BBC:哺乳动物如何熬过恐龙灭绝后的末日世界

小行星撞击地球灭绝恐龙,也摧毁了地球上的大多数物种,但是哺乳动物却在这场天劫中幸存下来。

这是地球历史上生命最惨痛的一天,一只毛茸茸的小动物惊恐万状地奔窜在黑暗、火山灰和致命高温笼罩的地狱世界中,在已烧焦的大地上搜寻维生的食物,抓到一只昆虫后,立即仓惶逃回自己的地下庇难所。 小动物周围是已死或垂死的恐龙巨大躯体,这些庞然大物曾世世代代威胁着可怜的哺乳动物的生存。

这是一颗直径10公里,威力相当于10多亿枚核弹的小行星撞击到今天的墨西哥海岸后最初几周或几个月的地狱场景。 这一山崩地裂的猛烈撞击终结了地球白垩纪年代(Cretaceous),宣告了古新世时代(Paleocene)的开始,这个时刻全球森林一片火海,巨大海啸袭击着海岸,高温气化的岩石、火山灰和灰尘冲上了几英里高的大气层。

但在这个被摧毁的世界中依然有生命存活下来。 幸存者中有已知最早的灵长类动物普尔加托里猴(Purgatorius),这是看起来像是鼩鼱和小松鼠的混合体的哺乳动物。 经历这场全球性大灭绝灾难后,普尔加托里猴数量肯定会减少,但所幸物种得以保存,可以传宗接代。

这就是小行星撞击地球,灭绝当时地球四分之三的物种后,早期哺乳动物的生活状况。 论生命灭绝之烈,在整个地球史,只有2.52亿年前的二叠纪-三叠纪灭绝事件(Permian-Triassic extinction event),即生命大死亡事件(The Great Dying)超过这次小行星撞地球。 大死亡灭绝事件造成了95%的海洋生命和70%的陆地生命死亡,但灭绝过程极度慢长,长到6万年,不像小行星撞地球灾难是突然从天而至。

那么当时这些细小又脆弱的生物,包括我们人类的哺乳动物祖先是如何熬过这一世界末日而幸存下来?

撞击地球终结了白垩纪的小行星也终结了著名的恐龙,如暴龙和三角龙,以及不太知名但相当怪异,被称为「来自地狱的鸡」的安祖龙(Anzu)。 此外灭绝的还有鸭嘴龙、长颈龙,以及全身都是盔甲的恐龙。 所有以上恐龙都全部死絶。

在晚白垩纪的地质年代,在这些傲视地球的巨无霸阴影下,普尔加托里猴这样的小型哺乳动物,在生态排位上,许多活得就像今天的老鼠等啮齿动物一样卑微和低下。 但这些看似脆弱的生物,包括我们人类的祖先却奇迹地活过了这世界末日,这是怎么办到的?

人类所知最早的灵长类动物普尔加托里猴,是小行星撞击地球大灭绝的幸存者之一(Credit: Science Photo Library)

这个问题正是《哺乳动物的崛起与统治世界》(The Rise and Reign of the Mammals)一书的作者史蒂夫·布鲁萨特(Steve Brusatte)和他在爱丁堡大学(University of Edinburgh)的同事们一直在研究的题目。

布鲁萨特强调,小行星撞击地球的那一天对地球上的任何生命,包括哺乳动物、鸟类(即鸟类恐龙)和爬行动物,都是生死存亡的大灾难。 布鲁萨特说,这不是一颗普通的小行星,这是至少在过去五亿年里撞击地球的最大小行星。 哺乳动物差一点就会如恐龙一样的被灭绝。」

不过确实有很多种哺乳动物在这次空前绝后的天灾中消失。 爱丁堡哺乳动物古生物学博士后萨拉·雪莱(Sarah Shelley)说,在白垩纪晚期,哺乳动物的多样性就已经惊人的丰富。 她说,「很多哺乳动物是生活在树上或洞穴里吃昆虫的小动物。」

不过,并非所有哺乳动物都是食虫动物。 当时还有一种神秘的多瘤齿兽,因为牙齿上有特殊的瘤状结节而得名。 雪莱说,「这种哺乳动物牙齿是块状的,上面有很多小疙瘩,正面是刀刃状的牙齿,看起来就像一把锯子。 它们吃水果、坚果和种子。」

当时也有食肉的哺乳动物,其中一种最大的鼠齿龙(Didelphodon)是一种有袋类动物,重约5公斤,和现在的家猫差不多大。 雪莱说,「从头骨和牙齿解剖来看,鼠齿龙的咬合力非常强,能够咬碎骨头,所以肯定是食肉动物。」

布鲁萨特说,小行星撞击地球后,白垩纪晚期哺乳动物的很多物种大部分消失,有大约90%的哺乳动物被灭绝,但这反而给躲过此灾难的幸存动物带来了前所未有的机会。

布鲁萨特说,「你可以想象,我们人类这些渺小的祖先之一,只有老鼠那么大,一个躲在暗处,怯生生的小东西,但你熬过了地球历史上的这一刻。 当灾难过去,你冒出头来,突然间发现霸王龙和长颈恐龙那些可怕的大家伙都消失了,整个世界都为你打开。」

这次生物大灭絶为大量多样化的新物种创造了条件,最终带来了蓝鲸、猎豹、睡鼠、鸭嘴兽,当然还有我们人类。

小行星撞击地球后,恐龙灭绝(Credit: Getty Images)

首先,这里要提醒一下:撞击发生后,世界上的森林被野火吞噬,天空充斥烟尘,遮天蔽日,看不见阳光,植物无法进行光合作用。 如布鲁萨特所说,地球的生态系统「像纸牌屋」一样地崩溃掉。 地球表面气温因遭到如过山车一样起伏巨大的恶性热脉冲而变得比烤箱还要炎热,但随后地球又进入寒冷的核冬天,气温平均下降了20摄氏度,持续长达30多年。 虽然哺乳动物的许多最危险的掠食者已经消失,但对于生命来说,地球环境却变得难以想象的恶劣。

哺乳动物要如何才能适应这样恶劣的环境而延续其物种?

继续做小动物

在小行星灭绝灾难之前,因为受到恐龙的强力竞争和捕食的限制,哺乳动物的体型一直很小,但劫后余生这种体型反而成为「灾后动物难民」的一项有利资产。

布鲁萨特说,这些哺乳动物的形象和行为都像大大小小的老鼠。 通常是在暗角悄无声息地生存着,但灾难后,在这个崭新的世界,哺乳动物繁衍激增,因为其体型非常适合小行星撞地球后那种可怕的环境。」

体型小可能有助于加速动物繁殖增加数量。 爱丁堡大学哺乳动物古生物学博士后奥内拉·伯特兰(Ornella Bertrand)说,在现代动物世界,「个头越大,怀孕的时间就越长」。 例如,非洲象的妊娠期为22个月,而老鼠的妊娠期仅20天左右。 因此遭遇末日灾难,个头小的老鼠保持种群数量增长的机率就会大些。

除了怀孕期长,体型较大的动物达到性成熟的时间也会长很多,尤其是庞然大物的恐龙。 这就是恐龙无法在末日天灾幸存下来的另一个原因。 布鲁萨特说,「恐龙花了相当长的时间才长大成熟。 像雷克斯霸王龙这样的动物大概要花20年的时间。 这不是说恐龙长得不快,只是好多种恐龙个头实在太巨大,从很小的幼仔长到成年的庞然大物需要很长时间。」

躲在地下逃过一劫

要解开小行星撞地球后哺乳动物能够幸存之谜,还有一个解密线索是古新世和更早年代地层中发现的哺乳动物化石有「非常奇怪」的体型。 在早期古新世地层发现的哺乳动物踝骨细小坚韧,密度高,保存完好。 雪莱分析这些踝骨,以了解这些哺乳动物与今天存活在地球上的哺乳动物相似程度有多大。

她说,「我们发现古新世哺乳动物很奇怪,不同于现代哺乳动物。 其共同点是体型矮小但很强壮。」

体型小可能有助于加速动物繁殖增加数量

雪莱说,这些哺乳动物有很强的肌肉和巨大的骨骼,与现今动物中在地面挖掘洞穴而生活的物种最相似。 「由此产生的假设认为,在大灭絶中幸存下来的动物有一种生存优势是,它们是掘地挖洞而栖息,因此能够躲过直接撞击后的第一波灾难,以及随后的地面大火和核冬天,它们只要稍微潜伏地下等待灾难过去即可。」

姑且这样说吧,因为这些灭絶之灾的幸存者活了下来,因此其后代也继承了这种壮实的体型。 雪莱说,「你可以在古新世时期的1000万年里看到这种哺乳动物,即使生活在树上仍然很笨重。」

如果幸存的哺乳动物真生活在地下,不论是自己挖洞栖息,或寄居在其他动物的地下洞穴中,伯特兰猜想这可能也反映在这些哺乳动物的行动敏捷度上,或换句话说是缺乏敏捷性。 她说,「我们知道森林已被摧毁,因此所有生活在树上的动物都失去了栖息地。 因此,一种假设认为,幸存动物几乎很少有树栖动物那样的灵活敏捷。」

伯特兰打算研究这个时代哺乳动物的内耳骨骼,以确定其研究结果能否证实在小行星撞击后这些哺乳动物是靠躲到地下栖息而得以幸存的假设。 内耳对动物肢体平衡起到很大作用,如果动物需要有灵巧敏捷的动作,它们的骨骼就会有相应的精细结构。 但要是动物只需要有强健体魄去挖洞,那敏捷能力就是多余的。 她说,「这可以给我们提供更多的线索。」 话虽如此,不过伯特兰也指出,过度依赖骨骼来推断动物的运动行为也是有瑕疵的,这是她观看最近的英联邦运动会时留下的深刻印象。

伯特兰笑着说,「我看到体操运动员做一些疯狂的事情,我想,这很有趣,我们有相同的骨骼结构,我却办不到。 我想,这确实很有趣,因为也许拥有这种能力可以帮助你生存,但从骨头上你不会知道是否拥有这种能力。」

杂食带来生存优势

小行星摧毁了地球上大多数活着的植物,而植物又是地球陆地上众多食物链的最低一环。 杂食性哺乳动物可以吃任何食物,比只固定吃某些特殊食物的动物更能适应环境,因此存活机会也较大。

雪莱说,「经历了这场大灭絶而活下来的动物基本上食性都不太特殊。」 例如,鼠齿龙(Didelphodon ),一种如猫大小的食肉有袋类动物的近亲,只捕食某种动物,但在大灭绝后其要捕食的这种动物变得非常稀少。 雪莱说,「鼠齿龙的食物太单一,因而失去了自己的生存方式。 不过如果是一只小动物,可以更快地改变饮食和生活方式以适应环境。 这是在大灭绝中生存下来的好方法。」

布鲁萨特说,除了那些什么都可以吃下肚的动物能够存活,还有很少一些有特殊食性的动物也会有优势,特别是吃植物种子的动物就很幸运。 他说,「种子是一个食物银行,不会枯竭,任何已经以种子为食的动物在大灭绝时也可以获得种子。 所以,如果像霸王龙一样的动物,就没那么幸运了,进化没有给这类动物消化种子的能力。 但对于有喙的鸟类和一些专门吃植物种子的哺乳动物来说,哇,这是否就是时来运转?」

植物种子除了维持受灾动物的生存,还在核冬天消失后帮助重建森林和植被。 布鲁萨特说,「大灭绝时种子在土壤中能够存活,当阳光再次降临,这些种子就会开始发芽生长。」

长身体不长大脑

随着古新世的过去,生态系统恢复,地球又是一片生机勃勃,这时哺乳动物开始填补非鸟类的恐龙留下的空白,成为地球上最强的生命物种。 伯特兰说,恐龙灭绝后,哺乳动物立即开始多样化的演化,而且在任何一个方面都有多样化的发展。」

首先,哺乳动物的躯体迅速变大。 但爱丁堡研究小组发现,哺乳动物的大脑尺寸的变化却跟不上躯体变大的速度。

伯特兰说,我认为这是非常重要的,因为我们原来认为可能是智力发育使哺乳动物生存下来,并最终能够统治地球。 但是,从数据来看,并不是大脑长大让动物在小行星撞击后存活下来。」

哺乳动物需要整个躯体变得更大、更强壮才有利于适应环境

事实上,在古新世早期,哺乳动物的大脑相对于身体,如果过大的话,可能不利于生存。 伯特兰问道,「问题在于你为什么需要长一个大块头的大脑? 实际上,大脑块头过大是相当昂贵的。 如果有一个大尺寸的大脑,就需要大吃特吃来维持,如果没有足够的食物而做不到,就会絶种。」

相反,哺乳动物需要整个躯体变得更大、更强壮才有利于适应环境。 在灭绝后的几十万年间,外锥兽(Ectoconus)这种食草动物的体重达到了大约100公斤。 外锥兽属于可能与现存的有蹄哺乳动物有亲缘关系的褶齿兽科(Periptychidae)动物。 几十万年在地质纪年中,只是一眨眼的功夫。 雪莱说,「外锥兽如此之快就长得这麽大,这么快就养成食草习性,真是很厉害。 你看,一旦有了大型食草动物,也就会有大型食肉动物,哺乳动物开始迅速发展演化。」

还有许多其他神秘的哺乳动物躯体也迅速膨胀。 雪莱说,「像带齿兽这样的动物,长大的速度非常快,长得也非常大。」 目前还没有找到带齿兽的完整骨架,但有头骨化石发现,其头骨大约有一个大的奶油南瓜那么大,带齿兽似乎是在大灭绝后身躯才变得壮实以适应掘土挖洞的物种之一。 雪莱说,「其眼部位置很小,眼睛也很小,但前面却有巨大的牙齿,这有点像啮齿动物,但仅此而已。 这是一种很神秘的动物。」

雪莱说,这些从劫后余生动物群迅速演化形成的哺乳动物物种曾长期受到科学界的忽视。 她说,科学界曾认为它们古老、原始、普通无奇,然而并非如此,它们真的各有各的特色。 它们的祖先在地球生命史上第二次大灭绝中幸存下来,绝不是慢吞吞过日子的一般愚笨动物。 它们生存和繁衍得十分精彩纷呈。」

这些哺乳动物在很多方面填补了恐龙惨遭灭绝后遗留的生态空间。 生活习性高度个性化,如巨无霸般庞大的恐龙非常适应晚期白垩纪的生态环境,但却缺乏在小行星撞击后的灾难世界中活下来的本事。

布鲁萨特说,「最令人震撼的是,我们的地球上曾经有恐龙这样的动物,它们生存了一亿几千万年,创下如此伟大辉煌的历史,比如将自己进化成飞机大小的庞然大物,以及大如公共汽车的食肉动物等等,但是当地球突然遭受巨变,这些庞然大物却在一瞬间就彻底灭绝。 恐龙应付不了新的世界,无法适应生存。」

小行星撞击地球事件的发生随机性很强,这似乎特别让研究大灭绝后哺乳动物如何避难求生的爱丁堡大学研究团队感慨良多。

伯特兰说,我们人类今天能来到这个世界主要靠运气。 撞击地球的这颗小行星有可能与地球擦身而过,也可能坠落在地球的另一个区域的海洋中,不论是哪种可能,都会使以后生命物种的选择演化有不同的结果。 每当我想到这整件事的偶然性,就觉得这太不可思议了。」

布鲁萨特也有同感。 他说,「小行星有可能只在地球外呼啸而过,有可能只会搅动大气层的上层,也有可能在接近地球时就已经解体。 这颗小行星本来有各种可能,但真是运气不好,它是径直向地球撞来。」

但对于今天活在地球上的哺乳动物,这一场天劫也许就是一次天赐良机。

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寒江独钓

当过大学老师,偶尔写写程序,略懂一些设计,年级不小依然愤青。

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