恐龙:化石证据如何揭示它们的演化与灭绝

三条独立的科学证据链解释了恐龙的故事:精确测定年代的岩层揭示了恐龙首次出现的时间;化石保存了它们的骨骼和行为痕迹;而白垄纪末期岩石中的同位素特征则指明了导致它们灭绝的原因。在过去十年中,研究人员运用从铀铅测年到同位素地球化学等多种方法,完善了这三方面的证据。

起源:重写三叠纪时间线

麻省理工学院(MIT)的研究人员对奇尼(Chinle)地层中的火山锆石晶体进行了测年,该岩层跨越亚利桑那州、新墨西哥州、犹他州和科罗拉多州,结果发现恐龙大约在2.23亿年前就已出现在北美洲。该方法依赖于测量锆石晶体中铀与铅同位素的比例;锆石形成后会以已知速率开始累积铅,从而使科学家能够精确推算周围岩石的年代。

这一发现使此前的观点变得复杂——此前认为恐龙最早仅出现在约2.3亿年前的南美洲,随后才扩散到其他地区。参与MIT这项研究的地质学家贾汉·拉梅扎尼(Jahan Ramezani)表示,在这一时期,两大洲呈现出截然不同的演化模式。

相比之下,在南美洲,研究人员发现恐龙早期与后期演化阶段之间几乎没有重叠。研究团队还在已知最古老的含恐龙化石岩层之下,发现了一个长达1600万年的化石记录空白,这意味着恐龙的起源可能比目前化石所显示的时间更早——如果那一时期的证据从未被保存下来,或尚未被发现的话。

化石如何保存恐龙的证据

伦敦自然历史博物馆解释说,大多数恐龙化石是通过一种称为“石化”的过程形成的。一只在湖泊或河流附近死亡的动物可能很快被泥土、沙子或淤泥掩埋;由此造成的缺氧环境能延缓分解过程,使地下水有足够时间在骨骼内部沉积矿物质,使其逐渐变成石头。该博物馆指出,这一过程可能耗时数百万年,通常需要迅速掩埋,这也是此类化石发现稀少的原因之一。

• 实体化石:保存下来的骨骼、牙齿和爪子,内部往往留有矿物晶体形成的海绵状或蜂窝状结构。
• 痕迹化石:脚印、皮肤或羽毛印痕,以及粪化石(石化的粪便),记录的是行为而非身体部位。
• 模铸化石:地下水溶解埋藏骨骼后留下的空腔,随后被沉积物或矿物质填充,形成原始形状的模铸。

终结恐龙时代的那颗小行星

白垄纪在6600万年前突然终结,当时一颗小行星撞击了现今墨西哥境内的尤卡坦半岛,留下了希克苏鲁伯(Chicxulub)陨石坑。科隆大学(University of Cologne)马里奥·菲舍尔-戈德(Mario Fischer-Gödde)领导的一项2024年研究——该研究已由自然历史博物馆和Sci.News报道——测量了来自西班牙、意大利和丹麦等地的白垄纪-古近纪(Cretaceous-Paleogene)界线岩石中的钌同位素。同位素特征与碳质球粒陨石相符,而非内太阳系常见的硅质小行星,这表明撞击天体来自木星轨道以外。

研究人员将界线样本与另外五个年代介于3600万年至4.7亿年之间、规模较小的撞击结构的物质进行比对,同时也与古代撞击球粒层及两块碳质陨石进行对照,以确认这一匹配结果专属于希克苏鲁伯事件。据Sci.News报道,该研究的合著者、科隆大学教授卡斯滕·明克(Carsten Münker)表示,这一发现表明,在地球已知的小行星撞击事件中,希克苏鲁伯撞击是“地质历史上极为罕见且独特的事件”。

《国家地理》报道称,这颗小行星以每小时约4.5万英里的速度撞击地球,将大量尘埃、碎屑和硫化物抛入大气层,并在全球范围内引发严重的气候紊乱。同一篇报道指出,地球上约76%的物种因此灭绝,包括所有非鸟类恐龙,而被科学家归类为“鸟类恐龙”的鸟类则幸存下来。Sci.News引用了一个接近但略有不同的数字,将科隆大学研究人员的结论归结为:这次撞击及其后续影响导致地球上75%的生命灭绝。

火山活动也是因素之一吗?

《国家地理》指出,与小行星撞击大致同一时期,位于今印度境内的德干高原(Deccan Traps)发生的大规模火山喷发,可能加剧了这场环境危机。该媒体还指出,希克苏鲁伯事件仍是地球五次重大物种大灭绝中唯一被明确归因于小行星撞击的事件,其余四次主要与火山活动及长期气候变化有关,而非单一撞击事件。