这些化石还揭示了一些经常被忽视的生物,它们曾在恐龙的脚边匆忙游动,在恐龙耳边发出烦人的嗡嗡声,甚至可能捕食过恐龙的幼崽,或是以成年恐龙的尸体为食。有了这些生物的加入,远古世界显得生机勃勃。我们两人对研究有着截然不同的偏好。克里斯蒂娜致力于了解有史以来最大的恐龙——那些长颈、四足、植食性的蜥脚类恐龙。从她有记忆以来,这些巨兽就无时无刻不萦绕在她心头。克里斯蒂娜最幸福的时光就是在阳光普照的采石场辛勤工作,一点点挖出比她还要大得多的肢骨。相较之下,雷蒙德是一位地质学家,他在岩石露头间工作,致力于破解那些富含化石的地层的成因,以及其中关于生物生存状态和死亡原因的信息。早在我们联手之前,雷蒙德就一直忙于研究藏在沉积物中的微型化石,这与克里斯蒂娜关注的领域截然不同。雷蒙德不必用尽整个野外季节来挖掘一具巨大的骨骼——他用几个小时就能采集数千块VMB化石。这个数字听起来很惊人,但VMB化石大都很小,打个喷嚏就能把它们从指尖吹走。而克里斯蒂娜一直热衷于挖掘最大的化石,因此她刚开始研究VMB时并不太情愿。但在用手持放大镜和显微镜观察过这些微小的遗骸,并发现了一群生活在巨兽(恐龙)阴影下、保存完好的骨骼后,克里斯蒂娜开始意识到,VMB的微型化石是揭示恐龙生态系统的强大工具。经过在北密苏里河河谷国家保护区,或者说著名的“大河谷”的野外工作,我们目前已经能非常详细地重建出这里曾经的生态系统——这是一个酝酿了几十年才得到的结果。早在1855年,26岁的探险家兼博物学家费迪南德·海登第一次前往大河谷进行地质调查。在短短几天的时间里,他第一次科学地采集到了北美洲的恐龙骨骼和牙齿化石。海登还收获了许多鱼、龟和鳄的骨骼和牙齿,这些化石正是来自我们现在所熟知的VMB。海登的重大发现不仅让我们认识到史前的北美洲曾满是成群的恐龙,也开始揭示这里古老生态系统的样貌。30多年来,我们和一帮本科生团队重新踏上了海登的旅途。我们依循老派的方式,徒步或划着独木舟穿越荒地,冒着高温、泥沼、虫子和毒蛇,寻找白垩纪的动物遗骸。我们已经发现了数以万计的恐龙,以及与恐龙伴生的动物骨骼和牙齿。我们已经了解了这些特殊的化石组合是如何形成的,这些化石对应着哪些生物,以及以恐龙闻名的白垩纪世界曾多么包罗万象。↑ 一颗肉食性恐龙的牙齿在静水中大河谷的中心正是密苏里河,大自然的鬼斧神工在起伏的平原上凿出“断裂”一样的河谷——该地区正因此而得名。在河床上方百余米处,露着大量水平层理的岩石,这些由砂岩、泥岩和煤炭组成的岩石构成了朱迪斯河组地层。朱迪斯河组底部和顶部的海相砂岩和页岩表明,在白垩纪,海洋从未远离此处。当时,朱迪斯河的沉积物在内陆浅海的海岸线附近堆积。被称为西部内陆海道的内陆浅海从北冰洋延伸到墨西哥湾,并向东穿过现在的哈德逊湾,大体将北美洲切分为三个部分。在白垩纪,海岸线距离我们现在工作的地方仅有几千米,我们的野外发掘区域恰好处于曾经的滨海地区。那时,古老的河流从新生的落基山脉流向西部内陆海道。泥泞的洪泛平原包围着这些白垩纪河流,地貌类似现今美国路易斯安那州的阿查法拉亚盆地或佛罗里达大沼泽。这样的环境为特殊化石组合的形成提供了完美的条件。温暖、潮湿的环境提供了丰富的食物和水,可以支持多种不同的植物和动物在此生活。当这些生物在如今的大河谷区域死亡时,它们的遗体在不受扰动的湖泊和湿地中缓慢而稳定地堆积,最终被细粒泥土覆盖。沼泽系统中的沉积物同样有利于长期保存:这里的化学环境并不会溶解脆弱的骨骼、牙齿和贝壳,而是促进了它们的化石化,或者说,将这些遗骸变成了石头。地质作用也为这些生物遗骸的保存发挥了作用。这里的构造活跃,附近不断隆起的山脉将地壳向下挤压,在这一带形成了一个巨大的地质盆地。这个盆地使得朱迪斯河组的沉积物和其中留存下来的化石得以保存在地下,而不是被风化侵蚀、变成细小的颗粒汇入大海。而现在,这里的地层再次暴露并经历风化,又有利于我们在地层中寻找化石。尽管朱迪斯河组的部分层位也保存着巨大而美丽的恐龙骨骼,但我们的目标区域却略有不同。在河谷深处,VMB保存了从恐龙到软体动物等生物体的大量骨骼、牙齿以及其他细小部位,都不到2厘米大小。长期以来,学者一直在争论VMB是如何形成的。最初的假设之一认为,VMB中保存的化石来自古代肉食性动物的消化道,而这些化石点代表了粪便的集中地。尽管化石记录中确实存在粪化石组合,但这种解释本身并不符合这里的化石保存状态和地质背景。另一种假设则认为,河流带走了许多动物的小块骨骼或鳞片,并沉积在同一个地方,从而形成了VMB。但我们在朱迪斯河地层收集到的地质信息和化石分布数据,也不符合这种解释。我们与美国史密森尼学会国家自然历史博物馆恐龙馆馆长马修·卡拉诺合作,耗费大量时间剖析了20多个朱迪斯河地层VMB极为精微的细节,并建立了一个全新的模型来重建这些化石点的产生过程。我们的数据显示,VMB是在池塘和湖泊中沉积形成的。在这片稳定的水域中,动物生于此也葬于此。细粒沉积物落在它们的遗骸上,随着时间的推移,坚硬的骨骼残骸堆积在水底并形成了化石。在此期间,一些底栖生物在水底的沉积物中挖洞、食腐,这会扰动沉积物,使埋藏的生物骨骼(往往是从关节处)分裂开来。这也能解释为什么VMB中经常会发现大量脱节的骨骼碎片,以及为什么留下的总是特别坚固耐磨的身体部位(例如牙齿、小骨头和鳞片)。当你研究VMB时,你无法像发现一具恐龙骨架时那样,找到相互连接的大腿骨与膝盖骨。需要再次说明的是,VMB告诉我们的信息比一具大型骨架还要多得多,因为它们保存了整个生物群落的样貌。↑ 大河谷的日落。朱迪斯河组地层暴露在两侧,其中含有特殊的微型化石组合。走进荒野“人行道的尽头……就是乐趣开始的地方。”这是美国蒙大拿州威尼弗雷德镇当地酒吧印在啤酒杯上的话。这个镇生活着大约200人,对这个小小的草原绿洲来说,这句话可以说是相当贴切——在我们离开大道,走向土路和河流之前,威尼弗雷德镇是文明世界的最后一站。我们要去往一个很少有人旅游的地方,而这正是我们喜欢的。对我们来说,就像探险家海登一样,到达大河谷最远、最有趣的地方的最佳方式是乘船和步行。当我们离开威尼弗雷德镇的大道,沿着蜿蜒到河边的小路行走,热量从山谷的岩壁上散发出来——河边的温度通常会比威尼弗雷德镇高出至少五六摄氏度。这里空气静谧,除了蚱蜢飞向天空时偶尔发出的振翅声外,大河谷里万籁俱寂。只有几条路会穿过这片土地。其中一条通往斯塔福德-麦克克莱兰渡轮码头,架空的电缆引导着平台渡轮穿越密苏里河,这里是方圆几千米内唯一可以过河的地方之一,也经常作为我们独木舟的出发地。一旦旅程开始,那么在到达下游更远的地方之前,见到其他人类的机会就很渺茫了。因此我们会将接下来划行80千米所需的装备都装载到船上,其中包括尽可能多的水、足够的食物、帐篷和采集用品。采集用品包括几个约19升的空桶,主要用于收集含有化石的沉积物,并且至少有一个将在接下来的几天里充当我们的厕所。在这几天的旅途中,我们唯一遇到的流水也满是淤泥,若想洗澡,就只能泡在黏稠及膝深的泥浆里。这确实挺凉快,但洗完澡后往往会比洗澡前还要脏。荒地环绕着我们周围的河流,形成了一条岩石走廊,头顶上除了天空之外什么都没有。秃鹰在河岸边的杨树林中筑巢,鱼鹰在我们面前的河中搜寻食物。海狸浮出水面拍打尾巴发出警告,回荡的声音在山坡间顺流而下。时不时地,我们可以在浑浊的水面下看到鲇鱼和鲤鱼巨大的轮廓,偶尔也会有一只鳖从河中央抬起它的尖头来观察我们。午后的寂静中,阳光猛烈地照射下来,烘烤着我们的铝制独木舟和肩膀,这时我们会把脚伸到船外降降温。我们还要驱赶蚊子和小蠓,这些小虫子最喜欢咬耳朵、眼睑和发际线。起风时,我们会用弹力绳将独木舟相连,举起一张防水布作为临时船帆,向下游加速行驶。到下午晚些时候,我们会在棉白杨的宜人树荫下找地扎营。我们在阳光下醒来,徒步进入山中,一边躲避带刺的丝兰和仙人掌、提防着响尾蛇,一边在芳香的山艾树丛中穿行。我们偶尔会吓到一只在阴影中休息的大角羊,或者被另一只沿着高处悬崖小跑的羊吓到。当我们寻找VMB时,则要紧紧盯着地面和附近的斜坡。在这片广袤的土地上,要寻找如此微小的化石有如大海捞针,但仍有一些线索引导着我们。我们会格外注意特定的沉积岩——深灰色和棕色的泥岩,其中可能含有煤黑色的植物化石,这代表着曾经的沼泽环境。我们还会关注带波纹的浅灰色砂岩,这可以指示远古的水流方向。除此之外,我们也会寻找闪闪发光的亮点,这些亮点代表着白垩纪的池塘和湖泊中的蛤蜊和蜗牛,它们的壳会形成化石,反射出阳光,VMB经常出现在这些闪闪发光的岩层中。当有人在山坡上发现了因风化而暴露的破碎化石时,我们会追溯这些碎片的来源,手脚并用,慢慢爬上斜坡,鼻子贴着地面、眼睛扫视着岩石露头中出现的化石,直到找到那处化石集中的地层。我们会在一座小山上度过一整天或更长时间,使用冰镐或小刀轻轻地从VMB的软弱岩层中取出化石。我们会小心翼翼地将化石装到样本袋和小瓶中。当我们清理完表面后,就轮到石锤、锄头和铲子发挥作用了,我们会敲下一块块含有化石的岩层,装入19升的空桶和巨大的样品袋中。回到大学实验室后,我们将含有化石的沉积物装入我们称为“水篮”的装置中。这种装置堆叠着不同网目的筛子,能筛洗出地层中的大块物体。我们会将成块的沉积物放入第一个筛子中,这个筛子可以留下2毫米以上的化石和岩石碎片,但较小的碎片就会直接落入下方的第二个细网筛中,这个筛子可以筛出0.5毫米大小(比针尖还小)的化石碎片。几个小时后,大多数沉积物团块会被分解、冲走,仅留下骨头、牙齿、贝壳和其他化石的残留物在筛子中。在这之后就要用到显微镜了。我们的学生花了数百个小时从筛出来的碎屑中寻找化石,他们会使用仅有几根头发粗的超细画笔来移动化石,以便对化石分类。在放大后,VMB的世界堪称璀璨夺目,肉眼看来只是黑色斑点的东西在显微镜下则是精美的牙齿、下颌、肢骨和脊椎——朱迪斯河地层的多样性栩栩如生地呈现在眼前。繁荣的水域这里请容我们介绍一下会在VMB中遇到的角色。从陆地开始,首先当然是白垩纪的巨星——恐龙。恐龙一生中会不断替换牙齿,因此这些牙齿是我们收藏中最常见,也最容易辨识的化石之一。我们从VMB中发现的牙齿曾来自全副武装的甲龙家族,如祖鲁龙;也有圆顶头的厚头龙类,如剑角龙。到目前为止,样本中最丰富的恐龙牙齿多来自植食性恐龙,它们成列的牙齿会形成具有磨削功能的表面,功能类似于哺乳动物的臼齿。通常我们只能发现这些牙齿被磨损了的碎片,因此要鉴别特定物种可能很困难,但我们已经还原并识别出鸭嘴龙类,包括短冠龙,以及长有角和颈盾的角龙类,例如钉盾龙的牙齿。我们也发现了肉食性恐龙的踪迹,它们是白垩纪晚期生态系统中的顶级掠食者。尖锐、带有锯齿边缘的牙齿记录了小型、长有羽毛的兽脚类伤齿龙的存在,这是霸王龙的近亲。我们还发现了无牙、形似鸵鸟的兽脚类似鸟龙的爪子和脊椎。恐龙也曾以鸟类的形式统治着朱迪斯河生态系统的天空。体型小、骨骼脆弱的动物通常无法很好地保存至今,但许多早期鸟类都有牙齿,这些牙齿足够坚固,才得以在VMB中保存。和鸟类一样,哺乳动物也是白垩纪晚期化石记录中一种难以寻觅踪迹的群体。但我们知道它们曾在朱迪斯河组的湖泊和池塘中生活,因为我们偶尔会发现阿尔法齿负鼠等小毛球一样的动物的牙齿。这些哺乳动物可能是许多水生爬行动物的猎物,这些爬行动物生活在古代的湖泊附近。大大小小的咸水鳄和短吻鳄在开阔的水域环境和海岸线捕猎,它们的牙齿、脊椎和骨板都是最常见的VMB化石之一。其中一种不寻常的生物是鳄龙,这种长鼻子、牙齿锋利的动物看起来有点像今天的恒河鳄(鳄龙虽然外貌像鳄鱼,但属于离龙类,与鳄鱼并无直接亲缘关系)。在我们的化石点,经常能发现鳄龙的脊椎和宽大的肋骨,这表明它们是朱迪斯河地层生态系统中的重要参与者。正如您所料,在这个拥有7600万年历史的水下世界里,鱼类非常丰富。我们曾采集到数千块大型和小型鱼类的脊椎、牙齿和鳞片。这些鱼可能会在朱迪斯河组的湖泊中成群游动,使得湖面波光粼粼。淡水鲨鱼也曾生活在这里,磨齿鳐就是其中一员,它外表类似现生的犁头鳐,具有扁平的菱形牙齿,非常适合咬碎小型甲壳类动物和软体动物。凶猛的雀鳝也数量众多。它们的鳞片记录了朱迪斯河地层物种之间生态相互作用的迷人故事。雀鳝的身体受到连锁鳞片装甲的保护,其上覆盖着一种特殊的釉质样组织,称为硬鳞质。当鳄鱼捕食雀鳝时,其消化系统中的酸性物质会剥除鱼鳞上的硬鳞质层,腐蚀鱼鳞。从VMB中雀鳝鳞片的情况可以看出,鳄鱼从古至今都会以这种鱼类为食。这些水域也栖息着各种两栖类。有趣的是,我们从筛子中回收的许多微小的两栖动物的四肢骨骼和肋骨上,都发现过更微小的齿痕。这些痕迹是雀鳝、小鳄鱼甚至小型兽脚类恐龙啃咬时,牙齿刮擦骨头留下的。两栖动物并不是这个生态系统中唯一在水下和陆地间来回移动的生物,龟类也曾在这里的湖里和陆地间生活。我们发现了多种龟类的骨板,上面具有几种鳖或鳄龟特有的纹饰。蜥蜴也曾在这里安家,我们确定了几种不同的蜥蜴,包括现生鬣蜥的近亲长尾石龙子,还有全副武装的食虫蜥蜴。我们还在VMB中发现了蛋壳化石。如果没能和躯干化石一起发现,蛋或蛋壳碎片可能很难与特定物种联系起来。因此,蛋化石有一个特殊的分类系统,称为蛋分类学。我们会先描述壳的外表面和内表面,着重关注蛋壳的颜色和纹理,以及让发育中的胚胎进行气体交换的气孔是如何分布的。然后我们会在显微镜下观察蛋壳的薄片,看看它的晶体结构。此外,我们还可以研究蛋壳的化学成分,以寻找产下这些蛋的生物线索。通过这种方式,我们已经能够确定兽脚类恐龙和鸭嘴龙类的蛋,以及各种鳄鱼、海龟等会在茂密低地环境中筑巢下的蛋,和其它被保存在朱迪斯河地层中的生物。见微知著每隔一段时间,当我们透过显微镜观察了VMB残留物几个小时之后,视力已经逐渐模糊时,总会突然发现一些新东西,这些东西似乎不属于骨头、牙齿或其他身体部位。有时,这些神秘的物体是遗迹化石——这种化石保留了动物活动的痕迹,但不是动物躯体的一部分。这些化石有些是齿痕(就像两栖动物骨骼上看到的)、脚印或粪便,它们都记录了难以通过其他方法检测到的生物行为。在我们的样本中,有一种遗迹化石像缩小版的甜甜圈一样,这被称为“胃石”。它们表明,小龙虾曾生活在白垩纪大河谷的湖泊、池塘和河流中。在现代小龙虾中,胃石用于储存碳酸钙,这是其外骨骼的重要组成部分。当小龙虾长大时,它们必须蜕掉旧的外骨骼并建造一个更大的新的外骨骼,但它们并不会彻底丢弃旧装甲,而是将其存放在胃石中来保存珍贵的碳酸钙,直到可以重新使用它。我们在朱迪斯河地层中发现的胃石表明,白垩纪的小龙虾和现代小龙虾一样,都是减废、回收、再利用的专家。在我们的VMB中,也许最神秘的遗迹化石是我们经常在蛤蜊壳碎片上发现的冰屋形状的凸起。我们为这些奇特的形状困惑了很多年,最后才意识到它们与扁虫——一种现代寄生虫感染蛤蜊时形成的结构相同。蛤蜊建造“冰屋”是为了自卫,试图将入侵的寄生虫困在矿化的小房间中。我们有充分的理由相信白垩纪的蛤蜊也会做同样的事情来保护自己。寄生虫的身体往往又小又软,这些特征对化石保存来说并不是什么好事。因此,科学家通常无法将这些具有重要生态意义的动物纳入化石食物网的重建中。朱迪斯河VMB中蛤蜊壳上的“冰屋”不仅证实了该生态系统中存在扁虫,还将已知最古老的扁虫与蛤蜊之间的这种寄生关系从大约6000年前推到了7600万年前。现代寄生型扁虫具有复杂的生命周期,涉及多个宿主,蛤蜊只是其中之一,它们的最终宿主通常是以蛤蜊为食的滨鸟。也许在白垩纪,扁虫曾在蛤蜊和恐龙之间建立了生态连接。朱迪斯河组VMB中不起眼的化石让我们对这个生机勃勃的恐龙世界有了惊人的了解,其详细程度远超我们的想象。然而我们知道,还有更多东西等待着研究。像蛤蜊壳上的“冰屋”这样的发现再次证实了海登在1855年穿越大河谷的开拓之旅中得出的结论——即使再小的化石,也能揭示古代生态系统超乎想象的细节。(本文译者:廖俊棋,系中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士,目前为中国台湾自然科学博物馆博士后)来源:光明日报作者:克里斯蒂娜·A.柯里·罗杰斯 雷蒙德·R.罗杰斯编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-18
5块牛骨揭开进化之谜
陈宁博指出,该研究也为探究牦牛的驯化和黄牛的高原适应性提供了遗传学证据。
↑ 邦嘎遗址考古现场。受访者供图在世界“第三极”青藏高原,牦牛被人们誉为“高原之舟”,家牦牛、黄牛及其杂交后代——犏牛对人类定居高海拔极端环境意义重大。它们不仅是高原农业犁耕和运输的主力,而且全身是宝:牛肉和酥油、酸奶等牛乳制品是重要的食物资源,牦牛毛编织的帐篷能抵御风雪酷寒,牛粪更是每家必不可少的主要燃料。近日,四川大学考古科学中心和西北农林科技大学的科研团队,联合多家单位共同完成的关于青藏高原史前牦牛驯化与黄牛利用的论文,发表于《科学进展》。该研究整合传统动物考古学鉴定方法及古DNA测序技术,分析了西藏自治区山南市琼结县邦嘎遗址出土的牛类骨骼。结果显示,在2500年前,青藏高原牧民已经开始广泛饲养牦牛、黄牛及犏牛。4年发掘筛选邦嘎遗址海拔3750米,早期遗存距今2000至3000年,是西藏为数不多的经系统考古发掘的高海拔史前遗址。自2015年起,四川大学考古科学中心教授吕红亮团队联合西藏自治区文物保护研究所、山南市博物馆,在邦嘎连续开展了4年的考古发掘。陶片、石制品、动物骨骼标本、植物种子等上万件出土遗存的整理和分析工作,均由四川大学考古科学中心主导完成。该中心从事博士后研究的张正为介绍,在遗址发掘过程中,除了通常采用的手捡之外,研究人员还广泛采用精细化的筛选和浮选的方式收集样本。筛网孔径的大小会根据出土遗物的情况而定,主要使用的筛网孔径大小为6毫米×6毫米。为了全面收集植物种子等肉眼不易识别的样本,研究人员会采用浮选的方式。“在填土中加入水,碳化后的种子质量较轻,会浮上来。”张正为说。对于一些保存情况较好或埋藏方式比较特殊的标本,研究人员在现场利用全站仪及RTK等设备记录它们的三维坐标,以便后期准确复原其在遗址中的出土位置。筛选完成后,研究人员将出土物品分类。张正为主要负责动物骨骼的分析研究,他先将疑似部分挑出,再利用比较形态学的方法进行种类识别。最终,团队总共收集到180多块牛骨。“我们经过详细的形态学分析,发现这些牛骨中可能包含黄牛和牦牛的骨骼。”他介绍,鉴别过程中要先定位,即确定骨骼属于哪个部位,再依据不同牛种各自的骨骼特征,判别属于哪个牛种。同时,研究人员发现,邦嘎牛的死亡年龄都大于4岁,这与近现代民族志记载的青藏高原牧人利用及管理家养牛种的策略类似。邦嘎出土的牛骨及骨骼表面痕迹等信息也显示,这些牛的屠宰与食用地点都在遗址区域。遗传学证据得出初步结论后,团队希望利用分子生物学手段进行验证。吕红亮随即联系到国家肉牛牦牛产业技术体系岗位专家、西北农林科技大学教授雷初朝,将5块保存较好的邦嘎遗址出土牛骨送交雷初朝实验室,开展牛骨的古DNA分析工作。团队通过提取样本的古DNA,再与基因库数据中3900年前石峁遗址出土的黄牛以及现代西藏牛进行比对,完全支持了之前形态学的鉴定结果,即邦嘎出土的黄牛遗骨属于家养黄牛。“同时与现代家养牦牛、野牦牛基因组数据进行比较,发现邦嘎牦牛同现代家养牦牛具有很近的亲缘关系,也支持邦嘎出土的牦牛遗骨为家养牦牛。”西北农林科技大学动物科技学院副教授陈宁博表示。研究人员还发现,邦嘎的黄牛与石峁遗址出土的古代黄牛、现代青藏高原黄牛的基因组有极高相似性,即有较近的亲缘关系和遗传连续性,推测史前时期青藏高原的黄牛极可能由我国西北直接传入。 而这样的基因连续性表明了以邦嘎黄牛为代表的青藏高原史前家畜群体对高海拔极端环境的成功适应。“要是不适应的话,这种牛的数量就会大大减少,被能够适应的其他牛种替代,基因上就会发生很大的变化。”雷初朝解释。不仅如此,基因检测还显示,邦嘎黄牛拥有12.1%~19.5%的家养牦牛血统,说明至少2500年前,牦牛和黄牛就已经杂交。在青藏高原,犏牛毛更短、长得快,产奶、产肉以及役用性能均高于牦牛。“也许当时邦嘎的牧民已经知道牦牛和黄牛的杂交后代犏牛的好处,并加以推广利用。”陈宁博指出,该研究也为探究牦牛的驯化和黄牛的高原适应性提供了遗传学证据。历史的切片此次研究取得的成果,离不开研究人员长期的积累。张正为在近10年间一直专攻青藏高原动物考古研究,在多地博物馆、动物研究所、考古文物研究院等查阅和收集了青藏高原常见各种牛的骨骼信息。“基本上每个牛种我都掌握了十几个样本资料,足以支撑此次的鉴定工作。”雷初朝致力于中国地方黄牛基因组遗传变异数据库建设,20多年来在中国地方黄牛的起源进化领域深耕,尤其在中国地方黄牛基因组遗传多样性方面进行了系统研究。“这次研究将两个团队的工作进行了很好的结合。”吕红亮认为,其开创了青藏高原高海拔地区史前考古动物遗存的考古学和古DNA深度融合研究,“这次我们能够更加深入地了解、印证和追溯”。雷初朝表达了类似的观点。“以前我们可能只拉出了历史的一段线,经过积累,我们掌握了现代牛的资料,逐步找到了一些古代牛的信息,这条线越拉越长,起源和进化的过程越发清楚。”未来仍有无数个待解之谜。“诸如邦嘎遗址中的牛有哪些用途、如何被驯养这一类问题,我们目前还没法解答。”张正为表示,在讨论下一步问题之前,还要对目标遗址进行更为严格且细致的动物考古形态筛查。他一直在建立区域性的动物骨骼形态标准,提高鉴定准确度。“我们现在只看到了一段历史的切片。”吕红亮说,目前只能说明在2500年前,青藏高原已经有驯化的牦牛,以及牦牛和黄牛的杂交种。“这个时间点肯定能再往前推,至于最早是何时还得继续寻找。”相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.adi6857来源:《中国科学报》 (2024-04-10 第3版 领域)作者:杨晨、严涛编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-12
追寻5亿年前的人类远祖(开卷知新)
古生物研究是大海捞针式的研究,可能几十年才会遇到一块好标本。无疑,偶然背后存在必然,好运气常常青睐有准备的头脑。
↑ 凤姣昆明鱼化石及其复原图。↑ 寒武纪早期海洋中的“第一鱼”及其左邻右舍复原图。以上图片均为舒德干提供在浩瀚无垠的宇宙中,像地球这样“好运气”的星球少之又少:她连续40亿年维持“恰到好处”的液态水圈和含氧大气圈,并最终进化出人类。在漫长历史中,人类一直在努力探寻自己的源头,产生了很多神话与传说。19世纪中晚期,达尔文的进化论改变了人类的自然观和世界观,在之后的150多年时间里,学术界依据进化论继续追踪人类的由来。其中,狭义上人类祖先由猿到人的完整化石序列已经在非洲和亚洲初步确定并被认可。再之前呢?人类祖先的祖先是什么样子的?作为古生物学家,我们希望根据化石的“蛛丝马迹”,继续向前探源。从“同源构造”追溯生命进化过程1859年,达尔文《物种起源》的问世改变了人们对人与自然关系的认知。12年后达尔文发表了《人类的由来及性选择》,详细解析了人类与较低等脊椎动物的形态解剖学特征和比较胚胎发育学证据等,最终得出结论:人类与所有其他脊椎动物(如鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类等)的许多器官都存在共同的来源即“同源构造”,因而人类与低等脊椎动物具有共同的祖先。当然,彼时达尔文并不知晓,那些最基础的同源构造是何时、由哪些早期祖先所显现的。可喜的是,我国学者透过澄江动物群这个独特的科学窗口,经过长期探索,找到了关键证据。本世纪初,生物学家依据分子遗传学信息,由近及远地追溯人类与地球上所有生物类群共享的各代祖先,可以确定下来的已有40代。根据DNA信息,人类与现代黑猩猩亲缘关系最近,运用分子钟技术可以计算出人类与黑猩猩在600万年前拥有共同祖先,即第1会合点;再继续向前寻祖,在800万年前抵达第2会合点,即遇见倒数第2代共祖。以此类推,人类与包括七鳃鳗在内的近亲物种抵达5.2亿年前的第22会合点,在那里可以遇见澄江动物群的重要发现——“第一鱼”凤姣昆明鱼。最终人类与地球所有生物能够共同追溯至40亿年前的终极祖先,抵达第40会合点,那是所有生命共同的祖先——原始真细菌。这个寻祖故事听起来很有趣,但大多缺乏真实的化石记录。然而,在距今5.6亿—5.18亿年前的大约4200万年间,发生了整个生命史上最为壮观的生物创新事件——寒武纪大爆发,即在不到地球历史1%的时间内诞生了90%的动物门类。大量的动物化石为追溯动物进化和人类远祖提供了重要标本。前面提到的凤姣昆明鱼,就生活在寒武纪大爆发巅峰时期。寒武纪大爆发后地球进入“三极生态系统”全球广布的前寒武纪末期的埃迪卡拉生物群(约5.6亿—5.4亿年前)和寒武纪初期的小壳动物群(约5.4亿—5.2亿年前),以及时代稍后的我国云南澄江动物群(约5.2亿—5.18亿年前),构成世界三大早期珍稀化石宝库,为破解寒武纪的生命大爆发提供了关键证据。寒武纪大爆发构成了地球生态系统演化的分水岭:在5.4亿年之前,地球生命基本维持在二极生态系统上,也就是只有生产者藻类和分解者细菌,几乎见不到真正的消费者动物;而经历寒武纪大爆发短短的几千万年后,便在澄江动物群时期快速产生了完整的三分动物界,从此地球便进入了三极生态系统,并一直延续至今。寒武纪大爆发的本质是动物门类创新大爆发,并非过去人们以为的“物种大爆发”。我们都知道,地球动物界包括数百万个现存物种,可以归属于近40个门类。所有这些门类通常归并为3个亚界:低等的基础动物亚界,包括水母和珊瑚;较为高等的原口动物亚界,包括节肢动物门、软体动物门等大多数动物门类;更高等的后口动物亚界,包括大家熟悉的棘皮动物门和脊椎动物。根据研究,在寒武纪大爆发期间,20多个主要动物门类分3批快速诞生,由量变到质变形成了3个亚界,构成了完整的“第一动物树”框架。这就是我国学者提出并在古生物学界取得基本共识的“三幕式寒武纪爆发假说”。动物门类爆发的驱动力包括内因和外因。内因主要是基因的进化创新,尤其是同源基因串快速分步成型。每个动物门类的同源基因串中包含的基因数互不相同。在基础动物亚界的各门类中,同源基因串的基因数目较少;在原口动物亚界的各门类中可增加到10个左右;而在后口动物亚界的各门类中可多达14个。同源基因串是控制动物胚胎发育的一串总调控基因,它决定了各个动物门类形态构造的基本特征。此外,动物界内部各种捕食等级快速形成,“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”,越来越激烈的捕食竞争也会加快动物演化的速率。动物门类大爆发的外因主要得益于约5.2亿年前的地球第二次大氧化事件,它使海洋含氧量大幅提升,满足了大量动物生存和繁殖的需要;另外,海洋里的磷和钙等生命元素大量富集,也进一步加剧了动物门类爆发的强度。具有里程碑意义的“逮住第一鱼”早在达尔文创立进化论半个世纪前,进化论早期奠基者拉马克就提出,动物可划分为脊椎动物和无脊椎动物两个超级大家族,而且最低等脊椎动物是由无脊椎动物逐步进化而来。200多年来,科学家一直在苦苦探寻这个进化过程的真实证据。在澄江动物群化石宝库中,科学家获得了可靠的进化证据:古虫动物门首创了原始鳃裂,开启了通向棘皮动物、半索动物、云南虫和脊索动物四大“具鳃裂门类”的呼吸系统革命;紧接着低等脊索动物华夏鳗和长江海鞘,首创了原始脊索及相关肌肉节,从而启动了运动系统革命;最后,“第一鱼”海口鱼和凤姣昆明鱼的头脑眼、脊椎骨和心脏构造显示,它们实现了神经系统和循环系统革命,成功完成了新陈代谢大升级。上述几次关键器官创造为5亿年后的人类躯体构型奠定了坚实基础。特别是“第一鱼”的发现,解决了学术界长期悬而未决的两大难题:一是宣告地球“第一动物树”在寒武纪大爆发高潮时已然诞生;二是实证解决了脊椎动物的分步起源问题,并认识到了首创头脑眼和脊椎骨的人类始祖真实样貌。寒武纪大爆发之后,到人类诞生,中间又经历了5次器官改造或改良:第一次,鳃裂的改造,使无颌类演进到有颌类,从而可以主动取食;第二次,从偶鳍游泳平衡到四足登陆行走;第三次,从无羊膜卵到有羊膜卵;第四次,从卵生到胎生、哺乳,长出毛发;第五次,从四条腿到两条腿,从哺乳动物脑到人脑。5次器官改造是从低等脊椎动物进化到人的主要阶段,但显然,从0到1、从无到有的根本性进化,则体现在从无头无脊椎到有头有脊椎的飞跃。因此,“第一鱼”的发现具有重大里程碑意义。“第一鱼”成为年度“国家自然科学奖一等奖”的重要成果,发现“第一鱼”及其相关类群的论文多次在《自然》《科学》等国际顶尖学术刊物发表,《自然》杂志以“逮住第一鱼”为题对发现给予高度肯定。当前,海口鱼、凤姣昆明鱼等“第一鱼”相关材料已广泛入选各国教科书、百科全书和博物馆。古生物研究是大海捞针式的研究,可能几十年才会遇到一块好标本。无疑,偶然背后存在必然,好运气常常青睐有准备的头脑。当前,我国古生物研究处于国际第一方阵,这得益于我们拥有澄江动物群、热河生物群、蓝田生物群、瓮安生物群及三峡的埃迪卡拉生物群、志留纪脊椎动物群等多个得天独厚的化石库,同时更因为我们拥有一支高素质的古生物学研究人才队伍。古生物学是关于生命历史的科学,与历史学性质相似。我们学习历史,因为它有助于人类获取在社会上立足和发展的经验;同样的,我们应该学习和了解古生物学,因为它能帮助人类在与大自然协同演化中不断取得发展。来源:人民日报作者:舒德干(中国科学院院士、西北大学教授)编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-12
沂水跋山遗址群:解码10万年前古人类的生活图景
跋山遗址群的发现和不断扩充,完整构建起山东地区旧石器文化发展时空框架,进一步拓展了山东史前遗存的分布范围。
山东沂水跋山遗址群成功入选2023年度全国十大考古新发现。跋山遗址群是对以山东省沂水县跋山遗址为中心的80余处旧石器时代遗存的总称。其发现和研究已初步构建起沂河上游区域距今10万年至1万年的考古文化序列。跋山遗址群是一座“货真价实”的史前文化“富矿”,堆积近8米的残存剖面,共划分出14个文化层。山东省文物考古研究院研究馆员李罡介绍,连续的文化层位意味着完整的文化序列,数量繁多的“文化标本”则蕴藏着古人类的“生存密码”。如此完整 连续的地层剖面,在山东及周边地区非常罕见。据李罡介绍,发现跋山遗址群是一个偶然事件。2020年7月,沂水县沂河干流上的跋山水库开闸泄洪,一根象牙意外从沂河岸边被冲刷出来,揭开了跋山遗址群的序幕。经过连续3个年度的发掘工作,跋山遗址发掘面积225平方米出土,采集文化遗物4万余件。包括石制品3万件、动物骨骼1万余件以及少量竹、木质等有机物标本。其中颇具代表性的“象牙铲”,被李罡认为是一件稀世的“宝物”。测年结果显示,“象牙质铲形器”的年代,不晚于距今9.9万年。在成为古人类的器具之前,这根门齿属于一头成年古菱齿象,这种体重可达10-15吨的史前巨兽,生活在距今1万至20万年的晚期更新世,是有史以来最大的大象种类。跋山遗址出土的部分动物化石首次揭示出10万年前古人类对巨型动物资源的充分利用。生动再现古人类应对黄淮海之间晚更新世环境变迁的适应策略与历史场景。从旧石器技术的发展过程来看,可分为4期。前3期以石核—石片技术的发展为标志,第4期则以船形细石核为代表的技术特点。技术传统承前启后,发生了明显的提升,进而开启海岱地区新石器时代文明化进程。跋山遗址群的发现和不断扩充,完整构建起山东地区旧石器文化发展时空框架,进一步拓展了山东史前遗存的分布范围,是东北亚地区旧石器时代中晚期阶段的重大考古发现,具有重要的学术价值。原标题:《如果文物会说话|沂水跋山遗址群:解码10万年前古人类的生活图景》来源:新华网作者:耿晓涵编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-12
它的“守护”有“亿”点点长
“黔龙”代表着在贵州被发现,简单来说就是恐龙和恐龙蛋都以化石形式保存下来,并在同一区域被同时发现。
1999年贵州省博物馆王新金、蔡回阳等人在贵州安顺市平坝区早侏罗世(约1.9亿年前)特异埋的恐龙化石群中发现了一些独特的化石。2023年云南大学徐星教授、中国地质大学(武汉)韩凤禄副教授及贵州省博物馆王新金等人组成的研究团队,为这种新的蜥脚型类恐龙起了一个非常温暖的名字——“守护黔龙”。“黔龙”代表着在贵州被发现,“守护”则因为这是目前世界上最早的龙蛋共存恐龙化石群,简单来说就是恐龙和恐龙蛋都以化石形式保存下来,并在同一区域被同时发现。这一化石群的形态特征能够为人类了解恐龙的习性提供重要证明支撑。“守护黔龙”化石在被发现时,身旁有一窝完整的恐龙蛋化石,成体化石趴在蛋窝旁,呈守护姿态。可以想象在1.9亿年前的某一天,一场突如其来的变故让这只恐龙来到生命最后一秒。它蜷缩着身子尽力保护身旁的一窝恐龙蛋,这一幕被岁月定格。温情又悲壮。“守护黔龙”因此得名。这份爱穿越时光,这份守护跨越亿年。 原标题:《AIGC绘现场|它的“守护”有“亿”点点长》来源:新华网作者:刘续、杨欣编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-11
1.6万年前,古人类就已能制作装饰品
这种难得的更新世末至全新世的地层剖面与文化序列,为探讨人类社会的复杂化进程提供了科学可靠的地层和文化依据。
如今博物馆已越来越受到年轻人的追捧,而位于张家口市阳原县的泥河湾博物馆,一到节假日更是成为“打卡”热地,吸引不少游客参观。泥河湾遗址群规模庞大,拥有世界上稀有的第四纪标准地层,完整记录了人类从旧石器时代向新石器时代发展演变的全过程。丰富的文化地层、惊艳的出土文物,使其成为我国乃至世界独具特色的旧石器考古研究基地。今天,本报记者继续带您走进张家口市阳原县泥河湾遗址群,探秘远古人类的“美”好生活。↑ 于家沟遗址地貌——探访——遗址出土的蚌壳饰品直径只有1厘米近日,记者跟随泥河湾遗址群保护区文物与环境保护局负责人孙永春,到张家口市阳原县泥河湾博物馆打卡。泥河湾博物馆全景展现了200万年前至1万年前泥河湾古人类的全部进化过程,还有着人类文明进化过程中的点滴。在博物馆记者看到了这样一个场景,人们穿着用树叶做的衣服,而且还佩戴了装饰品。↑ 旧石器时代晚期模拟复原图孙永春向记者介绍,这个场景复原的是旧石器晚期人类生活,场景中的装饰品就出土在于家沟遗址。1965年于家沟遗址被发现,这是一处年代跨度约为距今1.6万年到5000年前的古人类活动遗迹。专家在挖掘期间,遗址中装饰品就屡有发现,其中就包括穿孔贝壳、鸵鸟蛋皮制成的扁珠、鸟管状骨制成的管珠及钻孔石珠等。其中有一件近似圆形的饰品,样子十分精美。孙永春介绍,这件蚌饰品是用蚌壳制作而成,直径只有1厘米。它的周缘被切割成齿轮状,中央有一穿孔,四周点缀了19个未穿透的小碓窝,显示出了当时高超的工艺水平。“人们穿上了衣服,戴上了饰品,说明了他们在当时已经开始了对“美好生活”的追求。”孙永春说,由于在这个时期的细石器工艺技术已经长足发展,古人类便将这项技术用于装饰品制造上。↑ 蚌饰品——揭秘——出土遗物反映了当时磨制技术的发展远古人类也爱美吗?也创作艺术作品吗?他们已经有了对美的向往了吗?“可以说,我们人类的爱美之心古已有之。”孙永春介绍,此前在马鞍山遗址就曾发现了多层古人类活动面,出土了丰富的石制品、动物碎骨,文化层内与石制品伴出的还有磨制骨锥、钻孔骨(石)环饰品、赤铁矿团块等遗物,并首次发现了装饰品,反映出当时发展的磨制技术和强烈的审美意识。自从人类学会了用火,使得制陶业也有了雏形。孙永春介绍,在旧石器时代晚期,桑干河畔的古人类开始制作一种器物,就是距今一万年以上的陶。于家沟遗址出土了数件原始夹砂陶片,质地粗糙,陶胎较厚,其中最大的一件为黄褐陶平底器的下部残片。这些陶器是目前中国华北地区最古老的制陶证据,打破了1万年前北方没有制陶业的说法。该遗址评为1998年度全国十大考古新发现之一。↑ 原始陶片除此之外,马鞍山遗址还有保存较好的用火遗迹30余处,发掘揭露出不同制作阶段、类型多样的石制品成片集中分布的现象,发现较厚的灰堆、数量较多的火塘、规整的灶坑以及比较多有人工痕迹的碎骨,说明当时人类曾在这一区域内进行过长时间的制作石器、围火取暖、切骨刮肉、敲骨吸髓等生产、生活活动,是一个长时间活动的场所,而非临时活动地点。——文物——于家沟遗址出土的蚌壳饰品工艺高超于家沟遗址以发达的细石器工业制品为主体,细石叶石核属成熟的楔形石核工艺。石制品的原料以火山角砾岩为主,燧石次之,还有少量的角岩、玛瑙、石英岩、凝灰岩、泥岩、硅质岩等。软锤剥片技术较普遍,石器毛坯多为石片和细石叶,以单面正向加工为主,多采用软锤锤击和压制修理,加工技术娴熟。↑ 于家沟遗址出土的楔形石核于家沟遗址中装饰品屡有发现,类型有穿孔贝壳、鸵鸟蛋皮制成的扁珠、用鸟的管状骨制成的管珠及钻孔石珠等。装饰品美观别致,加工方式主要有切割、磨、钻等。↑ 于家沟遗址中发现的装饰品马鞍山遗址发现一座灶,保存较好,为原地挖坑而成,平面近椭圆形,圜底,南北长84厘米,东西67厘米,深15~18厘米。灶壁及底较硬,已被烧烤为红黑色。灶内堆积下部为灰烬,上部为炭屑、红烧土和土的混合堆积。在用火遗迹的外侧发现多处石制品密集区,周围还散布有较多与人类餐食活动相关的保存有砸、砍、刮、烧等痕迹的残骨。↑ 马鞍山遗址中的火灶——声音——遗址发现对探索农业起源有重要意义考古学家在泥河湾盆地的持续科研探索,让我们对远古人类的物质生活与精神生活有了更多的了解。河北省文物考古研究院王法岗告诉记者,于家沟遗址处于末次盛冰期向冰后期逐渐转暖的大环境背景下,气候及环境的剧变对史前居民的生态适应有着深远的影响。王法岗表示,于家沟遗址是中国华北典型的旧石器向新石器时代过渡阶段遗存,这种难得的更新世末至全新世的地层剖面与文化序列,为探讨人类社会的复杂化进程提供了科学可靠的地层和文化依据,在旧-新石器时代的过渡、农业起源、制陶业起源等重大学术课题的研究上具有重要科学价值。它也是对人类从旧石器早、中、晚时期一路走来,生产技术水平不断提高,征服自然能力不断增强的一个全景式过程展示。标题:《探秘东方人类的文明·泥河湾④丨1.6万年前,古人类就已能制作装饰品》来源:河青新闻网作者:韩会欣、姚瑶、吕承林编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-11
相爱相生亿万年 木兰科植物和甲虫的故事
时光的车轮已走过了一亿多年,木兰科植物以自身繁衍生息为目的,和甲虫书写了一段特殊的跨物种的爱情故事。
“木末芙蓉花,山中发红萼。涧户寂无人,纷纷开且落。”这是唐代诗人王维借花抒发对美好自然事物的喜爱,以及对花开花落自然轮回的感慨。诗中所说的“芙蓉花”是指“辛夷花”,又叫“木笔花”,即“紫玉兰”,属于木兰科植物。木兰科植物的花简单漂亮,开花时芳香四溢,令人着迷,常用于作行道树和庭院植物。我们常见的二乔玉兰、荷花玉兰、厚朴、鹅掌楸、黄兰含笑等都是木兰科植物。木兰科植物不仅为今天的自然界增添了一抹亮色,在亿万年的时光中它也和很多昆虫上演了相爱相生、互利共赢的故事。今天,我们仍能见到这些古老而又脆弱的木兰科植物,不得不感谢它们在生物进化中的强大能力。据《中国植物志》记载,木兰科现存有18个属,约335个种,中国有14个属,大约165个种。该科被认为是较古老的一类植物,保留了很多原始的特征,如雄蕊等器官螺旋状排列、花萼和花瓣没有明显分化,雄蕊数量多等。作为最高级的植物——被子植物中的一个大家族,它们在遥远的恐龙时代就已经吐露芬芳,繁衍生息。分子生物学和化石证据表明,木兰科可能在约1亿年前就已经出现在地球上。它们见证了一次次沧海桑田和剧烈的气候变化,包括始新世末期的全球急速变冷事件。有一些木兰科植物灭绝了,仅存化石昭示它们曾经存在过,其他的虽然熬过了几次大型灭绝事件,可是它们的生存现状却不容乐观。2007年,世界自然保护联盟(IUCN)对全球木兰科植物的濒危状况进行了评估,在评估的木兰科植物中,74%的物种正面临着灭绝风险。↑ 图片紫玉兰(Magnolialiliflora)有人说雌雄分化是生物进化中不小心选择的“昏招”。因为雌雄分化,生物开始为“找对象”而疯狂“内卷”。动物靠自己接触异性谈恋爱,而被子植物靠花朵和花粉来相亲。一株植物或许一辈子也没“见过”自己的对象。它们依靠传粉者寄送“情书”。通过传粉者在雌雄蕊之间来回活动,一株植物或接受其他植物的花粉,或传递出自己的花粉。花粉落到柱头上,结出种子延续血脉。↑ 毛叶天女花(上)和乐昌含笑(下)“采得百花成蜜后,为谁辛苦为谁甜?”这是唐代诗人罗隐对蜜蜂这种传粉昆虫的赞美。如果没有这些忙忙碌碌的昆虫,大部分花朵只会白白地开放又凋谢,无法结出果实。然而传粉的“工具虫”可不止是蜜蜂。自然界有四大公认的传粉昆虫包括鞘翅目(统称为甲虫)、双翅目(如苍蝇、蚊子)、鳞翅目(如蝴蝶、蛾子)、膜翅目(如蜜蜂、熊蜂、蚂蚁)等。还有一些植物是靠风、水流等自然力进行传粉,也有特别“奇葩”的植物会自己传粉,它们将自己的雄蕊弯曲一下,主动把花粉撒到自己的柱头上。虽然植物“谈婚论嫁”的方式多样,但是“植物婚恋市场”的主要媒人还是动物,全世界87.5%的植物依靠动物传粉,这其中又以昆虫占主导。自从植物同昆虫搭上线后,传粉行为变得越来越多样,植物的婚恋市场也越来越“内卷”。植物开始快速分化,主要靠虫子传粉的被子植物取代了主要靠风传粉的裸子植物,占据了绿色世界的主导地位。木兰科植物就是从那时开启了与昆虫持续亿万年相爱相生的佳话。甲虫——最早传粉的昆虫甲虫可能是现存最古老的传粉昆虫,在和被子植物“接上头”之前,甲虫就已经开始传粉生涯了。2018年,中国科学院南京地质古生物研究所的科学家发现了距今1亿年白垩纪中期的琥珀化石中有甲虫取食苏铁花粉的迹象。随后,他们又发现了携带花粉的原始甲虫以及肚子里装着花粉的二叠啮虫(Permopsocida,已灭绝)。至今,甲虫仍然在给苏铁传粉。↑ 授粉的甲虫甲虫主要的传粉对象包括早期分化的被子植物类群(如木兰科、睡莲科)、基部单子叶植物(如天南星科、大花草科)、少量真双子叶植物(如莲科等)。这些植物的花有大致相似的特征,如雌雄同花、单花、花比较大、花被多且形成一圈包围着中央的腔室。这些植物往往将宝押在传粉成功率上,想尽办法提高自己的“口碑”,让甲虫“宾至如归”,下次还来。这样虽然开不了太多花,至少能保证大部分花能成功授粉。木兰科、莲科、天南星科的每朵花里都有很多胚珠,成功受精之后,每朵花都能结出很多种子。大部分木兰科植物的主要传粉昆虫是体型较小的甲虫,其中最常见的是露尾甲科和金龟子科。比如说西畴含笑的主要传粉昆虫是叶甲;华盖木的主要传粉昆虫是毛金龟科和象甲科;武当玉兰的主要传粉昆虫是一种露尾甲;毛果木莲的主要传粉昆虫是象鼻虫和丽金龟;卵叶木兰的主要传粉昆虫是一种金龟子。为了吸引授粉“使者”,植物界也内卷一些木兰科植物在长期的演化中还练就了一些特殊的本事,为了吸引授粉者,提高授粉率甚至“不择手段”。↑ 紫花含笑华盖木有二次开花的现象。第一次开放时,雌蕊成熟,雄蕊还未散粉,昆虫被甜甜的花香吸引过来。一个小时后,花开始闭合,把昆虫困在花里。第二天,华盖木的花再次开放,此时雄蕊散粉,而雌蕊柱头活力快速下降。被困花中一晚上的昆虫携带一身花粉被放出去,运气好的话,它们又会投入下一朵华盖木的花中,将身上的花粉蹭到另一朵花的柱头上完成授粉。第二次开花之后,花不再闭合。第三天或第四天花朵凋谢。当然二次开花不是华盖木的“专利”,大部分木兰科植物都有这一特征,只不过是开放和闭合的时间点和时长稍有差异。↑ 云南拟单性木兰 摄影/孙卫邦除了二次开花外,木兰科还有吸引甲虫的绝活。相比植物界传统做法,比如长得漂亮(符合传粉者的视觉喜好)、多给点报酬(比如多给点蜜,或者蜜里多掺点糖)、撒点“香水”(有时候是臭味,为了满足某些传粉者的特殊喜好),一些木兰科提供“暖气房聊天室”服务。木兰科植物开花的时候尚值早春,天气还较凉,这样一个比环境温度高出不少的“暖房”对甲虫而言是个不小的诱惑,而且温度高有利于花朵气味的扩散,还有利于花粉在柱头上萌发。↑ 长蕊木兰(上)和壮丽含笑(下)木兰科植物产热的时间也和二次开花的时间吻合。第一次开花(雌蕊柱头有活性)的时候是第一次产热高峰,而第二次开花(雄蕊散粉)的时候是第二次产热高峰,开花时花的温度可以比环境温度高出1℃~6℃。虽然花内比外部温度高,但是其温度还是随环境温度变化而变化,这被称为“假生热调控类型”。还有些开花产热的植物通过主动放热,使花部器官维持较恒定的高温,不随环境温度变化而变化,称为“生热调控类型”。植物开花产热的机制,一般同抗氰呼吸过程大量释放热量有关,其调控过程同线粒体膜蛋白有一定关系,但是不同开花产热植物生热调控机制的细节不同。木兰科植物的产热过程可能也是受线粒体膜蛋白(如交替氧化酶AOX和解偶联蛋白UCP等)调控,目前虽然找到了一些可能的调控基因,但其调控机制尚未完全解决。时光的车轮已走过了一亿多年,木兰科植物以自身繁衍生息为目的,和甲虫书写了一段特殊的跨物种的爱情故事。目前木兰科的很多种类处于濒危状态,大约有三分之一种类的甲虫也面临灭绝的危险。在这个急速变化的时代,木兰与昆虫相爱相生的故事还能继续吗?有一首歌曲叫《爱你一万年》,但是木兰和甲虫相爱的时间超过了一万个一万年,同时它们在维持自然生态平衡中发挥了重要作用。希望这样的“爱情”还能够拥有、能够继续,直到地老天荒。来源:地球杂志作者:陶丽丹编辑:诸鹏飞审核:盛捷
2024-04-09
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