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南半球最古老海洋爬行動物化石!這只幻龍是如何穿越「好望角」?

2024-07-18辟謠

「……船員們凝望著這個不知已經隱藏了多少世紀的壯美岬角。他們不僅僅是發現了一個突兀的海角,而是發現了一個新的世界。鑒於之前所經歷的危險與風暴,巴爾托洛梅烏·迪亞士和他的同伴們將其命名為風暴角。在他們回到王國後,國王若昂二世給了它另一個輝煌的名字——好望角。」——若昂·德·巴羅斯(1496 – 1570)

好望角 (圖片來源:veer圖庫)

一只幻龍

紐西蘭南島中部的艾許波頓湖區是著名的旅遊目的地,在這裏,一連串高山湖泊倒映著周圍數座山巒,彼此之間,相映成趣。在湖區中,平緩的哈珀山並不顯眼。在毛利語中,哈珀山又被叫做瑪哈努伊(Mahaanui),是神話中象征英雄毛伊的戰船的巨石。

山坡上遍布黑色的碎礫,運氣好時,或許能在其中找到一兩塊帶有紋飾的螺類化石——通常來說,它們隸屬於蜂巢螺屬( Mellarium )。這些小海螺是紐西蘭中三疊紀安尼期(Anisian)的標誌化石,距今約2.45億年。

湖水倒映的哈珀山 (圖片來源:Wiki media commons)

2.45億年前,紐西蘭島還是泛大陸(Pangaea)的一部份——這是地球歷史上最後一個超級大陸,現代地球上的主要板塊擠在一起,構成了一塊橫跨南北的巨大古陸。這裏距離三疊紀的南極圈並不遙遠(約為60°S),是泛大陸東南部的一個巨大 岬角

在岬角的北方,特提斯洋正在擴張,推動西藏、伊朗與土耳其陸塊緩緩掠過赤道。

而在更遠的東方,華南與華北板塊即將接合,但現代東亞的大部份陸地還在大海之中——對於現代人來說,這是一個陌生的世界,但就在這片廣袤無垠的世界中,我們諳熟的諸多生物正在崛起——裸子植物、恐龍、翼龍,以及我們的祖先——不過此時,這一切都還未塵埃落定,幹旱的紅色大地才是最常見的景色。

在中三疊紀的紐西蘭,一只稀裏糊塗的海洋爬行動物安息在淺海之中。我們無法追蹤它的死因——這只被命名為GNS GD 540的幻龍( Nothosaur )只留下了一節椎骨,被藏匿在哈珀山的碎石之中。

它的存在令古生物學家驚訝不已,近日,在一項發表於【當代生物學】(Current Biology)上的研究中,研究者確認了GNS GD 540是目前所發現的,南半球最古老的海洋爬行動物化石。

這只古老的生物隸屬的族群曾從特提斯洋出發,漂流過泛大陸東南方的這個岬角。如同數億年後迪亞士度過好望角,發現印度洋一樣,這一支(這裏用「一支」,因為完成遷徙的不是這個個體,而是這個族群,這個個體本身很有可能就是一直生活在化石發現地的,但是這個族群是起源於特提斯洋的)幻龍也越過了古代的紐西蘭,發現了泛大洋。

幻龍復原圖 (圖片來源:Wiki media commons)
幻龍化石GNS GD 540的照片與CT掃描影像 (圖片來源:參考文獻1)
幻龍的體型示意圖 (圖片來源:Wiki media commons)

南北殊途

幻龍並不是人們耳熟能詳的化石類群。在這種體型通常只有三四米的海洋爬行動物生活在三疊紀,擁有典型的長脖子與長尾巴。但相較於其他活躍在中生代的海洋爬行動物,它們在形態上並沒有什麽特殊之處。

不同於魚龍或蛇頸龍,幻龍的水生適應特征並不突出,它的四肢尚未完全鰭化,尾部也沒有趨同演化出類似魚類的扁平末端。一些學者認為幻龍會像現代的海龜一樣保留一定的陸上運動能力,在繁殖或進食的間歇,幻龍會離開海洋,在陸地休憩。

保留在雲南羅平的幻龍足跡化石暗示,這支海洋爬行動物可能正處於半水生-水生的過渡狀態,它的遊泳姿勢類似於「狗刨」,前肢劃水,但會觸碰到海底的泥沙。

這些證據都表明,幻龍並非遊泳健將,大多數時候,它只是在淺海上遊蕩,用針狀的牙齒搜捕魚類或者菊石。對於它們來說,跨越深海並非容易的事情,但即便如此,幻龍也展現出了令人驚訝的分布廣度——無論是特提斯洋還是泛大洋,我們都發現過幻龍化石的記錄。

幻龍可能的運動方式。根據雲南羅平發現的幻龍足跡,這一物種的運動主要由前肢驅動,其模式處於「水下行走」與「水下飛行」之間.

(圖片來源:參考文獻2)

一如GNS GD 540穿越泛大陸東南角,挺近南極圈。另一類幻龍類也曾一路北上,離開溫暖的熱帶海水,進入北極海域。

生活在早三疊紀的西北風神龍( Corosaurus ,名稱來自羅馬神話中的西北風神Corus)是目前發現的最古老的幻龍類之一,但與它的親屬不同的是,它並未生活在泛大陸東側溫暖的特提斯洋中,而是在泛大陸的西北緣,也就是現今美國懷俄明州的低緯度淺海中。

雖然化石點重建出的古緯度較低,但是考慮到泛大陸的阻礙,因此古生物學家認為這一支幻龍最有可能是繞過泛大陸東北方的破碎陸塊,進入北極,再一路南下抵達懷俄明的。這一條路徑繞過了整個泛大陸北部,對於遊泳能力不佳的幻龍來說,這樣大尺度的放射線無疑是一項壯舉。

中三疊紀的古地理示意圖。紅星指示幻龍GNS GD 540的發現地;藍星指示西北風神龍的發現地。紅色實線箭頭指示確定的幻龍類遷移路線,虛線指示可能的遷移路線。

(圖片來源:參考文獻1)

對於大多數爬行動物來說,高緯度並非一個值得探索的區域。現代爬行動物很少會抵達南北緯60°以上的區域。對於變溫性的它們來說,高緯度的寒冷氣候會嚴重影響它們的代謝與正常的生理功能。

因此,相較於現生爬行動物的分布與活動模式,三疊紀的幻龍似乎走向了一個完全不同的方向——它們積極地擴充套件著自己的分布範圍,甚至穿越了北極海道。這種對低溫的耐受似乎表明幻龍可能擁有更強的代謝能力,或者它與遠房親戚魚龍一樣擁有保暖的脂肪。

但是無論如何,泛大陸西側的西北風神龍與大陸東南側的GNS GD 540共同證明了一件事——在特提斯洋起源之後,以幻龍為代表的許多海生爬行動物似乎都開始往高緯度放射線。它們似乎並不青睞熱帶,因為三疊紀的熱帶猶如被大火灼燒一般炎熱。

灼熱的世界

在二疊紀大滅絕之後,地球進入了顯生宙最強烈的一次溫室期。在西伯利亞大火成巖省排放的巨量溫室瓦斯的作用下,早三疊紀的全球平均氣溫可能一度抵達50℃,在這種環境下,赤道附近的表層海水溫度遠高於現代。

雖然較高的溫度有利於爬行動物維持體溫,保持代謝活性,但是極端的高溫對於脊椎動物來說顯然是不可接受的。大多數動物在45℃以上的環境下會導致嚴重的蛋白熱損傷。而對於海洋生物來說,這個閾值則更低——因為高溫條件下,氧氣的溶解度會進一步下降,因此高溫海水往往是缺氧的。

在這種炎熱氣候的影響下,無論是陸地生物還是海洋生物都會傾向於往更涼爽的高緯度環境遷移。作為驅動生物遷移與演化的重要動力,三疊紀的高溫環境或許正是促使一些海洋爬行動物走上漂流旅程的主要動力——而與此同時,三疊紀的高緯度地區也並非和現代一般冰天雪地,海洋被冰川阻隔。三疊紀無冰的兩極遍布通暢的海道,因此,幻龍與其他海洋爬行動物可以沿著大陸邊緣,抵達它們想要抵達的各種地方。

顯生宙全球平均氣溫重建曲線。可以看到,在2.4億年左右,地球氣溫達到了整個顯生宙的極值。

(圖片來源:參考文獻6)

早三疊紀的海陸生物分布格局,紅線中的區域便是缺乏生物化石記錄的「死亡地帶」。 (圖片來源:參考文獻5)

像幻龍這樣走上遷徙旅程的不僅僅是海洋中的爬行動物。在陸地上,陸生爬行動物也呈現出強烈的南北分布。泛大陸中央,也就是現如今的非洲中部與南美洲北部,似乎成為難以逾越的生命禁區,幾乎沒有大型脊椎生物的化石在這裏被發現。

雖然三疊紀早期的高溫並未持續太久,但漫長的溫室氣候卻持續了幾乎整個中生代——正是在這個漫長溫室中,恐龍、鳥類以及哺乳動物逐漸登上歷史舞台,古生代的生物面貌逐漸被取代。就在三疊紀的烈日驕陽之下,一個全新的世界正在形成。

不過,遺憾的是,我們的主角幻龍GNS GD 540沒有機會見到這個新世界了。在三疊紀末的滅絕事件中,幻龍類與絕大多數海洋爬行動物一道結束了歷史舞台。就像數億年後的巴爾托洛梅烏·迪亞士一樣,在又一次踏上尋覓印度的旅途之中,永遠地安眠在那個岬角呼嘯的風暴之中。

1488年,迪亞士穿越好望角時駕駛的帆船。12年後,當他再一次啟航經過好望角時,他的船隊遭遇了強烈的風暴。他所在的帆船在風暴中沈沒。

(圖片來源:Wiki media commons)

參考文獻:

1 Kear, B. P. et al. Oldest southern sauropterygian reveals early marine reptile globalization. Curr Biol 34 , R562-R563 (2024).

2 Zhang, Q. et al. Nothosaur foraging tracks from the Middle Triassic of southwestern China. Nat Commun 5 , 3973 (2014).

3 Bardet, N. et al. Mesozoic marine reptile palaeobiogeography in response to drifting plates. Gondwana Research 26 , 869-887 (2014).

4 Lindgren, J. et al. Soft-tissue evidence for homeothermy and crypsis in a Jurassic ichthyosaur. Nature 564 , 359-365 (2018).

5 Sun, Y. D. et al. Lethally Hot Temperatures During the Early Triassic Greenhouse. Science 338 , 366-370 (2012).

6 Scotese, C. R., Song, H., Mills, B. J. W. & van der Meer, D. G. Phanerozoic paleotemperatures: The earths changing climate during the last 540 million years. Earth-Science Reviews 215 (2021).

出品:科普中國

作者:破滅的Sunny(古生物博士)

監制:中國科普博覽