化石

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盲蛇家族的进化之谜

蛇类大家族总共有3000多种,是现代陆生生态系统中重要的脊椎动物类群。分子生物学数据显示,现今所有的蛇属于两个主要谱系。一个谱系是盲蛇类群,称为scolecophidians,它们是擅于挖掘者,且大多吃白蚁和蚂蚁，成功居住在热带与亚热带地区,超过三百种,但其体型和生活方式大多相似。第二个谱系被称为alethinophidians,囊括了其他所有的蛇类,总共有两千三百多种,生活方式也是多采多姿。

盲蛇类最大的特点就是视觉退化,生活在极为隐秘的环境中,往往被研究者忽略。然而对它们的研究,对于认识蛇类的起源、演化和地理分布具有至关重要的意义。有鉴于此,研究者构建了盲蛇类的分子数据库,并进行了详细研究。结果显示,盲蛇类曾经在冈瓦纳大陆渡过了漫长的时间,它们的多样化开始于大约1.5亿年前东西冈瓦纳大陆的分裂。最早的盲蛇支系是两个新发现的科,它们最初分布在被称为印度加斯加的古老陆块上,所谓印度加斯加就是印度大陆和马达加斯加大陆构成的联合古陆块。大约在9400万年前马达加斯加与印度分裂,之后两者相距的距离越来越远。其中,盲蛇类经历了地理隔离和几次跨洋散布事件,其中包括一次向西跨越大西洋,这对于掘穴动物来说是难以想象的艰辛旅程。盲蛇类在新生代的异常多样化,可能与它们的食物来源蚂蚁和白蚁的辐射有关。非洲和南美洲的盲蛇在6300万年前分化,此时距离非洲与南美洲的分离大约已经有4000万年了。大约2800万年前,盲蛇在澳大利亚神秘出现,此时的澳大利亚已经不与其他任何大陆相连。因此,如何解释盲蛇类的这种散布和进化依然是一个待解之谜。(Biol.Lett doi:10.1098/rsbl.2010.0220)

赫氏近鸟龙羽毛的颜色

2009年2月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的徐星等人在《科学通报》上发表了一种新长羽毛的恐龙——赫氏近鸟龙(Anchiornishuxleyi)。赫氏近鸟的属名Anchiornis是"接近鸟类"的意思,而种名huxleyi则是为了纪念十九世纪英国伟大的博物学家赫胥黎,是他最早提出鸟类可能是从恐龙演变来的。赫氏近鸟龙属于手盗龙类恐龙,产自中国辽宁省西部的湖相沉积。估计赫氏近鸟龙的体重大约只有110克,是目前已知最小的非鸟兽脚类恐龙。近鸟龙的形态在非鸟类恐龙和鸟类之间,其具有很高灵活性的腕骨和前肢长度及厚度,均显示了向鸟类过渡的情况。赫氏近鸟龙的发现极大地填补了非鸟恐龙和鸟类之间的形态学空白。

接着,在10月1日出版的《自然》杂志上,胡东宇等人又根据在辽宁省建昌县玲珑塔地区侏罗纪髫髻山组发现的更完整的标本,对赫氏近鸟龙进行了更深入的研究。与徐星的标本相比,胡东宇的标本层位清楚,时代更准确。新标本的髫髻山组地层形成于距今约1.6亿年,比以往在热河生物群中发现的最早的带毛恐龙——中华龙鸟的时代要早约2000-3000万年,比此前已知世界上最早的鸟类——发现于德国索伦霍芬晚侏罗世晚期(距今约1.5亿年)的始祖鸟要早约几百万年至1000万年。新发现的赫氏近鸟龙化石,在其近完整保存的骨架周围清晰地分布着羽毛印痕,特别是在前、后肢和尾部均分布奇特的飞羽。更奇特的是,其趾爪以外的趾骨上都被有羽毛,这种完全被羽的特征在灭绝物种中尚属首次报道。研究者将其进一步认定为属于原始的伤齿龙类,进一步缩短了初鸟类、伤齿龙类和驰龙类之间的形态差距。与始祖鸟相比,赫氏近鸟龙的飞羽相对小,羽轴纤细,羽片对称,尖端钝圆,更为原始。赫氏近鸟龙的飞羽与原始鸟类相似也不适于飞行,但极长的小腿则说明其适于奔跑,只是后肢长满羽毛的情况在奔跑型动物中极罕见。研究者提出,兽脚类恐龙的所有主要类群在晚侏罗世最早期之前可能都已出现,并且迅速分化,包括鸟类在内的许多重要类群就是在这次快速演化事件中出现的。

在不到半年之后,好消息再度传来。以北京自然博物馆李全国为首的中美联合研究组在2010年3月12日出版的Science杂志上,报道了对赫氏近鸟龙的全身羽毛颜色的完整复原。研究者在赫氏近鸟龙标本的全身羽毛中取了29个样品,在扫描电镜和透射电镜下,找到了保存很好的黑色素体细胞器,并对这些黑色素体的大小、长度和形状进行了测量和统计。同时还从现代鸟类的不同颜色羽毛中提取样品,对黑色素体的不同指标进行统计分析。通过两项分析结果的对比,最终确定近鸟龙全身所有羽毛的颜色。结果表明,近鸟龙的头顶有一簇红褐色的羽毛,翅膀黑白相间,身体总体呈灰色;近鸟龙的腿上也长满长长的羽毛,这些羽毛一直延伸到脚趾附近,好像另外一对翅膀,同样是黑白相间。研究还表明,恐龙最初的羽毛不是用来飞翔的,而是用来吸引异性,恐吓敌人,甚至驱赶猎物。(Chinese Science Bulletin,2009,54(3):430-435;Nature,2009,461:640-643;Science,2010,327:1369-1372)

河南西峡龙

伤齿龙类恐龙(troodontids)是小到中型的兽脚类恐龙,体重在100公斤以内。相比其他兽脚类恐龙,它们的后肢较长,第二脚趾拥有可收缩的大型、弯曲趾爪,与驰龙类的镰刀状趾爪类似。虽然不像霸王龙、雷龙、马门溪龙和三角龙等那么有名,但伤齿龙以独特的大型脑部在恐龙家族卓然不群。据估计,伤齿龙的智商可达5.3,是其他恐龙的六倍,是所有恐龙中最聪明的一类。以至于有人提出,如果伤齿龙类在白垩纪末的大灭绝事件中存活下来,将会演化得更聪明,甚至将拥有类似人类的外表。而且,艺术家还制作出了先进的、有智能的未来伤齿龙模型,并将这种虚构的动物命名为类恐龙人(Dinosauroid)。

最近,研究者在河南西峡盆地发现了一种新伤齿龙类恐龙,丰富了我们对于这种"高智商"恐龙的认识。新恐龙被命名为河南西峡龙(Xixiasaurus henanensis),化石发现于河南省西峡县的马家村组,年代为白垩纪晚期的康尼亚克阶/坎潘阶交界。头骨化石显示,河南西峡龙有22个上颌齿,而伤齿龙类其他几种的上颌齿分别是,拜伦龙(Byronosaurus)超过30个、寐龙(Mei)24个、杨氏中国似鸟龙(Sinornitkoides youngi)18个、后进扎纳巴扎尔龙(Zanabazar junior)20个,以及蒙古蜥鸟龙(S.mongoliensis)19个。研究显示,河南西峡龙与拜伦龙的亲缘关系最近。拜伦龙、乌尔巴克齿龙(Urbacodon)和西峡龙可能构成一个新的分支,说明在亚洲伤齿龙类存在一个地方性的辐射,产生了很多没有锯齿状突起的牙齿的种类。(Acta Palaeontologica Polonica,available online 19 Feb 2010)

冻绝恐龙

关于恐龙灭绝的理论,可以说千奇百怪,如今又有英国学者研究发现,世界第一大海洋暖流大西洋湾流在白垩纪时期水温迅速降低可能是恐龙灭绝的原因。英国普利茅斯大学环境地理学家格雷戈里·普赖斯带领的研究团队在位于北极圈的挪威斯瓦尔巴群岛，对恐龙化石和板龙、鱼龙等大型海洋爬行动物化石以及其他矿物质展开研究后得出结论,它们非常可能是一系列气候变化导致逐渐灭绝的。据研究计算,白垩纪时期首次较大规模温度下降发生于1.37亿多年前,当时大西洋湾流水温从平均13摄氏度最低降至4摄氏度。这一过程历时数百年或数千年,但从地质历史角度来看已属"迅速降温"。白垩纪时期,斯瓦尔巴群岛所处北欧地区有大批恐龙生活在温暖且水浅的海洋及沼泽。洋流温度下降如此剧烈,足以使这些恐龙逐渐死亡。(Geology 2010,38:251-254)

偷食恐龙蛋的蛇

大部分人对于蛇都没有好感,这可能是因为在漫长的进化历史中人类经常会丧生于蛇口之下,而产生的一种恐惧心理。这些滑溜溜的冷血动物行动诡异,往往悄无声息,整日为了自己的生存而奔波。你可能听说过蛇经常到鸟窝中偷食鸟蛋,但蛇偷食恐龙蛋的例子想必没有听过。可天下之大,无奇不有,真的是只有想不到的,没有做不到的。这不,美国密歇根大学的古生物学家杰夫·威尔逊(Jeffrey A.Wilson)最近就发表了关于蛇吃恐龙幼仔和蛋的文章。

早在1987年,印度调查局的科学家达南贾伊·蒙哈贝就在印度西部的古吉拉特发现一窝比较特别的恐龙蛋,中间有些来历不明的骨骼化石,不过它们当时被当成了恐龙幼仔肢体。2001年,杰夫·威尔逊对标本进行仔细观察后才发现它们是原始蛇的骨骼化石。在这之后,越来越多的科学家开始关注这种蛇,不断去野外考察研究。最后在古吉拉特共发现了三枚蛇化石,有完整的头骨和下巴,还有脊椎和肋骨。经过研究,这种蛇被命名为印度嘉佩蛇(Sanajeh indicus),意思是"来自古印度的嘉佩"。印度嘉佩蛇身长约3.5米,而遭受其攻击的恐龙幼仔属于蜥脚类恐龙的泰坦巨龙,身长约46厘米。成年泰坦巨龙是陆地上生存过的体型最大的动物之一,身长最长可达到30多米。印度嘉佩蛇属于巨蛇类(madtsoiid),它们与现代蛇有所不同,没有颚关节,无法让嘴张得很大,只能依靠庞大的身躯捕食恐龙幼仔。泰坦巨龙幼仔的骨骼非常柔软,在一定程度上能够被折起,蛇只需将它们的肋骨稍微折起便可吞入口中。

这一发现是首次在化石中找到原始蛇捕食的证据,表明白垩纪的生态系统和原始蛇类的进化过程实际上比我们之前所想的要复杂得多。数以百计的恐龙幼仔作为当时生态系统的重要一环献出了它们的生命,成为了蛇口的一份自助餐。研究者猜测,这些奇特的"捕食者和猎物"是在一次暴风雨之后被一起埋在沙子下面的,并且为其推想了一个生动的故事:慢慢上涨的洪水或暴风雨导致成年泰坦巨龙弃窝逃走,印度嘉佩蛇随后爬进巢穴,准备美餐一顿。而正在孵化的恐龙幼仔在伸展身体时,引起了蛇的注意。于是它就盘绕在蛋的周围,等待恐龙幼仔一钻出蛋,就立即将它们吞下。(PLoS Biol 8(3):e1000322.doi:10.1371/journal.pbio.1000322)

半水生的棘龙

兽脚类恐龙棘龙科的模式种为产自埃及赛诺曼期地层的埃及棘龙(Spinosaurus aegyptiacus),其显著的特征是其背椎上具有异常高的神经脊,以及具有圆锥形和边缘没有锯齿的牙齿。棘龙类化石分布广泛,在非洲、欧洲、南美和亚洲的白垩纪地层中都有分布,其最古老的代表来自非洲的晚侏罗世地层。根据非洲出土的破碎的标本,人们认识到棘龙类的食性和生活方式可能比较特殊,与其他兽脚类恐龙不同。之后,在英格兰南部威尔登发现了一具近乎完整的被命名为沃克氏重爪龙(Baryonyx walkeri)的骨架化石,其颅骨结构比较独特,颌长而窄,会让人想起鳄鱼,表明它们以鱼为食,并且在其胃容物中也发现了部分消化的鱼鳞,更佐证了这一观点。但是关于它们食性的直接证据并不充足,有证据显示它们还吃其他恐龙和翼龙。尽管如此,由于上面提到的颌和牙齿形状的特征,棘龙生活习性类似鳄鱼的假说得到了广泛的支持。然而,其颅下解剖特征与其他大型、两足行走的兽脚类恐龙差别不大,这说明它们似乎不大可能是水生的。为了解决形态和胃容物之间的矛盾,研究者想到了稳定同位素地球化学的方法。最近,基于其磷酸盐化化石中的氧同位素组成,通过与同时期陆生兽脚类恐龙、半水生的鳄鱼和龟类做比较,研究者判定棘龙是半水生的,它们大部分时间泡在水中,与今天的鳄鱼或河马类似。这一结果表明大型猎食类恐龙之间存在生态位的分化,虽然棘龙与其他大型兽脚类恐龙如鲨齿龙类或霸王龙类生存在同一时期,但是它们之间并无利益冲突。棘龙类以鱼为食,生活在水中,从而避免了与其他大型兽脚类恐龙发生食物和领地的冲突。[Geology 2010,38(2):134－142]

恐龙的古老表亲

西里龙(Silesaurs)是恐龙家族的一个近亲,它们二者的关系就如同人类和黑猩猩一般。西里龙曾与早期的恐龙生活在一起,渡过了三叠纪很长的一段时间。对于西里龙的研究有助于揭开恐龙起源之谜。最近,美国得克萨斯州大学斯特林·奈斯比(Sterling J.Nesbitt)教授领导的国际科研小组在非洲坦桑尼亚南部发现了一种距今约2.45亿年的新恐龙形类动物——康威阿西里龙 (Asilisaurus kongwe),其体长为1米至3米,重30公斤,牙齿为三角形,具有类似鸟喙的嘴巴。阿西里龙属于目前已知的西里龙家族中的一员,是迄今为止恐龙家族最古老的亲戚,要比目前已知的最古老恐龙早1000万到1500万年。阿西里龙在斯瓦西里语和希腊语中指"古蜥蜴的远祖",与恐龙具有很多相同的特征,是介于更古老的爬行动物和恐龙之间的物种,该新发现表明恐龙的起源应当追溯到2.45亿年之前。人们一直普遍认为,恐龙最近的亲属是肉食动物,两腿行走,但阿西里龙却用四条腿走路,牙齿和颚骨的形状表明它主要是以植物为生,也可能是杂食动物,以植物和肉类为生。研究者还发现,西里龙类、鸟臀目恐龙和蜥脚类恐龙的牙齿和食性是从食肉性祖征独立进化而来的。在恐龙的进化中,属于三个不同群体的迷惑龙、三角龙和剑龙的祖先具有像西里龙那样形状的牙齿,然后分化成为三种不同的结构,以适应不同的食物来源。(Nature 2010,464：95-98)

阿西里龙复原图

阿西里龙的骨骼结构图

鲸鱼的前辈

英国牛津大学古生物学家马特·弗里德曼教授有一次在参观堪萨斯大学时,偶然发现了一种远古巨鱼化石。经过研究,他将这种远古巨鱼命名为"Bonnerichthys gladius"。据了解,这种巨鱼的化石是在十九世纪发现的,并被错误地归类为利兹鱼。弗里德曼的研究发现,最古老的"B.gladius"化石有1.72亿年历史,距今最近的"B.gladius"化石有6600万年历史。此外,他在伦敦自然历史博物馆,还发现了另外一种远古巨鱼"Rhinconichthys taylori"。巧合的是这种远古巨鱼化石最初发现时被十九世纪英国地质学家和古生物学家吉迪恩·曼特尔鉴定错误,并一直被遗忘在博物馆中。

弗里德曼与合作者对这两种史前巨鱼进行了详细研究,发现它们都属于已灭绝的pachycormids类,都是在水中缓慢游动,以浮游生物和其他海洋生物为食。它们开创了独特且高效的滤食策略,而这种策略如今仍然可以在最大型的海洋脊椎动物身上看到。在统治地球海洋上亿年之后,它们在生态系统中的位置被之后的鲸鱼和鲸鲨所占据。从化石记录看,B.gladius的消失同白垩纪大灭绝相吻合。随后，鲸鱼填补了由这些巨型滤食动物留下的空白生境,它们的多样化受海洋温度变化和同时进化的硅藻控制。在3000万至4000万年前,鲸鱼、宽吻海豚及鼠海豚的进化就已经受到生物和气候变化事件的控制。(Science 2010,327:990-993;968-969;993-996)

5.65亿年前埃迪卡拉生物的运动能力

关于寒武纪以前生物运动能力的化石证据非常稀少。目前可靠的埃迪卡拉遗迹化石都晚于5.6亿年,主要是浅水沉积物中相对简单的水平潜穴和遗迹。最近,研究者在加拿大纽芬兰东南部的错误角(Mistaken Point)地区,年龄为5.65亿年的地层中发现了一些深水环境中的宏观遗迹化石。研究者检查了70个标本,其长度从1.5厘米到17.2厘米不等,宽度最大为13毫米,不分叉,呈现各种角度的弯曲。有的遗迹化石内部被分割为多个新月形的区域,有的化石端部还保留有圆形的印痕。对比现生的例子,研究者认为这些遗迹化石的造迹生物可能类似于刺胞动物。

这一发现将复杂遗迹化石的出现时间向前推到了阿瓦隆生物群生存的时代,表明早期的埃迪卡拉生物群中至少有一部分分子已经具有肌肉。虽然它们生物学上的分类位置还不明确,但有可能已经具有了后生动物的属性。(Geology 2010,38:123-126)

白垩纪末大灭绝的南北差异

约6500万年前,一颗巨大的陨石呼啸而下,在如今的尤卡坦半岛撞上了地球,最终导致包括恐龙、翼龙和菊石在内的绝大多数物种灭绝。最近,美国宾夕法尼亚州立大学的研究者在分析了来自全球海洋的微型浮游生物化石后,发现这次大灾难对南北半球的影响不同。总体来说,大灾难使全球90%以上的微型浮游生物灭绝,但北半球一些地方的灭绝率高达98%,而南半球最南部的灭绝率只有73%。此外,南半球海洋的生物多样性很快得到恢复,而北半球海洋直到30万年后才恢复到正常水平。研究者据此推测,这可能是因为当时撞击地球的巨大陨石是自东南向西北方向的,撞击造成的烟尘更多地覆盖了北半球,撞击散发出的有毒物质也更多地落到北半球。烟尘遮蔽阳光,使浮游生物无法进行光合作用而死亡,而有毒物质的影响长期延续,使北半球海洋浮游生物恢复缓慢。由于浮游生物是整个海洋食物链的基础,因此整个北半球海洋生态系统的恢复比南半球迟缓了几十万年。(Nature Geoscience 2010,3:280-285)