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二疊——三疊紀大轉折時期的四足動物
2022-01-10 10:43:00   來源:化石網   評論:0 點擊:

(化石網整理)據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所:大約2 5億年前地球經歷了一次生物大滅絕事件,很多生物,例如三葉蟲、海蝎、海蕾完全消失;大多數類群也遭受毀滅性打擊,只有少量屬種殘存。造礁生物滅絕造
(化石網整理)據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所:大約2.5億年前地球經歷了一次生物大滅絕事件,很多生物,例如三葉蟲、海蝎、海蕾完全消失;大多數類群也遭受毀滅性打擊,只有少量屬種殘存。造礁生物滅絕造成生物礁的消失,在三疊紀開始有全球性的煤層的空白。以前認為地球上高達96%的海洋生物物種消失,最新研究表明滅絕的物種比例應該沒有這么高(81%),但是也是已知最高的。經過數百萬年全球生態系統才完全恢復,但是已經是嶄新的面貌——中生代的生物群。
 
這個滅絕事件首先是在海洋無脊椎動物中識別出來,后來研究提出陸地植物、動物也經歷了滅絕事件;谥袊憬、廣西等地的研究,研究者證實了海相的滅絕事件發生在數萬年內,在地質上可以稱為瞬時滅絕。那么海陸相滅絕事件是否同時呢?根據格陵蘭的孢粉記錄以及中國西南的大羽羊齒植物群,有研究者認為海陸的滅絕事件同時發生。不過大多數古植物學家認為不同區域不同的植物滅絕的幅度和時間并不一致。
 
陸地四足動物從二疊紀到三疊紀面貌發生了顯著變化:二疊紀獸孔類是當時四足動物的主要成員,而到了三疊紀主龍型類才興起并在中生代占據主導地位。三疊紀早期水龍獸是當時最繁盛的四足類,留下大量的化石記錄。在轉折時期植食類群大鼻龍類、鋸齒龍類完全消失,二齒獸類僅少數支系殘存;肉食類群比阿莫鱷類、兇臉獸類完全滅絕。
 
 
二疊紀晚期生態復原圖(圖片來源:《恐龍之前的世界》)
 
在這個轉折時期發生了什么呢?最顯著的事件是大規模的火山噴發。長期以來西伯利亞大規;曰鹕絿姲l被認為是二疊紀末生物大滅絕的主要推手,最近我國的研究者提出華南周緣大規模酸性火山噴發也是一個重要誘因。推測的海洋生物的直接殺手包括缺(貧)氧事件、迅速增溫、海平面變化等。陸地生物的可能殺手包括全球變暖、酸雨、土壤剝蝕等。目前知道增溫事件晚于海洋滅絕事件,不可能是二疊紀末期導致生物滅絕的殺手。那么導致陸地生物大滅絕的具體推手是什么呢?
 
 
三疊紀早期生態復原圖(圖片來源:《恐龍之前的世界》)
 
對于地球上的生物來說,氣候是很重要的控制因素。溫度與降水量共同控制了今天地球的氣候分帶,不同的氣候帶有不同的生物分布。植物有20——35℃的最佳光合作用溫度區間,低于或者高于某個閾值光合作用將大大降低(例如低于10℃或者高于40℃)。兩棲動物生存的溫度區間大約是0——35℃,而現生爬行類則大約在5℃——45℃,超過這個溫度區間絕大多數變溫動物將無法生存。這樣很容易想到升溫對低緯度地區的生物影響大,因為低緯度地區的很多生物因為高溫而無法繼續在低緯度地區生活。而降溫對高緯度的生物影響大,因為低溫使得很多高緯度地區的植物因缺乏光合作用而消失,而植物分布也制約了以之為食的動物的分布,造成了高緯度地區動物的大規模減少。有研究者基于模擬提出在二疊紀末期降溫對生物圈的影響應該比升溫更大。
 
 
現代兩棲、爬行動物以及它們的食物的極限溫度區間(修改自Bennett et al. (2018).)
 
依據海洋中牙形刺、腕足類化石同位素資料,研究者提出在二疊紀晚期有全球降溫事件,而在最末期發生了快速升溫事件。早三疊世氣溫波動但基本處于溫室之中,中間有兩個短暫的“涼爽”期。
 
 
全球溫度指標與四足動物多樣性的關系
 
對于二疊紀的四足動物,主要的研究集中于南非卡魯盆地及俄羅斯的東歐部分。針對卡魯盆地的四足動物,提出過高溫、干旱兩種致死機制。但是結合最新的測年資料,卡魯盆地大多數物種消失在降溫之中。降溫可以解釋卡魯盆地(南緯60°左右)四足動物的變化格局。我們發現二齒獸類、獸頭類、犬齒獸類都顯示了體型增大的趨勢,指示溫度的降低,因為大體型更有利于抵御寒冷。高緯度地區降溫會導致光合作用的大大降低,對于植食動物食物減少、競爭加劇,也間接影響肉食動物。其中更能夠適應寒冷氣候的動物能夠生存得更好,例如水龍獸可能因為掘穴而居而優勢越來越明顯,數量逐漸增加。不過這對于低緯度地區沒有明顯的影響,例如在俄羅斯和中國,當時四足動物并沒有顯著變化。
 
 
南非卡魯盆地二疊紀晚期各組合帶二齒獸類豐度及頭骨大小變化
 
在升溫之后的早三疊世,在低緯度地區年平均氣溫遠遠高于30℃,故絕大多數四足動物無法生存。三疊紀剛開始的短暫一段時期,離片椎類還能夠在水體中生活,而在極熱時期可能整個泛大陸中部都沒有四足動物分布。不過一旦有短暫的溫和期,這些空白區又會被重新占據,這些都能從低緯度地區的化石記錄中得到印證。升溫事件中俄羅斯(~N30°)四足動物多樣性沒有明顯變化,表明影響不大。而在高緯度地區,其實多樣性是大大增加。原來不適宜生物生存的極地也變成了生命的樂土。雖然漫漫極夜依然存在,但是并未妨礙四足動物的生存、繁衍。
 
 
早三疊世四足動物分布圖,及空白區可能的范圍
 
結合地球的多次升溫事件,全球變暖對地球生態系統打擊主要表現在低緯度,對全局不一定有太多影響。單純的全球變冷也類似,它對低緯度地區影響不大。但是短時間內、大幅度的升溫和降溫事件疊加會造成災難性的大滅絕事件。

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