我們可能通過電影、書籍、紀錄片或者自然博物館,了解過壹些關於恐龍的知識,甚至近距離觀看過恐龍化石,但總的來說,我們對恐龍的了解都極為有限,因為它們生活的年代實在太過遙遠,因此,至今仍然有太多未解之謎。
恐龍誕生於兩億多年前,起初,它們體型嬌小,在其他動物的陰影下蟄伏了幾千萬年;後來,它們抓住了環境劇變的機遇,在侏羅紀時代,成長為讓大地都為之顫抖的龐然大物,並從此統治了地球1.4億年。在恐龍王朝的巔峰期,它們的足跡遍布地球的每壹個角落,站在食物鏈的頂端。
作為壹種活躍在中生代的直立爬行動物,恐龍的家族異常龐大,既有比壹架波音747還重的阿根廷巨龍,也有可以用牙齒輕松撕碎對手的霸王龍。毫無疑問,恐龍是自然生命演化的傑作。從地球的統治力而言,除了人類以外,幾乎沒有第二個物種能與恐龍匹敵。恐龍時代曾經如此輝煌,卻又在鼎盛時期瞬間崩塌,給我們留下了無盡的疑問和遐想,這種超強的戲劇性自然也引起古生物學家們的 探索 興趣。
這本書的作者史蒂夫·布魯薩特,就是壹位年輕卻成就斐然的古生物學家。他從美國哥倫比亞大學取得博士學位後,赴蘇格蘭愛丁堡大學任教,曾與中國著名古生物學家呂君昌、邢立達***同研究過恐龍課題。他出版過6部作品,命名了超過15個古代物種,還是BBC紀錄片《與恐龍同行》和熱門電影《侏羅紀世界3》的科學顧問。
不知妳有沒有註意到,這本書的名字叫《恐龍的興衰》,而不是《恐龍的興亡》,壹字之差,其實大有奧秘,意味著恐龍的最終命運只是衰落,而不是我們印象中的滅絕,這又該怎麽理解呢?在這裏先賣個關子,後面我們再揭曉。
我猜妳肯定會有壹個疑惑,恐龍興起的年代,距今已有兩億多年的 歷史 ,古生物學家們既沒有時光機,也沒有任何文字或圖像材料可考,他們是如何了解恐龍前世今生的呢?這就是我們今天要解答的第壹個問題。
其實,答案妳很可能已經猜到了,那就是通過化石來還原 歷史 。但如果繼續追問,妳可能就答不上來了。比如,古生物學家是如何尋找化石的?是如何判斷化石年份的?又是如何通過化石了解恐龍的樣貌、習性、身體特征和生活方式的?古生物學家的工作都會有哪些挑戰呢?
其實,古生物學家研究恐龍的過程,跟偵探破案的過程很相似,他們需要在蛛絲馬跡中找到線索,然後根據線索拼出壹張線路圖。這張圖不是完美無缺的,很多地方只能通過想象和合理推斷來彌補,不過,這個破案過程實在是精彩有趣。那麽接下來,我們就跟著古生物學家們壹起破解恐龍之謎。
要想真正讓化石“說話”,古生物學家們的工作大概需要分為四步:第壹步,認識化石;第二步,找到化石;第三步,鑒定化石的年代;第四步,從化石中提取生物信息。下面我們壹壹展開。
首先,古生物學家的基本功課是要認識化石,恐龍化石主要分為兩類:壹類是實體化石,也就是古代生物的軀體直接形成的化石,最常見的是骨頭和牙齒,有時候皮膚、羽毛甚至內臟這些柔軟部位,也都能形成化石,只不過形成的條件更加苛刻,存留的數量也更少;另壹類是遺跡化石,比如足跡、巢穴、齒痕、糞便和蛋,都能形成化石。通過分析這些化石,古生物學家們就能還原出古代生物的身體構造、移動方式和生活習性等特征。
然後,咱們再來說說如何獲得化石。在我們的印象裏,化石可能都來自古生物學家們在野外的辛勤 探索 ,但實際上,為了更高效地獲得化石,古生物學家除了自己 探索 以外,還經常雇傭“化石獵人”來采集化石。顧名思義,“化石獵人”就是壹群不停尋找並挖掘化石的人,他們精通地質學知識,能深入不毛之地,壹幹就是幾個月,然後馱著大量化石滿載而歸。比如,在19世紀末的美國西部,很多“化石獵人”就是當地的鐵路工人或者淘金者,他們的行事風格像西部牛仔壹樣粗獷豪放,我們很難想象,這群人會和學術研究扯上關系。從主觀來看,“化石獵人”做這行就是為了錢,但客觀上,他們卻也成為促進科學發展的有力推手。
找到化石以後,下壹步就是鑒定化石的年代。化石本質上是石頭,而弄清楚化石年齡的最好方法就是放射性定年,原理很簡單,放射性元素有壹個特殊的性質,那就是每經過壹段時間,就會有恰好壹半的原子衰變成另外壹種元素,所以,通過分析這兩種元素的比例,就能鑒定出巖石形成了多少年。
在我們的印象裏,考古學家鑒定古代文物的年代,主要是通過碳-14測年法,但在研究恐龍化石時,碳-14卻派不上用場,因為碳-14的半衰期只有幾千年,根本沒法給動輒上億年的遠古生物測定年份。但是,鉀-40衰變成氬(yà)-40的半衰期長達12.5億年,所以在研究恐龍化石時,科學家們最常用的就是鉀氬測年法,也就是通過分析鉀-40衰變成氬-40的比例,來測定巖石形成的年代。
不過,放射性定年法也有局限性,那就是只適用於那些從液態變成固態的巖石,比如熔巖冷卻後形成的玄武巖或花崗巖,而泥巖和砂巖沒法用放射性測年。有時候,如果壹塊化石正好位於兩層玄武巖中間,那我們就能通過分析這兩層巖石的年代,給化石的年代定下壹個範圍。但如果不湊巧,壹塊化石周邊的巖石都沒法測年齡,那這塊化石的年齡可能就真的成了未知數。
鑒定完年代之後,古生物學家們接下來要做的,就是提取化石的信息。雖然表面上看它只是壹塊石頭,但化石蘊含著巨大的能量。我們可以根據化石的種類和特點,獲知古代生物的體重、年齡、生理構造、生活方式等種種信息。
比如,恐龍的體重就是壹個很有趣的話題。因為沒人見過活的恐龍,所以憑借手頭的幾塊化石給恐龍測體重,難度肯定比曹沖稱象要大得多,不過古生物學家們還是研究出了兩種比較科學的測量方法。第壹種方法很簡單,因為動物越重,四肢就越粗壯,科學家們通過分析各種動物的體重和四肢粗細程度,找到了二者之間的對應關系,所以,只要有恐龍四肢骨骼的粗細數據,套到公式裏就能算出恐龍的大致重量。第二種方法更精細,主要是在模擬軟件裏建立恐龍骨架的三維數字模型,再給恐龍添加上肌肉、器官和皮膚等元素,然後用計算機程序就能推斷出恐龍的體重。正是通過這兩種方法,我們今天才能獲得比較準確的恐龍體重信息。
除了體重,古生物學家們還能通過恐龍的骨骼形狀,判斷出它們的生活習性。比如,腕龍的頭骨很高,而且頭部有著發達的肌肉,上下頜還布滿鏟子壹樣的牙齒,通過這壹點就能判斷,腕龍能吃下比較硬的食物,比如植物的莖和蠟質樹葉。但是,梁龍的頭骨比較長,骨頭也比較脆弱,口鼻部位前面只有壹排鉛筆形狀的細小牙齒,相比之下牙口不太好,所以就能判斷,梁龍吃不了硬的食物,只能吃植物比較嫩的葉片。
此外,如果割開恐龍的骨頭化石,我們還能通過觀察骨頭的生長輪圈數,來鑒別壹只恐龍死亡時的年齡。如果獲得壹塊恐龍頭骨,科學家們則可以通過X射線掃描,測算出恐龍大腦的大小,以及嗅覺、聽覺和視覺器官的發達程度。這些都為我們還原恐龍的生理特點和生存方式提供了有力證據。
好,說完古生物學家的工作方法,下面我們正式進入恐龍的 歷史 。我們先來看看,恐龍是如何興起並走向鼎盛的。
為了把握恐龍的生存階段,我們首先要了解地質年代,它是用來描述地球 歷史 的時間單位。地球生物在大約5.4億年前開始大量出現,所以,科學家們就將5.4億年前至今壹***劃分為三代,由遠及近分別是古生代、中生代和新生代,我們人類生活在新生代,而恐龍生活在中生代。中生代開始於大約2.5億年前,結束於大約6500萬年前,它又可以再分為三個紀(紀律的紀),由遠及近分別是三疊紀、侏羅紀和白堊紀。要說清楚恐龍的故事,我們還得從2.5億年前開始講起。
那時候,地球從古生代的二疊紀,邁入中生代的三疊紀,這次地質時代的更叠,並不只是換個名字那麽簡單。二疊紀的最後時刻,地球已經變成壹片煉獄。在今天的西伯利亞壹帶,大量巖漿沖破地幔進入地殼,然後在巨大的地表裂隙中噴湧而出。這次噴發可能持續了上百萬年,徹底改變了地球的氣候環境,大量熱量、火山灰和有毒氣體被釋放出來。隨之而來的,是壹次慘烈的生物大滅絕,地球 歷史 上曾經出現過至少20次大滅絕事件,但這壹次是最嚴重的。據估計,約有90%的物種在這次災難後徹底消失。
化石記錄了這壹次的慘烈毀滅。作者發現,二疊紀晚期的遺跡化石,種類和數量都非常豐富,反映出當時的生態系統其實是非常富饒的。但到三疊紀初期,化石驟然減少,除了偶爾出現的壹些小爪子痕跡和洞穴遺跡以外,什麽都沒有。很明顯,這就是化石對災難的生動記錄。
在二疊紀占統治地位的動物們,到三疊紀基本上就都退出了 歷史 舞臺。但幾家歡喜幾家憂,原來主導物種的消亡,在自然界中騰出了大量的生態位置,反而給了其他物種寶貴的發展機遇。這時候,有壹類爬行動物演化出了直立行走的姿勢,這讓它們能在消耗更少能量的同時,跑得更快更遠,這類動物被稱為主龍類生物,“主要”的“主”,“恐龍”的“龍”,雖然這麽叫,但主龍類並不能和恐龍劃等號。主龍類有兩大譜系,壹個是假鱷類,也就是今天鱷魚的祖先,另壹個是鳥跖(zhí)類,也就是翼龍和恐龍的祖先。沒錯,翼龍其實不是恐龍,它們只是恐龍的遠親。
真正的恐龍最晚在2.3億年前就已經出現,至於恐龍的具體定義,其實在很大程度上取決於人們的主觀判斷。今天,古生物學家們認定,三大類恐龍和它們的***同祖先,從整體上構成了恐龍家族。這三大類恐龍,壹種是植食性的、體型巨大、長著長脖子的蜥腳類恐龍;壹種是植食性的、臀部盆骨和鳥類很像的鳥臀類恐龍;還有壹種是以肉食為主,用兩足行走的獸腳類恐龍。
簡單來說,三疊紀從約2.5億年前開始,到約2億年前結束,在這5000萬年時間裏,恐龍的祖先用了大約2000萬年進化成恐龍,又在後面的3000萬年裏,以恐龍的身份繁衍生息。
不過也不知道是自己不爭氣,還是對手太優秀,最開始恐龍混得其實並不好,反而是它們的遠親假鱷類獨領風騷,占據了生態系統中的統治地位。直到三疊紀結束,恐龍的種類、數量和體型,其實都遠遠比不上假鱷類。
直到大約2億年前,龐大的古代泛大陸在地質活動的作用下,被撕扯成東西兩大塊,隨之而來的是又壹次生物大滅絕,有超過30%的物種消失。三疊紀走到盡頭,地球進入侏羅紀時代。
這壹天,恐龍等了足足三千萬年。雖然很多生物在這個時期滅絕,但恐龍卻意外地發展壯大,順勢擊敗假鱷類,登上了自然界的王座。科學家們至今還沒有弄清楚其中的原因,但化石確鑿無疑地記錄下了這種變化。在三疊紀晚期,恐龍的遺跡化石只占所有動物遺跡的20%左右,但到侏羅紀初期,這個數字就已經超過了50%。
直到這時,我們才能說地球真正邁進了恐龍時代。恐龍們的數量迅速增加,體型也像吹氣球壹樣越來越大。其中最具代表性的是蜥腳類恐龍,它們是有史以來體型最大的壹類陸生動物。今天陸地上最大的動物大象,體重大多只有5到6噸,而侏羅紀時代,蜥腳類恐龍的體重動輒就能達到10噸以上,最重的雷龍和腕龍體重甚至能超過30噸。
而且更有意思的是,古生物學家們發現,在同壹時期同壹地點,竟然能同時生活著五六種巨大的蜥腳類恐龍,這麽多巨型“吃飯機器”湊在壹起,就像非洲草原上同時生活著五六種大象壹樣神奇。不過,它們之間卻不會因為食物爭得妳死我活。蜥腳類恐龍都是植食性動物,但不同種類之間的覓食方式大不相同。通過分析它們的骨骼結構就能發現,腕龍的脖子能高高揚起,吃到最高處的食物,而梁龍的脖子只能擡到跟肩膀差不多的高度,所以會像吸塵器壹樣吃低矮的樹葉。也正因如此,這麽多蜥腳類恐龍才能和諧相處。
有了足夠的植食性恐龍作為食物來源,肉食性獸腳類恐龍的種類也大幅增加。大的有體重達到兩噸半的異特龍,它們是當時最頂級的捕食者,稍小壹些的還有和馬差不多大的馬什龍和史托龍,以及更小的,體重只有幾十公斤的虛骨龍和嗜鳥龍,等等。
大約1.45億年前,侏羅紀終結,白堊紀開始。不過這次紀元的更叠和前幾次不同,沒有發生生物滅絕這類標誌性事件。之所以這麽劃分,是因為歐洲西部在這個年代的地層中普遍出現了壹種微細的碳酸鈣,也就是白堊沈積的現象。白堊紀依然是恐龍統治的時代,只是不同角色的戲份稍有改變。
比如,在侏羅紀大放異彩的蜥腳類恐龍,雖然在白堊紀體型達到巔峰,出現了有史以來最大的、體重達到50噸的阿根廷巨龍,但蜥腳類恐龍的品種大大減少,絕大多數成員都悄無聲息地消失了。小壹點兒的植食性鳥臀類恐龍,則抓住機會發展壯大,遍布全球各地。它們中的典型代表,是既能四足行走、也能兩足沖刺的禽龍,和滿身覆蓋著骨質裝甲的甲龍。
在白堊紀,獸腳類恐龍是所有恐龍中當之無愧的第壹主角。大約8400萬年前,君王暴龍,也就是我們常說的霸王龍,正式出現在了地球表面。妳可能看過斯皮爾伯格導演的《侏羅紀公園》,被裏面的霸王龍驚嚇到,但真實的 歷史 是,霸王龍誕生於白堊紀,而不是侏羅紀。霸王龍的身長超過13米,平均體重達到9噸,咬合力驚人,壹顆牙齒能給獵物施加的力量超過1.5噸,而它嘴裏這種鋒利的牙齒多達50顆。要知道,壹頭非洲獅的咬合力只有450公斤,兩者根本不在同壹個重量級。毫無疑問,霸王龍是地球有史以來最強大的捕食者之壹,它們的出現,標誌著恐龍王朝達到鼎盛時刻。
不過,每個王朝都有落幕的壹天,恐龍王朝也不例外,在走向頂峰的同時,衰落也即將到來。
關於恐龍衰落的原因,目前最常見的假說就是“彗星撞擊說”。這種觀點認為,是壹次發生在6500萬年前的彗星撞擊事件,造成了地球生物的又壹次大滅絕,最終導致了恐龍的衰落。關於這個假說,有人支持,也有人反對。作為“彗星撞擊說”的堅定支持者,他甚至拿自己的職業生命打賭,認定如果沒有彗星撞擊,恐龍就絕對不會滅絕。他為什麽這麽肯定呢?
這還得從壹種稀有的金屬元素銥說起。銥(yī,金字旁加壹個“衣服”的“衣”字)這種元素在地球上特別罕見,地球巖層中銥的主要來自從外太空落下的浮塵,所以含量壹直很穩定,但上世紀70年代,古生物學家們發現,形成於6500萬年前的巖層中,銥元素的含量突然出現了不同尋常的爆炸式增高,而且這種現象在全球各地都有發現。這該怎麽解釋呢?對此,科學家們提出了壹種假說,認為巖層中的這壹層金屬銥,都來自外太空的壹顆彗星,這顆彗星撞擊地球時揚起了漫天塵埃,又通過大氣把塵埃中的金屬銥帶到世界的每壹個角落。
科學家們還原了當時的場景:壹顆直徑大約10公裏,大小和珠穆朗瑪峰差不多的彗星,以噴氣式飛機速度的約100倍,撞上了位於墨西哥東南部的尤卡坦半島。撞擊時產生的能量,相當於10億顆原子彈爆炸。科學家們估計,在過去的5億年裏,這可能是撞上地球的尺寸最大的彗星之壹。這次撞擊造成了巨大的沖擊波,同時引發了地震和森林大火,給整個世界帶來了毀滅性的災難。
不難推測,恐龍肯定也是這次撞擊的受害者,但我們能由此得出結論,認定彗星撞擊是導致恐龍衰落的直接原因嗎?其實還不能。比如有人就認為,雖然6500萬年前確實發生過壹次彗星撞擊事件,但彗星並不壹定是消滅恐龍的元兇。恐龍很可能在之前的幾百萬年時間裏,已經開始逐漸衰退了,這顆彗星只是完成了掃尾工作而已。
事實真的如此嗎?化石證據再次還原了當時的場景。作者和同事們發現,在白堊紀結束之際,恐龍化石的多樣性水平非常高,蜥腳類、鳥臀類和獸腳類恐龍依然欣欣向榮,像以往壹樣過著舒服的日子。可以肯定的是,直到白堊紀晚期,恐龍王朝都壹直處在最輝煌的時期。與之形成對比的,是在彗星撞擊之後形成的化石裏,人們從沒發現過恐龍化石,不管是實體化石還是遺跡化石,壹塊也沒有。
這就表明,恐龍的滅絕是非常突然的,從頭到尾最多用了幾千年時間,而這段時間,對應的恰好就是彗星撞擊地球的時刻。在此之前,恐龍並沒有緩慢衰落的跡象。這樣事實就很清楚了,彗星撞擊肯定是導致恐龍衰落的元兇。
不過作者也發現,除了彗星撞擊以外,導致恐龍衰落的可能還有壹個次要因素。化石顯示,白堊紀晚期,鳥臀類恐龍中的角龍類和鴨嘴龍類,數量都出現了下降,而這兩類恐龍都屬於大型植食類恐龍,位於食物鏈的較低位置,雖然這個變化沒有給恐龍家族的整體繁榮帶來影響,但它們數量的減少讓生態系統變得比以往更脆弱。作者認為,如果彗星撞擊時,植食性恐龍沒有發生衰退,那恐龍家族或許就能經受住這次考驗。但不幸的是,彗星恰好就在這個狹窄的時間窗口撞上了地球。
這時候可能又有人問了,為什麽很多生物都在這次災難中挺了過來,唯獨恐龍不行呢?其實,當時有大約70%的物種都走向了滅絕,存活下來的物種總體上都有很多優勢,比如個頭更小,便於隱藏;食性廣泛,不挑食;生殖效率高,繁衍速度快等,這些都讓它們在面對末日時有更強的適應能力。而這些優勢,恐龍壹項都沒占。
大多數恐龍體型巨大,沒法到洞穴裏或者水中避難,而且它們的食性還很專壹,要麽只吃肉,要麽只吃幾種特定的植物,在食物鏈崩潰的時候,挑食的恐龍就很難找到足夠的食物。現在的研究還發現,恐龍很可能是溫血動物,新陳代謝水平很高,這就要求它們需要大量地進食,壹旦斷糧就挨不過幾天。這些都讓恐龍在面對打擊時更加脆弱。
現在讓我們回答剛開始提出的那個問題,恐龍真的滅絕了嗎?作者告訴我們,其實並沒有,因為今天的鳥類就是恐龍。這麽說可不是嘩眾取寵,因為鳥類本質上是恐龍的壹個演化分支。從整體上說,恐龍可以分為兩大類,壹類是非鳥恐龍,也就是我們約定俗成的恐龍;另壹類是鳥形恐龍,今天的所有鳥類都屬於鳥形恐龍。說白了,鳥類就是壹種演化出了翅膀,發展出了飛翔能力的恐龍,只不過我們習慣上從不這麽叫而已。
這個論斷,同樣有化石證據作為支撐。早在19世紀,人們就發現了始祖鳥的化石。始祖鳥的形態非常奇特,它有尖尖的爪子、長長的尾巴,很像恐龍,但同時又有羽毛和翅膀,很像鳥類。顯然,這種半恐龍、半鳥的動物,暗示了恐龍和鳥類之間存在著特殊的親緣關系。英國生物學家托馬斯·赫胥黎很早就認定,鳥類就是恐龍的後裔。
這個觀點在當時驚世駭俗,壹時很難讓人接受。直到上世紀末,我國遼寧省相繼出土了多種帶有羽毛的恐龍化石,這些化石補全了恐龍和鳥類之間的進化鏈,不可動搖地證明了鳥類進化自恐龍的事實。後來進壹步發現,鳥類屬於恐龍中的獸腳類,在演化關系上和霸王龍有很近的血緣關系。
值得壹提的是,鳥類其實出現得相當早。作者根據化石推測,大約在侏羅紀中期,也就是大約1.6億年前,鳥類就已經演化了出來。也就是說,鳥類和它們的非鳥恐龍親戚,大約在地球上***同生存了1億年。在6500萬年前的那場浩劫中,所有的非鳥恐龍都滅絕了,唯獨鳥形恐龍中的壹小部分繁衍至今,演變成了今天的鳥類。也正因如此,作者說恐龍在6500萬年前的那次事件中衰落了,但並沒有真正滅絕,恐龍家族依然延續至今。