恐龙大绝灭

  恐龙化石被发现近年了,一个个新的种类被不断地发现,一批批科学家对它们的研究乐此不彼,一代代少年儿童和他们的家长们对这些神秘的远古生物产生着强烈的兴趣。这是为什么呢?

中生代末大绝灭

  这是因为,许许多多的恐龙与我们人类相比实在是太大了,让我们每个人都不得不思考,它们为什么会长那么大呢?还因为,恐龙的种类如此繁多,样子那么千奇百怪,不由得使我们想知道,恐龙这个庞大的家族到底有多少成员?

  还有一个更为重要的原因,那就是那么多曾经浩浩荡荡、生气勃勃地生活在地球上的恐龙为什么一个不留地从地球上消失了,没有留下它们的后代,却为我们留下了一个难解的谜。这个谜永远激发着我们去探索、去求知。

  现在我们知道,恐龙灭绝的时间是在距今6500万年前。而且在那个时候,不仅统治了地球达一亿多年的各种恐龙全部绝灭了,同样悲惨的命运还同时降临到了地球上的陆地、海洋和天空中生活的很多种其它的生物。在这次灾难中绝灭的还有蛇颈龙等海洋爬行动物,有翼龙等会飞的爬行动物,有彩蜥等恐龙的陆生爬行动物亲戚,有菊石、箭石等海洋无脊椎动物;至于海洋中的微型浮游动植物,钙质浮游有孔虫和钙质微型浮游植物也几乎被一扫而光。经过这场大劫难,当时地球上大约50%的生物属和几乎75%的生物种从地球上永远地消失了。  这真是一场大绝灭、大灾难。大绝灭的结果使得在距今6500万年这个时间的前后,地球上生物世界的面貌发生了根本性的巨变。这场大绝灭标志着中生代的结束,地球的地质历史从此进入了一个新的时代——新生代。  科学家们经过不懈的努力,分析研究了到目前为止可以发现的所有线索,提出了解释这一大绝灭现象的各种理论。但是至今,关于这场大绝灭的原因仍然没有找到一个百分之百正确的答案。
  也许,这样的答案等待着你来寻找。
  以下,我们将陆续地介绍一些关于恐龙大绝灭原因的理论和学说,即向你介绍一些最基本的背景知识,也希望能够对你发现更好的解释提供一些启发。

小行星撞击理论

1980年在一个科学讨论会上,美国地质学家阿尔瓦雷茨等人根据他们的研究成果,形象生动地宣讲了一段发生在距今6500万年前的惊心动魄的故事:一个阳光灿烂的下午,烈日照耀下的热带灌木林中,许多不同种类和形态的恐龙平静地像往常一样或在湖边漫步,或在水中觅食;在森林的边缘,一只刚刚孵完卵的鸭嘴龙正在蛋巢边来回踱步;在一片开阔的原野上,一只霸王龙正准备扑向一只巨大的三角龙……

突然,一声从来没有听到过的巨响打破了这个宁静的世界。一个直径几公里大的流星猛烈地撞到地球上。这一撞可不得了,相当于几万个原子弹威力的爆炸在顷刻间发生。这是一颗不期而至的小行星,与地球碰撞后产生的撞击力可达1015TNT炸药爆炸所产生的能量。卷着尘埃的一个巨大的蘑菇云迅速升起,直冲天空,而后弥散开来,最后把整个地球都笼罩在里面。很快,恐龙就彼此看不见了,因为黑云遮天蔽日,白天也没有了阳光。这种恐怖的状况持续了一两年。植物的光合作用中断了,因而大量枯萎、死亡。吃植物的素食恐龙因此相继死去。以后,吃肉的恐龙也由于失去了食物而灭绝了。

这段故事是小行星小行星撞击地球造成恐龙大绝灭学说的精华。后来不断地被许多科学家给予支持。有些科学家甚至认为地球在这个时期不仅经历了一次较大的行星撞击,而且还接连受到了许多次小一些、但是依然严重威胁生命的小行星撞击,其中可以证实的在加勒比海和美国的衣阿华州发现的行星撞击的痕迹。

这一假说的证据还来自于在世界各地发现的6500万年前的沉积物中存在的一种氨基酸。这种氨基酸含有大量的铱元素,大量地存在于某些天体里,在地球上却根本不应该存在。这层富含铱元素的地层在北美洲、欧洲和澳大利亚的许多地区都被先后发现,在我国西藏的冈巴地区几年前也发现了这层含铱层。

有的科学家认为,这次爆炸使所有恐龙都灭绝了。但是也有一些科学家认为,只有70%的恐龙在当时灭绝,其它的一些恐龙种类则勉强地躲过了劫难,可是在随后的几百万年里又逐渐绝灭了。这后一种说法并不是没有道理,因为在6500万年前的这次事件以后形成的地层里,仍有一些恐龙骨骼被发现。例如,美国新墨西哥洲6000万年前上下的地层中就曾经发现了恐龙的残骸。在阿拉斯加新生代的冻土带里,也发现过三角龙的化石。这些现象似乎说明,在这次小行星撞击地球引起的大爆炸以后,仍然有一些恐龙挣扎着生活了几百万年的时间,最后才因为不适应新的气候和新的环境而最终相继灭绝。

陨星碰撞说


恐龙的灭绝和6500万年前的一颗大陨星有关。据研究,当时曾有一颗直径7-10公里的小行星坠落在地球表面,引起一场大爆炸,把大量的尘埃抛如大气层,形成遮天蔽日的尘雾,导致植物的光合作用暂时停止,恐龙因此而灭绝了。

最新理论——大规模海底火山爆发

意大利著名物理学家安东尼奥-齐基基最近提出,造成恐龙大绝灭的原因很可能是大规模的海底火山爆发。

齐基基教授认为,白垩纪末期,地球上在海洋底下发生了一系列大规模的火山爆发,从而,影响了海水的热平衡,并进而引起了陆地气候的变化,因此影响了需要大量食物维生的恐龙等动物的生存。他的理由是,现代海底火山爆发对海洋和大气产生的影响是众所周知的,只是其影响程度比起6500万年前发生的海底火山爆发的程度小多了。

齐基基教授认为,过去,科学界对海底火山爆发的情况了解得很少,现在需要对这种严重影响地球环境的现象进行深入的研究。他举例说,格陵兰过去曾经生长着茂密的植被,但是当全球性的海洋水温平衡变化以后,寒冷的洋流改变流向后经过了格陵兰,从此把这个大大的岛屿变成了冰雪覆盖的大地。这是海洋水温平衡变化对气候产生巨大影响的一个典型实例。海底火山活动是影响海洋水温平衡变化的一个重要因素。因此,齐基基教授认为应该将海底火山的大规模爆发引起的海洋水温平衡变化作为研究恐龙绝灭问题的一个重要参考因素。

繁殖受挫理论及其证据


  目前已经在世界上许多地方陆续发现了古老爬行类的蛋化石,尤其是恐龙的蛋化石。按照形态结构,可以把恐龙蛋分为短圆蛋、椭圆蛋和长形蛋等种类。恐龙蛋的大小变化范围很大,蛋壳厚度及其内外部“纹饰”、蛋壳结构及其壳层中的椎状层和柱状层比例变化范围都存在不同的差异。为了深入开展恐龙蛋内部特征的研究,科学家已经采用了很新的技术和多种方法,如扫描电子显微镜,x射线衍射仪,偏光显微镜,CT扫描仪等等。近年来,我国科学家首次采用医疗CT技术对山东莱阳出土的恐龙蛋化石进行了无损伤内部结构特征的研究,发现了山东莱阳的一些恐龙蛋化石具有其他方法无法观察到的恐龙胚胎。

莱阳恐龙蛋

  山东莱阳恐龙蛋化石颜色为灰黑色,外形椭圆,一端较钝,一端较尖,最大长径98毫米,最大横径70毫米,最小横径60毫米。蛋壳表面粗糙,有少量裂纹。发掘过程中,有少量蛋壳脱落,蛋壳表面粘有少量褐红色粉砂质泥岩。蛋壳厚度为2-3毫米。采用GE9800医疗全身CT扫描机进行横断扫描,可清晰地区分出卵壳、卵蛋白和卵黄的轮廓和位置,还可以观察到一些非常完好的原肠期胚盘。胚盘位于蛋的较突起的一侧,靠近蛋壳的卵蛋白边缘处,长约80毫米,粗约8毫米。
  对这些恐龙蛋的深入研究使研究者相信,恐龙的灭绝与它们的繁殖受挫有关。而繁殖受挫的表现就是大量的恐龙蛋的孵化出现了问题。
  依据原生层位中产出的恐龙蛋,有证据表明恐龙有成窝排卵的习性,少则十来枚,多则几十个。这种高产蛋率是以量取胜来保证其正常的孵化数量和维持正常的幼仔存活数量的生态策略,在生态学上叫做r选择策略。
  就恐龙自身遗传特征来说,要考虑到种群的单一性。大型素食恐龙大多生活在植被茂盛的水源地附近,繁殖地也不会远离其生活区域,庞大的躯体和对水体的依赖使它们不便于做长距离的迁徙,在相对稳定和有利的环境条件下,它们也没有必要进行远距离的迁徙。这样,久而久之必然导致这样的恐龙种群杂交机会的减少,结果使种群纯化,形成很多地方性属种。这方面可以从古生物学研究找到证据。种群的纯化在某种程度上降低了卵的孵化率。恐龙产蛋时的年龄过小或过大都不利于卵的孵化,身体的健康情况同样对孵化率有影响。
  就恐龙蛋本身而言,太重或太轻都不利于孵化。由于蛋的体积与其重量成正比,因此同一恐龙物种过大或过小的蛋都不利于孵化。所以,同种蛋的大小变化范围大的其孵化率必然低于大小变化范围小的蛋。就短圆蛋和长形蛋而言,短圆蛋大小变化范围比长形蛋的要小,单就这一点来看,长形蛋的孵化率应低于短圆蛋。当然产长形蛋的恐龙可以靠提高产蛋率或改善蛋壳结构等方式来弥补这方面的不足。但是不管是短圆蛋还是长形蛋,蛋形均是影响孵化率的又一因素,过长或过圆的蛋孵化率都不高。从山东莱阳的恐龙蛋来看,似乎或多或少均出现了上述问题。
  蛋壳厚度是影响孵化率的又一重要因素。同类蛋的蛋壳厚度一般都有一定的变化范围,如短圆蛋的蛋壳厚度较大,大约为2毫米。但是莱阳发现的短圆蛋中,出土于下部层位的蛋壳厚度大,上部层位的蛋壳厚度明显减小。而长形蛋的平均蛋壳厚度是0.9到2.0毫米,比短圆蛋薄。蛋壳过薄或过厚都不利于孵化。现有资料表明,在地层中随着层位自下而上恐龙蛋蛋壳逐渐变薄的现象不仅见于莱阳,也见于我国其他地区和欧洲。有一些蛋壳薄得不到1毫米,尤其是晚白垩世晚期薄壳蛋更是多见。这样的蛋很难保证正常的孵化。因此,到了晚白垩世晚期恐龙绝灭之时大量的恐龙蛋没有孵化是可以肯定的。
  蛋的内部品质对孵化率也有重要影响,大多数爬行动物繁殖上与鸟不同,父母不能主动地用自己的体温来孵卵,而是主要依赖于太阳所提供的热能,其孵化过程还要受到温度和湿度等环境因素的影响。根据原生层位恐龙蛋化石埋藏情况看,当时在恐龙蛋被产出之后,地层一般均接受了连续的沉积而没有见到后期搅动和搬运的痕迹,这样的迹象表明恐龙产蛋后很可能像鳄鱼等爬行动物那样用周围的沙土把蛋覆盖好,保持其免受污染或侵害,然后只能任凭环境的控制使但进入孵化阶段。根据对山东莱阳恐龙蛋进行的CT扫描的观察,似乎看不到气室的存在。气室的存在及大小可以表明产蛋时间的长短。没有气室的蛋化石说明这些蛋产下不久就停止了孵化过程而死亡了,然后即进入了变成化石的石化阶段。
  所有上述现象均表明,晚白垩世晚期的恐龙在蛋的孵化中发生了严重的问题,因而造成了恐龙繁殖受挫。这些恐龙蛋的研究者据此认为,这种繁殖受挫很可能是恐龙灭绝的根本原因。

气候骤变论


  根据深海地质钻探得到的资料,一些科学家认为在6500万年前的地球上的气候发生了异常的变化,温度忽然升高。这种变化使恐龙等散热能力较弱的变温动物无法很好地适应环境,引起其身体中的内分泌系统紊乱,尤其是造成雄性个体的生殖系统严重损坏。结果,恐龙无法繁殖后代,从而走向了最终的绝灭。

  还有一种理论,虽然同样是认为气候骤变引起恐龙绝灭,但是推测的过程却不一样。这一派学者认为,在距今大约7000万年前,北冰洋与其它大洋之间被陆地完全隔开,并在最后的日子里那咸咸的海水因各种因素的作用渐渐地变成了淡水。到了距今6500万年前,分隔北冰洋与其它大洋的“堤岸”突然发生了决口。大量因淡化而变轻的北冰洋的水流入其它大洋。由于北冰洋的水温度很低,这些“外溢”的冷水形成了一层冷流,使得地球大洋的海水温度迅速地下降了大约20度。海洋温度的下降又严重影响了大陆气候,使大陆上空的空气变冷。同时,空气中的水蒸气含量也迅速减少,引起了陆地上普遍的干旱。陆地上的这些气候变化产生的综合结构就是,恐龙灭绝了。

  气候骤变造成恐龙绝灭的一条可能的途径是严重影响恐龙的卵。一些科学家发现,在恐龙灭绝之前的白垩纪末期,恐龙蛋的蛋壳有变薄的趋势,说明在恐龙大绝灭之前有气候急剧变化造成的作用。我国的一些古生物学家也发现,在一些化石地点产出的恐龙蛋中,临近绝灭时期的那些恐龙蛋蛋壳上的气孔比其它时期的恐龙蛋蛋壳中的气孔要少,这很可能与气候变得寒冷干燥有关。

大气成分变化论

乌龟

  白垩纪末期的恐龙大绝灭是生物历史上的一个千古之迷,科学家提出了一个又一个的理论来试图解释其原因,但是至今没有一个让所有人都能够接受的定论。较为流行的的说法是小行星撞击地球引起的灾难导致了恐龙的灭绝,但是这一理论并不完善。因为恐龙是当时地球上最成功的动物,其丰富的多样性更是表现得大小不等、形态各异、生活方式也是多种多样。如果是小行星撞击造成的灾难引起了恐龙的灭绝,那么为什么乌龟、鳄鱼和蜥蜴这些与恐龙有着密切的亲缘关系的爬行动物能够度过劫难而一直生存的现在呢?这不能不促使人们再去寻找其它的思路来分析恐龙绝灭的原因。

鳄鱼

  现代科学分析使我们了解到,在地球刚刚形成的遥远年代里,空气中基本上没有氧气,二氧化碳的含量却很高。后来,随着自养生物的出现,光合作用开始了消耗二氧化碳和制造氧气的过程,从而改变了地球上的大气环境。同时,二氧化碳一方面通过生物的固定以煤、石油沉积在地层里,另一方面也通过有机或无机的过程以各类碳酸盐的形式沉积下来。这种沉积是一直进行的。

  有证据表明,恐龙生活的中生代二氧化碳的浓度很高,而其后的新生代二氧化碳的浓度却较低。这种大气成分的变化是否与恐龙灭绝有关呢?

蜥蜴

  众所周知,每种生物都需要在适当的环境里才能够正常地生活,环境的变化常常能够导致一个物种的兴衰。当环境有利于这一物种时,它就会兴旺发展;反之,则会衰落甚至绝灭。环境因素包括温度、水等因素,还包括大气的成份。那么,大气成份的变化会不会影响生物的生活呢?答案是肯定的。例如,人处在二氧化碳浓度较高的环境下会有生命危险,而有些动物甚至比人对二氧化碳的浓度变化更为敏感。

  恐龙生活的中生代,大气中的二氧化碳的含量较高,说明恐龙很适应于高二氧化碳浓度的大气环境。也许只有在那种大气环境中,它们才能很好的生活。当时,尽管哺乳动物也已经出现,但是它们始终没有得到大发展,也许这正是由于大气成分以及其它环境对它们并不十分有利,因此它们在中生代一直处于弱小的地位,发展缓慢。随着时间推移,到了白垩纪之末,大气环境发生了巨大的变化,二氧化碳的含量降低,氧气的含量增加,这种对恐龙不利的环境可能体现在两个方面:1、恐龙的身体发生了不适,在新的环境下,很容易得病,而且疾病会象瘟疫一样蔓延。2、新的大气环境更适于哺乳动物的生存,哺乳动物成为更先进、适应性更强的竞争者。在这两种因素的作用下,恐龙最终灭绝了。而那些孑遗的爬行动物则是少数既能适应旧环境,又能适应新环境的少数爬行动物物种。

  因此,对于恐龙绝灭来说,小行星的撞击也许起了一定作用,但看来并非是最关键的因素。

  大气成分变化造成恐龙灭绝这一理论有两个出发点,一个是中生代的大气成份与现代不同。现代科学已能证明这一点。另一个是每种生物需要合适的大气环境才能生存。现代科学也不难对此进行验证。

  远古时代的大气中几乎没有氧气,而二氧化碳的含量很高。后来由于生物的出现,在光合作用下大气中二氧化碳的含量逐渐减少、氧的含量逐渐增加的这一过程也许可以解释生物进化史中的很多现象。例如寒武纪的生命大爆发,这也是进化史中的一个难解之迷。大气成份变化也可以对此作出解释,因为动物不能直接利用无机物进行光合作用,它的起源落后于植物的起源,必须发生于大气中的氧含量达到相当的程度时。因此,寒武纪的生命大爆发必须以大气中的氧气含量已经达到了一定程度做保障,而这一点已经被科学所证明。

免疫缺陷

  一些科学家认为,目前关于恐龙绝灭的理论多强调了外因,如小行星撞击、宇宙事件、地球臭氧层破坏、大规模火山群爆发、气候巨变、等等,这些外因论最无法解决的问题就是,毕竟有许多与恐龙同时代的生物种类为什么却没有灭绝?它们所赖以生存的生态环境、食物链在大灭绝之前与恐龙的并没有什么截然的不同,然而它们不仅躲过了这场劫难,而且还演化出了今天这样丰富多彩的生物世界。这种情况使得一些科学家考虑,造成恐龙灭绝更直接的原因恐怕还是恐龙自身的问题,比如说,大多数恐龙的巨大身躯与冷血的性质很可能与它们的灭绝有关。

  在引起某一生物家族大规模死亡的诸多可能因素中,新的烈性传染病是一种特别值得关注的因素。现代某种病原生物引起特定的养殖业出现绝产的现象是时有发生的,而人类免疫缺陷对人类自身的危害也是众所周知的。当野生动物遇到类似的病魔时对其种群的灾难性破坏同样不可避免。从这个角度来考虑,恐龙绝灭有烈性传染性疾病的流行做背景的可能性是存在的。而且,由于微生物是造成传染病流行的主要原因,而生态环境的变化又最容易引起它们的变异,因而,即使恐龙的灭绝由灾变引起,那么其机制也极有可能是通过病原生物的变异造成恐龙免疫机能的失效而实现。

  生物之间相互作用引起的生死存亡始终是生物进化史上物种更迭的重要原因之一。面对病原生物的威胁,动物的抗感染能力对其存亡是至关重要的。现代生物学已经证明,脊椎动物的抗感染功能主要由两部分构成,其一,是天然的防御(免疫学上称为非特异性免疫)系统,包括由皮肤、粘膜、血液等构成的外部和内部屏障,以及各种吞噬细胞和体液中能够杀灭病原物的因子等。这道天然的防御系统在起源上非常古老。其二,是特异性的免疫系统,主要由可识别特异性抗原的免疫活性细胞构成。这道特异性的免疫系统是动物进化到脊椎动物以后才出现的新的功能系统,到了哺乳动物和鸟类才达到较为完善的程度。

  虽然目前还无法直接了解恐龙的免疫系统功能状况,但是通过比较生物学的方法,科学家还是可以推测有关的情况。乌龟、蜥蜴等与恐龙同属于爬行类的现代动物的免疫系统是很不完善的,它们体内没有完整的淋巴管道,也没有淋巴结,而且胸腺这一仅有的免疫器官也不很发育,一般没有皮质和髓质的明显分化。鸟类在胸腺组织分化不明显这一点上与爬行类相似,这也是二者具有较近的亲缘关系的一个佐证。但是鸟类其它的免疫器官却很发达,其免疫功能大大强于爬行类。爬行类体液中的抗体缺乏多样性,不可能胜任全面应付千差万别的各种病原生物的特异性免疫工作。另外,爬行动物的冷血性质在某种程度上也限制了免疫细胞的增殖速度,因此它们很难适应不同病菌的侵袭。现代生存的冷血脊椎动物的免疫系统在抗感染方面的效应较为有限,它们一般主要靠天然防御系统去非特异性地抵抗病原生物的侵袭,并在某些方面功能有所加强,例如鲨鱼有角鲨胺、青蛙有麦格宁等高效防御肽,可以使细菌结构破坏,从而弥补了免疫系统方面的缺陷,保证了种群的延续。但是这种强化因素依然无法与哺乳动物体内完善的特异性免疫系统相比美。

  作为已经绝灭的爬行动物的典型代表,恐龙的免疫系统肯定是不很完善的,如果它们的天然防御系统功能又不很强的话,如果遭遇到其防御系统无法克制的病原生物的侵袭后果肯定不堪设想。

  因此,有些科学家推测,在白垩纪末期,由于某种原因(可能是灾变)造成了地球上忽然演化出了多种可突破一般动物防御系统的新型病原生物,造成了疾病大流行,恐龙等大量免疫系统有缺陷的动物因无法抵御而灭绝了。结果,冷血动物中只有一些天然防御系统强化的种类得以度过了劫难,而温血的鸟类和哺乳类则因为拥有了完善而高效的免疫系统就更容易避免恶运,并借此在后来的新生代里脱颖而出,成为了地球上新的主导动物。

彗星撞击论

  这个关于恐龙灭绝原因的假说认为造成白垩纪末期大劫难的凶手不是小行星而是彗星。一些科学家认为,太阳有一个围绕着它旋转的伴星,每隔2000万年到3000万年,这颗伴星就会转到离某些大型的彗星很近的位置。这些巨大的彗星受到这个伴星引力的干扰就很可能在太阳系内产生几万都次的彗星风暴,其中的一些彗星风暴袭击了地球。因此,地球每隔2600万年到3000万年就会遭到一次洗劫,地球上的生物也就每隔2600万年到3000万年的时间发生一次大的绝灭事件,恐龙的灭绝不过是这种周期性的灭绝中的一次而已。

  具体到恐龙灭绝事件来说,不同的科学家认为彗星撞击地球的后果是不同的。美国科学家安德斯认为,撞击的结果是产生了一个温度高达3000度的大火球,这个大火球迅速地向外扩展,造成了北美洲和亚洲的森林大火,把生物都烧成了灰烬。安德斯提出这样的假说的依据是他在6500万年前的沉积物中发现了比其它岩层里高出1万倍的碳灰成分。

  华裔瑞士科学家许靖华则认为,这次彗星撞击给地球生命造成的毁灭性打击比仅仅是恐龙的灭绝要严重得多。这次彗星撞击形成的大爆炸能量之大引起了全球性的尘埃遮日,有毒物质污染了整个地球生态系统,使得地球整个的海洋变成了一个死劫海洋,同时,爆炸后一些化合物在空气中与水蒸气相溶并形成了滂沱的酸雨,进一步地破坏了地球的生态系统,最终造成的结果是包括恐龙在内的大量生物物种的灭绝。

  那么许靖华教授是如何得出他的这种理论的呢?他的科学根据是什么呢?这正是我们“恐龙博物馆”在“学学科学过程和科学方法——地质学家是怎样得出‘彗星撞击论’的?”那个栏目里正在一步步地向大家介绍的,请继续关注那个栏目吧!