重回恐龙灭绝的那一天

某个周日一天翻译的成果。很不错的故事,尽管还远不是定论……
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  想象一下,在6600万年前的某个晚上,你站在北美的某个地方仰望天空,你很快就能发现一颗很像星星的东西,如果你观察一两个小时,会发现这颗星星的亮度不断增加,而几乎没有移动位置,最后你会发现,它并不是一颗恒星,而是一颗小行星,正在以每小时7.2万公里的速度撞向地球。

  60小时后,小行星撞上了地球。

  大气层炸开了一个洞,空气被压缩并剧烈加热,同时产生超音速冲击波,这颗小行星撞击了今天墨西哥尤卡坦半岛附近的浅海。

  那一刻,白垩纪结束,古近纪开始了。

  几年前,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家使用当时世界上最强大的计算机之一,所谓的“Q机”,来模拟这次撞击的影响,结果显示,在撞击地球的两分钟内,这颗至少有9.6公里宽的小行星砸出了一个大约29公里深的陨石坑,并将25万亿公吨的碎屑抛入大气层。

  想象一颗小石子丢到池塘里的情景,然后再放大到行星尺度上。当地壳反弹时,一座比珠穆朗玛峰还高的山峰短暂出现,撞击所释放的能量是广岛原子弹的十亿倍以上,但这件事看起来一点也不像具有标志性蘑菇云的核爆炸。

  相反,小行星的最初爆裂形成了巨大的熔融物质喷射物,从大气中喷出,其中一些呈扇形散布到北美,大部分物质的温度是太阳表面温度的好几倍,一千多公里内的一切都被点燃,此外,地表岩石被快速加热融化溅起,向外扩散,形成无数炽热的玻璃陨石,覆盖了西半球。

  一些喷出物脱离了地球的引力,进入了围绕太阳的不规则轨道,在数百万年的时间里,这些物质的一部分到达了太阳系的其他行星和卫星,火星上出现了许多这种碎片——就像在地球上发现被远古小行星撞击到高空的火星碎片一样。

  有大量撞击碎片可能落在了土卫六“泰坦”、木卫二“欧罗巴”和木卫四“卡利斯托”上,数学模型显示,这些漂浮的碎片中至少有一部分仍然含有活的微生物。因此,这颗小行星可能在整个太阳系播下了生命的种子,尽管它蹂躏了地球上的生命。

  那颗小行星在撞击之后蒸发了。它的物质与蒸发的地球岩石混合在一起,形成了一股炽热的烟柱,在坍缩成白炽尘埃柱之前,这股烟柱一直延伸到月地距离的一半。

  计算机模型显示,在撞击点2400公里范围内的大气由于碎片风暴而变得炽热,引发了巨大的森林火灾,当地球旋转时,空气中的物质聚集在地球的另一边,在那里坠落并点燃了整个印度次大陆,对最终覆盖地球的火山灰和煤烟层的测量表明,大火吞噬了全球约70%的森林。

  与此同时,撞击造成的巨大海啸席卷墨西哥湾,撕裂了海岸线,有时会将数百米的岩石碎片推到内陆,然后又把它们吸回深海,留下石油工人在深海钻探过程中有时会遇到的杂乱沉积物。

  破坏才刚刚开始。

  科学家通过计算机模型、岩屑层的实地研究、化石和微化石,以及许多其他线索对灭绝速率进行估计,但仍然对许多细节争论不休。

  总体来看,这是一场毁灭性的撞击。

  撞击产生的灰尘和煤烟使阳光无法照射到地球表面长达数月之久。光合作用几乎完全停止,大部分陆地植物和海洋浮游植物死亡,这导致大气中的氧气含量骤降,大火熄灭后,地球陷入了一段寒冷时期,甚至可能是深度冻结,地球海洋和陆地的食物链都崩溃了,大约75%的物种灭绝,超过99.9999%的生物死亡,碳循环停止。

  地球本身变得不适合生命生存。当小行星撞击地球时,石灰岩层蒸发,向大气中释放出一万亿吨二氧化碳、一百亿吨甲烷和一亿吨一氧化碳;这三种都是强大的温室气体。撞击还使硬石膏岩石蒸发,将10万亿吨硫化物喷射到高空。硫与水结合形成硫酸,然后以酸雨的形式落下。酸雨的威力可能足以使任何存活下来的植物叶子脱落,并使土壤中的养分流失。

  今天,小行星撞击所沉积的碎片、灰尘和烟灰层以一道黑色条纹保存在地球沉积物中,厚度和一本笔记本相当。这就是KT界线层,标志着白垩纪和第三纪的分界线(现在第三纪已经被重新定义为古近纪,但“KT”一词仍然保留)。在白垩纪晚期,大范围的火山活动向大气中喷出大量的气体和尘埃,空气中二氧化碳的含量远远高于我们现在呼吸的空气,当时盛行热带气候,地球上可能完全没有冰,然而,科学家对当时的动植物知之甚少,他们一直在寻找尽可能靠近KT界线层的化石沉积物。

  古生物学中一个重要谜团是所谓的“三米问题”。

  在一个半世纪的不懈搜寻中,科学家在KT界线层以下3米深的地层中几乎没有发现恐龙化石,KT界线层本身就代表着数千年的历史,因此,许多古生物学家认为恐龙早在小行星撞击地球之前就已经走向灭绝,原因可能是火山爆发和气候变化,其他科学家反驳称,“三米问题”仅仅反映了找到化石有多难,他们坚持认为,科学家迟早会发现离毁灭时刻更近的恐龙。

  地球生命史上最重要问题之一的答案就被锁定在KT界线层中。如果你像许多生物学家一样,把地球看作一个活的有机体,那么白垩纪晚期的这颗小行星就像一颗子弹一样,使地球几乎死去,破译当天发生的事情不仅对解决三米问题至关重要,而且对解释我们作为一个物种的起源也至关重要。

德帕玛(右)和他的助手帕斯库奇在发掘现场德帕玛(右)和他的助手帕斯库奇在发掘现场
 

  罗伯特·德帕玛是一位默默无闻的古生物学家,现在是美国堪萨斯大学的博士生,他在没有任何机构支持,也没有任何合作者的情况下,在北达科他州的小城鲍曼发现了一处化石遗址。

  该遗址是美国中西部的地狱溪地质构造的一部分。在北达科他州、南达科他州、蒙大拿州和怀俄明州的部分地区,地狱溪地质构造露出了地表,其中包含了一些世界上最古老的恐龙化石层。在撞击发生的时候,地狱溪的景观由潮湿的亚热带低地和沿着内陆海岸的泛滥平原组成。这片土地上充满了生命,而且具有非常适合形成化石的条件,季节性的洪水和蜿蜒的河流可以迅速掩埋死去的动植物。

  恐龙猎人在19世纪末首次发现了这些丰富的化石层。1902年,纽约美国自然历史博物馆的著名恐龙猎人巴纳姆·布朗在这里发现了第一只霸王龙,引起了世界轰动。一位古生物学家估计,在白垩纪时期,地狱溪存在着大量的霸王龙,它们就像塞伦盖蒂草原上的鬣狗。这里也是三角龙和鸭嘴龙的家园。

  地狱溪构造的形成横跨白垩纪和古近纪,至少在半个世纪前,古生物学家就知道当时发生过一次灭绝,因为恐龙化石都是在KT层之下发现的。这不仅适用于地狱溪,也适用于世界其他地方。在许多年里,科学家一直认为白垩纪—第三纪大灭绝不是什么大谜团:数百万年的火山活动、气候变化和其他事件逐渐杀死了许多生命形式。

  但是,在20世纪70年代末,一位名叫沃尔特·阿尔瓦雷茨的年轻地质学家和他的父亲,诺贝尔奖得主、核物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨发现,KT界线层中具有地球稀有的铱元素,而且含量异常地高。

  他们提出,很可能是一颗巨大的小行星撞击地球引发了大规模灭绝,而KT界线层就是那次事件的碎屑,大多数古生物学家拒绝接受这个观点,但随着岁月的流逝,支持的证据越来越多,直到1991年,一篇论文宣布了确凿的证据,研究者在尤卡坦半岛发现了一个陨石坑,它的年龄合适,大小合适,地球化学特征也合适,一切都表明是小行星导致了全球性的灾难,陨石坑和小行星被命名为希克苏鲁伯,以靠近陨石坑中心的一个玛雅小镇命名。

  1991年那篇论文的作者之一大卫·克林对撞击的破坏性感到震惊,以至于他后来积极呼吁建立一个识别和消除威胁性小行星的系统。“以下说法是毫无疑问的:地球将再次被一颗希克苏鲁伯大小的小行星撞击,除非我们改变它的方向,”他说,“即使是一块300米大小的岩石也会终结全世界的农业。”

  2010年,来自多个科学领域的41名研究人员在一篇具有里程碑意义的科学文章中宣布:一颗巨大的小行星撞击地球导致了这次灭绝,问题似乎得到了解决,但反对这一观点的呼声依然很高,该假说面临的主要矛盾是大规模的德干暗色岩火山爆发。

  这次爆发向大气中喷射了大量的硫和二氧化碳,导致气候变化。喷发开始于小行星撞击之前,并在撞击之后继续,持续了数十万年,这是地球历史上规模最大规模的火山喷发之一,将近130万平方公里的地球表面掩埋在1.6公里深的熔岩中,支持者辩称,KT界线层下方3米的空隙,证明了在小行星撞击地球时,大规模灭绝正在进行之中。

  2004年,当时22岁的古生物学本科生德帕玛开始在地狱溪地层中一处小遗址挖掘,这里曾经是一个池塘,沉积物由非常薄的沉淀物层组成。通常,一个地质层可能代表数千年或数百万年,但德帕玛指出,每一层沉积物都是在某一次暴风雨中形成的。

  “我们可以看到树上什么时候发芽,”他说,“我们可以看到柏树在秋天落下针叶。我们可以实时体验这些过程。”仔细观察这些岩层就像在翻阅一本古代史书,书中薄薄的一页就记载了几十年的生态学。德帕玛的指导老师、已故的拉里•马丁敦促他寻找一个类似的遗址,但其地层要更接近KT界线层。

  2012年,德帕玛在寻找新的池塘沉积物时,听说一位私人收藏家在北达科他州鲍曼附近的牧场上偶然发现了一块不寻常的土地(地狱溪的大部分土地都是私人所有,牧场主会把开采权卖给任何愿意支付可观报酬的人,包括古生物学家和商业化石收藏者),2012年7月,收藏家带德帕玛参观了这个地方,并且欢迎他前来发掘。

德帕玛发现的一块鱼鳍化石德帕玛发现的一块鱼鳍化石
 

  一开始德帕玛非常失望,他希望找到和他之前挖掘过的一样的地方:一个古老的池塘,有着细粒度的化石层,跨越许多季节和年份,但这个地方正好相反,所有东西都是在一次洪水中沉积下来的,不过,当德帕玛环顾四周时,他看到了希望,洪水迅速将一切淹没,因此标本保存得很好,他发现了许多完整的鱼,这在地狱溪的地层中十分罕见,他觉得如果小心处理的话,就能把它们完整地捞出来,德帕玛同意按他在那里工作的每个季节付给牧场主一定的报酬。

  第二年7月,德帕尔玛回来对遗址进行了初步挖掘。他开始铲去发现鱼化石所在地方上面的土层。这种“覆盖层”通常是在化石动物生活年代很久之后沉积下来的物质,不会引起古生物学家的兴趣,而且通常被丢弃。但是,德帕玛注意到,这些土层中有灰白色的斑点,看起来像沙粒,但在放大镜下,这些斑点呈微小的球状和细长的水滴状。“我想,天哪,这些看起来像微玻陨石!”德帕玛回忆道。

  微玻陨石是一种玻璃微粒,当熔融的岩石被小行星撞击后溅到空中,凝固后落回地球时形成的,该遗址似乎含有数以百万计的微玻陨石。

  当德帕玛小心翼翼地挖掘时,他开始发现一系列不同寻常的化石,它们都非常精致,保存得非常好。里面有交错纠缠的植物,有成片的原木,鱼被困在柏树的树根之间,树干上挂满了琥珀。

  一般而言,大多数化石最终都会被上覆岩层的压力压扁,但这里的化石都是三维的,包括鱼类在内,它们在同一时刻被包裹在沉积物中,而沉积物刚好起到了支撑作用。你可以看到鱼的皮肤,看到背鳍笔直地伸到沉积物中。

  在挖掘的时候,德帕玛渐渐明白了他眼前这一切的重要性。如果这个遗址如他所想,那就意味着他获得了本世纪最重要的古生物学发现。

  德帕玛在佛罗里达州的博卡拉顿长大,从小就对骨头和骨头背后的故事很着迷。他说:“在三四岁的时候,我就从视觉上看到了单个骨骼,以及它们是作为一个系统组合在一起时的优美。”

  德帕玛的叔祖父安东尼是一位知名骨科医师,他一直庇护着德帕玛。“我每隔一个周末就去拜访他,给他看我的最新发现,”德帕玛说道。当他四岁的时候,德克萨斯州一家博物馆的人给了他一块恐龙骨头碎片,他把它带给了叔祖父。“他告诉我,骨头上所有的小疙瘩、粗糙的结节和突起都有名字,骨头也有名字,”德帕玛说,“我被迷住了”。六七岁时,在和家人去中佛罗里达旅行时,他开始寻找自己的哺乳动物骨骼化石。这些化石可以追溯到冰河时代的哺乳动物。九岁时,他在科罗拉多州发现了自己的第一块恐龙骨骼化石。

  高中时,德帕玛利用暑假和周末为达尼亚海滩的格雷夫斯考古和自然历史博物馆收集化石,制作恐龙模型并安装骨架。他把童年时期收集的化石借给博物馆展出,但2004年,博物馆破产,许多化石标本被送往一所社区大学,德帕玛没有文件证明他的所有权,而法院拒绝归还他的化石,这些化石有数百个,大多被锁在仓库里,无法公开展示和享用。

  由于对自己的收藏品被“浪费式的管理不善”感到失望,德帕玛采取了一些不同寻常的收藏做法。通常情况下,古生物学家会将标本的管理和照料工作交给保存它们的机构,但德帕玛坚持让他监督标本管理的合同条款,他从不在公共土地挖掘,因为他认为政府的繁文缛节过多,但是,没有联邦政府的支持,他必须自己承担几乎所有的费用,仅在地狱溪遗址的自付费用就达数万美元。他通过为博物馆、私人收藏家和其他客户安装化石、重建场景、铸造和销售复制品来帮助支付费用。

  有时候,父母也会提供点钱。“我勉强过得去,”德帕玛说。“如果要在得到更多的PaleoBond(一种用来把化石粘在一起的昂贵液体胶水)和更换空调过滤器之间做出选择,我选择的是前者。”现在德帕玛还是单身,和各种各样的恐龙模型一起住在一套三居室的公寓里。“很难有工作之外的生活,”他说道。

  德帕玛对自己研究藏品的控制是有争议的。化石是一项大生意;富有的收藏家可以为一件稀有的标本支付数十万美元,甚至数百万美元。1997年,在苏富比的一场拍卖会上,一只昵称为“苏”的暴龙标本以830多万美元的价格卖给了芝加哥的菲尔德自然历史博物馆,美国市场充斥着非法走私而来的化石。

  但在美国,在私人财产上收集化石是合法的,买卖和出口化石也是合法的。许多科学家认为这种交易对古生物学是一种威胁,呼吁重要的化石应该放在博物馆里,不过,德帕尔玛坚持认为,他保留了“两个世界中最好的东西”,他将部分藏品存放在几家非盈利机构,包括堪萨斯大学、棕榈滩自然历史博物馆和佛罗里达大西洋大学;一些标本被暂时安置在不同的分析实验室里进行检测——所有的检测都在他的监督下进行。

  2013年,德帕尔玛发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文一度成为新闻。4年之前,他和野外助理罗伯特·菲尼在地狱溪发现了一枚奇怪的多结节骨化石,经鉴定是白垩纪鸭嘴龙尾巴上的两块融合的椎骨。德帕玛认为这块骨头可能生长在一个异物周围,并将异物包裹了起来。他把化石带到堪萨斯州的劳伦斯纪念医院,那里的一位CT技术人员在午夜机器闲置的时候免费对化石进行了扫描,结果发现,结节内是一颗破碎的霸王龙牙齿;鸭嘴龙被霸王龙咬伤后逃走了。

  这一发现帮助推翻了古生物学家杰克·霍纳重新提出的一个古老假说,即霸王龙只是一种食腐动物。霍纳认为,霸王龙速度太慢,行动迟缓,手臂太细,视力太差,无法捕食其他动物。当德帕玛的发现被国家媒体报道时,霍纳将其斥为“猜测”,仅仅是“一个数据点”,他提出了另一种假设:霸王龙可能不小心咬到了一只熟睡的鸭嘴龙的尾巴,以为它已经死了,然后当意识到自己的错误时就“后退”了,德帕玛认为霍纳的说法很荒谬。当时,他对《洛杉矶时报》说:“食腐动物不会在发现食物时,突然意识到它是活的。”后来霍纳最终承认,霸王龙可能是在捕猎活的猎物。

  德帕玛回忆起发现的那一刻。那年夏天早些时候,他取出的第一块化石是一条1.5米长的淡水匙吻鲟,匙吻鲟至今还活着,它们有一个长长的骨质吻部,用来在浑浊的水中寻找食物,当德帕尔玛拿出化石时,他在化石下面发现了一颗来自巨型海洋食肉爬行动物沧龙的牙齿。

  他很好奇,淡水鱼和海洋爬行动物怎么会在同一个地方出现,这里在离最近的内海至少有几公里(当时,一处被称为“西部内陆海道”的浅水内海,从墨西哥湾一直延伸到北美的部分地区),第二天,他发现了一条宽60厘米的海鱼尾巴,看上去像是被人从鱼身上猛地扯下来一样,通常来说,如果这条鱼死了一段时间,它的尾巴就会腐烂、断裂,但这块化石几乎完好无损。

  于是德帕玛认为,它是在死亡时或死后不久从其他地方被运送过来的。就像沧龙的牙齿一样,不知怎的,它最终离开了发源地大海,来到了数英里之外的内陆,德帕玛说:“当我发现这一点时,我想,不可能,不可能是这样的。”这些发现暗示了一个非同寻常的结论,他还没有做好接受的准备,“当时我有98%的信心”。

  接下来一天,迪帕尔玛注意到沉积物中保存着一个小“涟漪”。它的直径约为8厘米,看起来像是一个陨石坑,是一个物体从天上掉进泥里形成的。在以往的化石记录中也有类似的现象,成因是冰雹落入泥泞的表面。当德帕尔玛刨开浅坑的横截面时,他在底部发现了一个东西——不是冰雹,而是一个白色的小球。

  这是一颗微玻陨石,直径约3毫米,是古代小行星撞击地球所产生的尘降物,继续挖掘,他又发现了许多小坑,底部都有微玻陨石。玻璃经过数百万年变成粘土,这些微玻陨石现在是粘土,但有些仍然有玻璃般的内核,他早先发现的微玻陨石可能是由水携带而来,但这些微玻陨石被困在它们坠落的地方——德帕玛认为,这一定就是灾难发生的那一天。

在一个半世纪的不懈搜寻中,科学家在KT界线层以下3米深的地层中几乎没有发现恐龙化石在一个半世纪的不懈搜寻中,科学家在KT界线层以下3米深的地层中几乎没有发现恐龙化石
 

  “当我看到这些的时候,我就知道这不是普通的洪水沉积,”德帕玛说,“我们不仅是在KT界线层附近——整个场地都是KT界线层!”通过对地层的测绘,德帕尔玛推测,一股巨大的内陆涌浪淹没了一个河谷,淹没了他们所在的低洼地区,这可能是小行星撞击引发海啸横扫西部内陆海道的结果。

  当水流变慢时,它在旅途中所捕获的一切都堆积在水面上,然后很快被埋进淤泥中并保存下来:死去的和正在死去的生物,包括海洋生物和淡水生物;植物、种子、树干、根、球果、松针、花和花粉;各种贝壳、骨头、牙齿和卵;微玻陨石、冲击矿物、微小的钻石、富含铱的尘埃、灰烬、木炭和挂着琥珀的木头。随着沉积物的沉淀,玻璃微粒像雨点一样落在泥里,先是最大的,然后越来越小,直到像雪花一样飘落。

  “整个KT事件都保存在这些沉积物中,”德帕玛说:“有了这些沉积物,我们可以描绘出白垩纪大灭绝那天发生了什么。”此前科学家从来没有发现过像这样的古生物遗址,如果德帕玛的假说被证明是正确的,那么这个遗址的科学价值将无比巨大。

  当沃尔特·阿尔瓦雷茨参观这处遗址时,他惊呆了。“这确实是一个无与伦比的遗址,”他说道,并且表示“它无疑是迄今为止发现的最好的遗址之一,可以告诉我们撞击当天发生了什么。”

  化石床由几十层薄薄的泥和沙组成。再往下逐渐演变成一个更混乱的沙砾带,其中含有更重的鱼类化石、骨骼和更大的微玻陨石,这一层之下是坚硬的砂岩表面,也就是该遗址的原始白垩纪基岩,大部分被洪水冲刷得很光滑。

  古生物学是一项令人抓狂的工作,其进展通常以毫米为单位。德帕玛和助理鲁迪·帕斯库奇躺在烈日下,眼睛离土墙只有几厘米远,然后开始挖掘。

  德帕玛偶尔会发现一些小型植物化石,包括花瓣、树叶、种子、松针和树皮碎片等。其中许多只是泥土上的印痕,一暴露在空气中就会裂开、剥落,他迅速地喷上PaleoBond,浸透化石,使其粘在一起。有时他会用另一个技术,在化石崩解之前把石膏倒上去,从而保存化石的图案。

  接着,他发现了一片完美的叶子,旁边还有一颗松果的种子——类似的发现已经很多,他又发现了三个小陨石坑,里面有微玻陨石,他用刀片挖出了一小块棕色骨头——一个不到四分之一英寸长的下颚。他用手指捧着它,用放大镜仔细端详。

  “哺乳动物,”他说。“它被埋葬的时候已经死了”。几周后,他在实验室里确认这块下颚可能属于包括我们人类在内的灵长类动物的远亲。

德帕玛的发现可能填补了化石记录中的空白德帕玛的发现可能填补了化石记录中的空白
 

  半小时后,德帕玛发现了一根大羽毛。对他来说,这里每天都是圣诞节。他用精准的动作把羽毛露出来。这是泥层上一个清晰的印痕,大概有33厘米长。“这是我的第9根羽毛,”他说,“在地狱溪发现的第一批羽毛化石。我认为这些是恐龙的羽毛,但还不确定。

  不过这些都是原始的羽毛,大多数都有一英尺长。地狱溪没有这么大,羽毛这么原始的鸟类,更保守地说,这是一种已知的恐龙,很可能是兽脚亚目恐龙,也可能是迅猛龙。”他继续挖着。“也许我们能找到这些羽毛所属的猛禽,但我对此表示怀疑。这些羽毛可能是从很远的地方飘来的。”

  德帕玛挖出了一块鱼鳍化石的边缘。后来证实,这条鱼几乎有1.8米长。德帕玛探测了它周围的沉积物,确定它的位置,以更好地取出来。当更多的鱼化石出土后,我们可以清楚地看到,这条鱼60厘米长的吻部已经折断,可能是被洪水冲到水下时,撞到了沉在水中的南洋杉树枝,德帕玛还注意到,现场的每条鱼都是张着嘴死去的,这可能表明它们是在充满沉积物的水中窒息而死。

  越来越多的羽毛、树叶、种子和琥珀被挖掘出来。德帕玛甚至发现了一个哺乳动物的洞穴。后来他将洞穴包裹在沉积物中,完好无损地取了出来。通过对下颚化石的分析,他认为这是一种有袋类动物。也许它在小行星撞击和洪水中幸存了下来,为了躲避冰冷的黑暗,在泥里挖了个洞,然后就死了。

  在一块琥珀里还保留有两个撞击颗粒,这是另一个里程碑式的发现,因为琥珀保存了它们的化学成分。其他所有微玻陨石的元素暴露了数百万年,都发生了化学变化。他还发现了许多美丽的蓝丝黛尔石,一种与小行星撞击有关的六方金刚石。当一颗小行星上的碳被剧烈压缩,结晶成数万亿颗微小的颗粒,然后被喷到空气中并向下飘落时,就形成了这种物质。

德帕玛在遗址中采集的岩心样品,该遗址可能保留着白垩纪末期小行星撞击的地质记录德帕玛在遗址中采集的岩心样品,该遗址可能保留着白垩纪末期小行星撞击的地质记录
 

  渐渐地,德帕尔玛逐渐拼凑出了这场灾难的可能图景。

  到洪水淹没现场时,周围的森林已经陷入火海,因为在现场发现了大量的木炭、烧焦的木头和琥珀。海水到达时并不是纯粹的波浪,而是一个强大的、翻滚的上升水体,充满了迷失方向的鱼类、植物和动物残骸。德帕玛推测,这些残骸将随着海水的放缓和退去而沉积下来。

  德帕玛还列举了现场的其他发现:几个被淹没的蚁巢,被淹死的蚂蚁还在里面,一些洞穴充满了微玻陨石;一个可能的胡蜂洞穴;另一种哺乳动物的洞穴,有多条隧道和走廊;鲨鱼的牙齿;大海龟的股骨;至少三种新鱼类;一片巨大的银杏叶和一种与香蕉关系很近的植物;十几种新的动植物,等等。

  沉积物底部,在沉重的砾石和微玻陨石中,德帕玛鉴定出了已知地狱溪构造中几乎所有恐龙类群的破碎牙齿和骨骼,包括孵化遗迹,还有此前被认为只有在远低于KT界线层之下才能发现的翼龙。他发现了一个完整的,未孵化的含胚胎恐龙蛋,这是具有巨大研究价值的化石。这枚恐龙蛋和其他遗骸表明,在那个灾难性的日子到来时,恐龙和其他主要爬行动物可能并没有濒临灭绝。德帕玛可能一举解决了三米问题,填补了化石记录的空白。

  在2013年的实地考察季节结束时,德帕玛确信该遗址是由小行星撞击引发的洪水造成的,但他缺乏确凿的证据证明这就是6600万年前的希克苏鲁伯撞击。这一切也有可能是另一次发生在同一时间的小行星撞击造成的。“非凡的发现需要非凡的证据,”德帕玛说道。

  如果他发现的微玻陨石与来自希克苏鲁伯小行星的微玻陨石具有相同的地球化学性质,那么他就有了强有力的证据。希克苏鲁伯微玻陨石矿床十分稀少;1990年发现的最好的化石来源是海地的一个小露头,位于一条公路边的悬崖上。

  2014年1月下旬,德帕玛前往海地收集微玻陨石,并将其与地狱溪的微玻陨石一起送到加拿大的独立实验室,用相同的设备,同时对样品进行分析。结果表明,二者具有近乎完美的地球化学匹配性。

  在德帕玛取得发现后的最初几年里,只有少数科学家知道这一切。其中一位是大卫•伯纳姆,德帕玛在堪萨斯大学的论文指导老师。伯纳姆认为,德帕玛的遗址至少会让科学家们忙上半个世纪。

  2016年9月,德帕玛在科罗拉多州举行的美国地质学会年会上简要介绍了这一发现。他只提到他在KT大洪水中发现的沉积物,里面有玻璃液滴、受冲击的矿物质和化石,他把这个地方命名为坦尼斯,以埃及古城命名。

  1981年的电影《夺宝奇兵》中曾提到坦尼斯是约柜的安放之所。在真实的坦尼斯古城,考古学家发现了三种文字系统的铭文,就像罗塞塔石碑一样,这些铭文在古埃及语的翻译中起到了至关重要的作用,德帕玛希望他的发现也能够帮助解释撞击发生后的第一天发生了什么。

  这次报告虽然内容有限,却引起了一阵骚动。纽约石溪大学海洋与大气科学学院教授柯克·科克伦回忆说,当德帕玛展示他的发现时,观众们都惊讶得倒吸了一口冷气。一些科学家对此持谨慎态度。史密森国家自然历史博物馆馆长柯克·约翰逊对地狱溪地区很熟悉,自1981年以来一直在那里工作。

  他说:“在那次讲演之后,我非常怀疑,我认为这些是伪造的。”约翰逊一直在绘制地狱溪KT界线层的地图。他指出,他的研究表明坦尼斯遗址至少在KT界线层以下13.7米,可能比KT层早10万年。

  一位著名的西海岸古生物学家、KT事件的权威人士说:“我对这些发现持怀疑态度。他们以各种不同的方式在会议上提出了各种不同寻常的主张。他可能偶然发现了一些惊人的东西,但他又以小题大做而闻名。”他以德帕玛关于达科塔盗龙的论文为例,指出文中的骨骼化石基本上是在同一个区域采集的,其中一些是恐龙化石,另一些则是海龟的一部分,而德帕玛把它们放在一起作为同一个动物的骨骼。这位科学家还认为坦尼斯遗址过度保密,使外界科学家难以评估德帕玛的说法。

  在美国地质学会的讲演之后,德帕玛意识到他的坦尼斯事件理论存在一个根本性的问题。小行星撞击引发的海啸即使以每小时160多公里的速度移动,也要花好几个小时才能到达3200公里以外的遗址现场,而雨点般的微玻陨石本应该在撞击后不到一小时就袭击该地区,然而,微玻陨石似乎落入了一场活跃的洪水之中。

德帕玛说,整个KT事件都保存在这些沉积物中,有了它们,我们可以描绘出白垩纪大灭绝那天发生了什么  德帕玛说,整个KT事件都保存在这些沉积物中,有了它们,我们可以描绘出白垩纪大灭绝那天发生了什么
 

  时机完全错了。

  这不是古生物学的问题,而是一个地球物理学和沉积学的问题。德帕玛的合作者扬·斯密特是一位沉积学家,另一位与他共享数据的研究人员马克·理查兹是华盛顿大学的地球物理学家。他们在计算之后意识到,小行星撞击引发的海啸来得太迟,无法捕捉到落下的微玻陨石;由于移动距离太远,海浪也会急剧减弱,无法解释坦尼斯水位上涨了10米的原因。

  他们提出,这种波可能是由一种奇特的现象引起的,即“假潮”。在大地震中,地面的震动有时会导致池塘、游泳池和浴缸里的水来回晃动。理查兹回忆称,2011年日本地震发生后30分钟,在绝对平静、海啸无法到达的的挪威峡湾里,产生了奇异的1.5米高的假潮。

  理查兹此前曾估计,KT小行星撞击所造成的全球地震可能比人类历史上所经历的最大地震要强1000倍。他由此估算出强烈的地震波会在撞击后6分钟、10分钟和13分钟到达坦尼斯遗址(不同类型的地震波以不同的速度传播)。剧烈的震动足以引发强烈的地震,几秒钟或几分钟后,第一批微玻陨石就会开始下落。

  随着假潮的进进出出,微玻陨石继续下落,一层又一层的沉积物将这些微玻陨石封住。简而言之,坦尼斯遗址并不是形成于撞击后的第一天,而是可能记录了撞击的第一个小时。这一假设如果是真的,那该遗址将比之前认为的更加不可思议。地球历史上最重要的60分钟的精确地质记录在几千万年后仍然存在,这实在令人难以置信。如果坦尼斯离撞击点更近或更远,这一美丽的时间巧合就不可能发生。这就像一段记录在精细岩层中的高清视频,历经沧海桑田后又呈现在人类眼前。

德帕玛和助手正在用石膏保存化石痕迹德帕玛和助手正在用石膏保存化石痕迹
 

  6600万年前的一天,地球上的生命几乎都走到了尽头。那次撞击之后的世界要简单得多,当阳光终于冲破阴霾,它照亮的是一片地狱般的景观。海洋空空如也,大地上漂浮着火山灰。森林被烧焦。由于温室效应的作用,寒冷变成了酷热。生命主要由海藻席和真菌组成。撞击之后的数年里,陆地上除了蕨类之外几乎没有其他植物覆盖。鬼鬼祟祟、像老鼠一样的哺乳动物生活在阴暗的下层植被中。

  然而,生命最终以新的形式出现,并再次繁盛。白垩纪—第三纪灭绝事件之所以继续吸引着科学家的兴趣,很大程度上是因为它给地球留下了一个生存的哲学提醒,在小行星撞击地球之前的上亿年间,哺乳动物数量很少,只能在恐龙脚边仓皇逃窜。

  但当恐龙灭绝时,哺乳动物获得了自由。在接下来的时代里,哺乳动物经历了适应性辐射的爆发,演化成各种各样令人眼花缭乱的生命形式,从微小的蝙蝠到巨大的雷兽,从马到鲸,从可怕的原始肉食哺乳动物到超大脑容量的灵长类,后者演化出了可以抓握的手,和能够看透时间的思维能力。

  “我们可以将人类的起源追溯到那次事件,”德帕玛说,“置身这个遗址,你会感觉亲临现场,亲眼目睹当时的一切,与那一天建立关联,这是一件很特别的事情。这是白垩纪的最后一天,往上一层就是第二天,就是古新世,那是哺乳动物的时代,我们人类的时代。”(任天)

 

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本文译自道格拉斯·普雷斯顿2019年4月8日发表于《纽约客》杂志的文章,标题是《地球死亡的那一天》(The Day the Earth Died),有删节。道格拉斯·普雷斯顿是一位写过不少古生物题材小说的作家,写了三十多本书。他最新的非虚构作品《猴神的失落之城》讲述的是在洪都拉斯雨林中发现的一个考古遗址。

复活灭绝生物:选哪一种最合适?

真猛犸象的艺术想象图真猛犸象的艺术想象图
最后一只袋狼(学名:Thylacinus cynocephalus)死于1936年最后一只袋狼(学名:Thylacinus cynocephalus)死于1936年
一对渡渡鸟(学名:Raphus cucullatus)渡渡鸟(学名:Raphus cucullatus)

  复活灭绝动物或许很快就将成为现实,国际自然保护联盟(International Union for the Conservation of Nature,IUCN)已经在制定计划,鼓励对这项技术的合理使用。

  想象一下,当你踏上毛里求斯岛的土地时,渡渡鸟会一摇一摆地向你发出问候;或许,你更喜欢前往西伯利亚荒野,一睹猛犸象的雄伟身姿;要不然,去澳大利亚看看塔斯马尼亚虎,也就是袋狼,或者到新西兰寻找巨大的恐鸟。当然,这样的生态旅行目前都还无法实现,因为所有这些奇特生物都已经灭绝。

  或许不远的将来,我们可以见到复活的灭绝动物,科学家正在研究使它们重现世间的技术。很自然地,我们会将复活计划与那些最具有魅力的灭绝物种联系起来,谁会想到圣赫勒拿橄榄(学名:Nesiota elliptica)呢?或者巴拿马树蛙(学名:Ecnomiohyla rabborum)?后者的最后一位成员被称为“Toughie”,于2016年9月在美国乔治亚州的亚特兰大植物园去世,宣告了又一种两栖动物的灭绝。

  那么,你会如何选择复活哪一种灭绝生物呢?

  我们或许应该询问专家,但目前还找不到合适的人。科技发展还没有先进到能切实可行地复活灭绝物种。就目前而言,围绕在复活话题周围的大部分只是对着水晶球来预测未来。尽管如此,许多专业人士也对这种可能性展开了十分严肃的探讨。

  国际自然保护联盟的职责是评估每个物种的保育状态,他们很自信地认为,复活技术最终会成为一个很可行的选项。事实上,该组织还在2016年5月发表了一份非同寻常的文件,对如何管理正在灭绝的物种提出了指导意见。

  加拿大卡尔加里动物园的保育和科学主管阿克塞尔(Axel Moehrenschlager),以及新西兰奥塔哥大学的菲尔·塞登(Phil Seddon)参与起草了这份指南。他们都是“再引入”——将(活着的)生物引入它们曾经生活的景观中——领域的专家。毕竟,复活灭绝生物和生物再引入在概念上有一定的相似性。

  他们指出,复活灭绝生物的目标不应该是简单地培育出单独个体,供动物园进行展示。相反,复活灭绝生物应当被视为与现有再引入项目类似的过程:目标应该是产生具有遗传多样性、种群可以延续、生活在健全栖息地中的生物。

  2013年,一场有关复活灭绝生物的TEDx讨论激起了人们对这一问题的想象,也带来了更多的争论。在那之前,研究者主要关注的问题是这一技术能否实现。阿克塞尔说:“但我们(IUCN)要问的是,在什么样的条件下可以进行这样的工作,以及这对保育工作意味着什么?”

  “我们现在还有一段时间,可以让人们思考可能会遇到的复杂情况,”塞登说道。国际自然保护联盟并不十分支持复活计划。他们提前起草了这份指南,是为了在复活技术成为保育工作者的工具之后,能有与之配套的行为准则。即使是人们熟悉的物种,再引入原来的栖息地时也有种种不确定性;因此在考虑引入一个已经灭绝成千上万年的物种时,更不能忽略任何可能的风险。

  塞登称,将现有物种引入到它们已经消失很久的生境时,会遇到各种各样意想不到的结果。在一个生态系统中,每个物种都扮演着各自的角色。例如,食草动物可以使植被生长得到控制,而顶级掠食者又控制着猎物种群数量的稳定。

  “我们仍然秉持着生态系统功能性的观点,但我们也了解,某些物种比其他物种更不显得多余,”塞登说,“复活的灭绝动物可能会填补生态系统中的某些空白,或者发挥同样的功能。”这一概念与生态复位项目十分相似。阿克塞尔描述了在塞舌尔群岛和加勒比海岛屿中重新引入象龟的过程。这些象龟能发挥关键的食草功能,就像之前存在过的那些象龟物种一样。

巴拿马树蛙(学名:Ecnomiohyla rabborum)已经灭绝巴拿马树蛙(学名:Ecnomiohyla rabborum)已经灭绝
一只阿尔达布拉象龟(学名:Aldabrachelys gigantea)阿尔达布拉象龟(学名:Aldabrachelys gigantea)

  世界范围内的生态复位和再引入项目普遍遵循国际自然保护联盟的指南,以此决定引入的物种,以及这些物种应该去的地方。那么,是否可以利用类似的理论模板,选择一种灭绝物种进行复活呢?

  2014年,阿克塞尔和塞登提出了一个包含10个问题的筛选试验,希望找出可能的候选复活物种。这些问题涉及了灭绝的原因、栖息地需求,以及再引入时对环境的冲击和潜在风险。比如,我们是否知道该物种灭绝的原因,以及我们能否列出当前或未来引发其灭绝的因素?如果我们不知道它当初为什么灭绝,那在它复活之后要保护它不再灭绝几乎就是不可能的。

  对这一物种来说,现在是否还有合适的栖息地,未来这些栖息地是否会一直存在?为了回答这个问题,保护工作者需要了解候选物种对气候、物理空间和食物等方面的需求。

  最后,我们能否预测、缓解并控制复活物种所带来的冲击和潜在风险?再引入的物种可能会消灭生态系统中现有的成员,或者传播能感染牲畜和人类的疾病。它们可能会干扰农业或人们的日常生活。如果诸如此类的场景变成现实,我们处理问题的难度会有多大?

  在一个物种被选中进行复活之前,它必须通过所有这些冗长的测试。“如果在测试中失败,你就出局了,”阿克塞尔说,“即使你通过了,你也只是足够进入下一阶段的评估而已。”研究人员对3个候选物种进行了测试,分别是袋狼、白鱀豚和加利福尼亚甜灰蝶。它们的命运会如何呢?

  国际自然保护联盟于2006年宣布白鱀豚功能性灭绝(尽管2016年10月有过未经证实的目击记录)。这种淡水鲸类生活在世界上人口最为密集的地区之一,面临着环境污染、捕猎和栖息地丧失等威胁。有些个体在被渔网缠住之后很快死去。

  所有威胁白鱀豚生存的因素依然存在。工业废水继续流入长江,导致栖息地进一步退化。与其他任何物种一样,如果无法找到合适的地方让白鱀豚健康生存,那放归它们的努力就是徒劳的。

  “如果没有合适的栖息地,而且威胁无法消除,那么做这些事情就没有任何意义,”阿克塞尔说,“在复活那些可能没有任何野外存活希望的物种时,需要考虑到伦理、道德、后勤保障和资金投资等问题。”

  对于加利福尼亚甜灰蝶和袋狼,情况似乎更乐观一些。最后一只袋狼死于1936年。捕猎、栖息地丧失和缺乏食物是袋狼灭绝的主要原因。这种有袋类动物生活在混合森林、湿地和近海灌木丛中,部分栖息地目前还完整保留着。事实上,它们甚至曾经被保护起来,以确保袋獾有足够的领地——二者具有重叠的栖息地。没有研究表明袋狼携带任何异常疾病,复活它们应该不会遇到多少抗议,除了可能有农民会担心偶尔丢失几只羊的问题。

  加利福尼亚甜灰蝶曾经生活在旧金山地区,其栖息地随着城市的扩张而不断缩小,并最终在1941年宣布灭绝。不过,目前金门公园中还保留着一些合适的栖息地,生长着它们所青睐的树木。另一方面,这种蝴蝶引发有害事件的可能性很低,而且成年蝴蝶往往成群飞舞,在需要的时候可以很容易进行采集。

一只白鱀豚(学名:Lipotes vexillifer)白鱀豚(学名:Lipotes vexillifer)
加利福尼亚甜灰蝶(学名:Glaucopsyche xerces)已经灭绝加利福尼亚甜灰蝶(学名:Glaucopsyche xerces)已经灭绝

  不过,如果加利福尼亚甜灰蝶成为复活计划的第一个候选物种,能否吸引公众的注意力呢?猛犸象或剑齿虎等标志性物种或许才会让公众更加兴奋。

  考虑到猛犸象曾经在西伯利亚大草原生态系统中扮演过的重要角色,它们或许是复活计划的不错候选。剑齿虎则是顶级的掠食者,其最大的化石遗骸发现于洛杉矶汉考克公园附近的拉布雷亚沥青坑。无论是剑齿虎还是洛杉矶市民,可能都不会赞同这样的再引入计划。

  负罪感也经常激发人们想复活某些特定动物的欲望。人类的捕猎导致新西兰的恐鸟销声匿迹,也使曾经遮天蔽日的旅鸽走向灭绝。渡渡鸟的灭绝可能主要是因为船上的老鼠登上了毛里求斯岛。复活这些物种可能会让我们良心上感觉好点,但这并不是问题的关键。

  “我们应该把这种技术用在那些灭绝边缘或刚刚灭绝的物种身上,”塞登说,“我们对它们的栖息地有很多了解,我们拥有合适的遗传材料,并且知道如何在圈养条件下培育它们。”对某个物种的了解越多,我们就越有把握制造一个可持续的、高遗传多样性的种群,并使其在自然条件下存续很久。

  那么,灭绝动物的复活在技术上还有多久才能实现?比人们预想的要快得多。事实上,已经有科学家在尝试物种的复活了。2000年,科学家克隆出一只西班牙羱羊,利用的是从最后一只存活个体上采集的细胞样品。不过,这一推迟该物种灭绝的早期尝试并不成功:克隆西班牙羱羊在出生之后仅7分钟时就死于肺部缺陷。

  此外,还有一个经常被忽视的关键因素:真正的灭绝动物复活是不可能的。科学家目前尝试的方法中,没有一种能带来与灭绝物种完全一致的复制品。即使最先进的技术,也只能给我们一个替代品。

  其中一种方法被称为“选择性回交”(selective back-breeding),利用与已灭绝物种关系较近的物种作为实验对象。科学家选择那些在特征上类似灭绝物种的个体,对其进行选择性培育。在培育出来的后代中,再选择更加接近灭绝物种特征的个体,继续进行培育。最终,我们就能获得在形态特征上与已灭绝物种非常相似的种群——尽管二者在基因水平上并不相同。

  其他方法还包括从灭绝物种遗骸中提取遗传材料,然后注入到现有近亲物种的卵细胞中,然后为这枚卵找一位合适的代孕母亲。此外还有“体细胞核移植”技术,又称克隆。这一技术只适用于灭绝不久、能够保存下组织样品的物种。当然,克隆技术也可以用在健康种群中,比如多利羊。

普通西班牙羱羊(学名:Capra pyrenaica pyrenaica)的艺术画普通西班牙羱羊(学名:Capra pyrenaica pyrenaica)的艺术画

  如果物种灭绝时没有保留下足够的组织样品,那科学家就需要借助基因组工程技术来进行复活。脱氧核糖核酸(DNA)会随着时间推移而分解,越古老的生物样品,所包含的DNA碎片就越多。这就像一个有着几千块纸板组成的巨大拼图。令事情更加复杂的是,常常会有一些纸板是缺失的。要填补这些空白,就需要从关系较近的物种身上获得部分基因组。

  克隆和遗传工程的最终成果,都是一个需要通过代孕来发育的胚胎。科学家需要在与灭绝物种关系较近的物种中选择一个合适的代孕母亲,而胚胎的发育过程也会受到这个母亲的影响。代孕母亲子宫内的激素和生长因子会影响胚胎的发育,某些基因的开启和关闭模式也可能与胚胎原先所属的物种不同。因此,举例来说,一只由大象代孕并生出来的猛犸象其实并不能等同于冰河世纪中的那些庞然大物。

  而且,当“复活”的猛犸象出生后,它将是独一无二的。在人类或大象的抚养下,它将如何成长为一只猛犸象?作为替代品,它或许在基因上甚至行为上很接近已灭绝的同类,但永远不是真正的猛犸象。换句话说,复活灭绝动物实际上无法补偿人类活动对生态环境造成的伤害。

  一些科学家担心这个重要的观点被人忽视。他们认为,对复活灭绝动物的热衷甚至可能会伤害现实中的保育工作,因为这会给人以错误的印象,认为物种的灭绝不是永远的。尽管有这些担心,但阿克塞尔依然认为,如果技术出现的话,我们就应该使用。“我们永远不应该盲目地守着最熟悉和最舒适的东西,”他说,“事实在于,地球的形势已经十分危急,我们需要使用一切办法。”

  当然,可以确定的是,复活灭绝动物无法取代传统的保育行动。“生物多样性的损失是巨大的,”阿克塞尔说,“灭绝的速度之快令人难以置信,就算复活灭绝物种的理论可能性再高,复活的速度也无法追上灭绝的速度。”在我们成功复活一个物种的同时,可能就有一千个物种灭绝。对目前的人类而言,最重要的是保护好现有的一切,尤其是那些处于危急状况中的物种。

原文:

http://www.bbc.com/earth/story/20170127-how-to-decide-which-extinct-species-we-should-resurrect

疾病或能导致哺乳动物灭绝

Disease Can Cause Extinction of Mammals

By Brandon Keim, November 05, 2008

linki 编译

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疾病能导致哺乳动物的灭绝,听起来似乎不怎么出人意料,但直到今天,这个观点还没有被确证。如今证据来了,包括我们在内的哺乳动物们若是感到不自在,也是情有可原的。

我们所谈论的这次灭绝,发生在一个世纪之前的圣诞岛上。这是印度洋上的一座环状珊瑚岛,某艘商船经过时无意间带来了饱受跳蚤折磨的黑家鼠。十年之内,岛上两种原住鼠均告灭绝。

科学家们在原住鼠是与外来鼠的竞争中败北,还是受到跳蚤带来的疾病摧残而灭绝的问题上争论不休。对保留下来的原住鼠标本进行DNA分析发现,传染病在种群中的大量传播是在外来鼠到来之后,在此之前,传染病影都见不着——这暗示着是疾病导致了原住鼠的死亡。

这场争论的解决,暗示着另一场争论的开始:疾病是否具有如此的致命性和传染性,以至于导致哺乳动物的灭绝?在蜗牛和两栖类动物中,这个问题的答案是肯定的。

这项研究发表在11月5日的Public Library of Science ONE上。作者们希望保护者们能够注意:偶然引进的病原体也许能使濒危物种走向灭绝。但我要说的是,这些发现对人类也有启示。有些人说,老鼠们住在一个孤岛上,因此十分脆弱;但地球其实也是一个孤岛。。。

 

Historical Mammal Extinction on Christmas Island (Indian Ocean) Correlates with Introduced Infectious Disease [PLoS ONE]

Image: PLoS ONE