互动科普

小行星袭击地球给恐龙带来了致命的伤害，但是，如果当时的生态环境不那么糟糕，恐龙或许不会彻底灭绝。

每一个家族都有这样的故事：如果在遥远的过去没有发生一段离奇曲折的故事，今天的生活就会大不相同。演化也是一样。生命的历程漫长而充满了偶然的故事，任何影响都可能发展出另一个结局。实际上，6 600万年前的那场大灭绝可以让你对此有更清晰的认识。在那之前的1.5亿年里，恐龙是地球霸主。它们演化出了极为庞大的身躯，能在几乎所有的陆地环境中繁衍生息。但是，突然而来的变故让暴龙、三角龙和它们的亲眷都消失殆尽。

恐龙灭绝可以算是整个科学界里最大的未解之谜，它让还是青少年的我对科学产生了兴趣。过去10年中，我一边在全世界收集恐龙化石，一边被内心深处的疑问所困扰：这么成功的生物怎么会这样消失？20世纪80年代曾出现过一种理论，这个理论认为凶手是一颗小行星，很多人都对此表示赞同。但是，一些持怀疑态度的人还是在想会不会有其他因素促成了恐龙时代的终结。随着研究者们不断发现新的恐龙化石，对它们的演化方式有了更深入的了解，我们也逐渐接近了最终的答案。

最近，我组织了一场国际古生物学家的研讨会，想探讨我们对恐龙的灭绝到底有多少了解。会上，我们使用最新的恐龙分类来检验演化随时间推移出现的趋势，回顾了灭绝时间的最新信息，还花了很长时间来研究恐龙灭绝前后，关于环境的多种变化。以前，要是很多恐龙专家聚在一起，通常会互相争论，但这次，我们达成了明确共识：除了小行星撞击的影响，当时脆弱的生态环境也是重要原因。传统上，人们认为灭绝是突然爆发的，撞击地球的一颗小行星对此负有主要责任。但这个理论并不完整，恐龙在小行星碰巧撞击地球时已经陷入了困境，此前的环境变化已经让它们的生态系统变得十分脆弱。陈旧的故事出现了新的转机，而这个故事和现代世界，和人类自身的演化历史也有令人惊讶的联系。

旷日持久的谜题

和大部分少年一样，我在高中时也干过一些鲁莽的事。在1999年的春日里，我给沃尔特·阿尔瓦雷斯（Walter Alvarez）打了个电话，他是加利福尼亚大学伯克利分校的地质学家，大约20年前，他提出了大规模行星撞击使恐龙灭绝的理论。这个假设源自一个奇特的发现，在富含恐龙化石的白垩纪沉积层（形成于1.45亿年到6 600万年前）和几乎没有恐龙化石的古近纪沉积层（形成于6600万年到2 300万年前）之间，有一条很薄的粘土带将它们区分开来，阿尔瓦雷斯发现这条黏土带里含有大量的铱。这种元素在地球上非常稀少，但在彗星和小行星等地外天体中却十分常见。

他首先在意大利的岩石峡谷里发现了这种异常，该地离翁布里亚地区的古比奥中世纪城镇不远。为了庆祝父母结婚20周年，当时我们家也凑巧准备去意大利。于是我缠着父母抽点时间去古比奥，好让我看看将阿尔瓦雷斯引向他那著名理论的地质特征。当时我需要指导，所以想到了直接向理论提出者本人寻求帮助。

阿尔瓦雷斯不仅接了我的电话，还为我详细说明了怎么去峡谷里寻找他检测出铱含量过高的地方，直到现在我都觉得这事不可思议。在1980年时，阿尔瓦雷斯和父亲路易斯（1968年获诺贝尔物理学奖）以及两位伯克利的同事将他们的小行星理论发表在《科学》上，这篇论文激起了长达十年的狂热辩论。新闻报道里总是会出现恐龙和大灭绝，无数书籍和纪录片都提到了撞击理论，数百篇科学论文也在反复争论恐龙灭绝的真正原因。而古生物学家、地质学家、化学家、生态学家、天文学家们全都卷进了当时最热门的科学论战。

到了20世纪80年代末期，小行星或彗星于6 600万年前撞击过地球这事已经无可辩驳。科学家不仅在世界各地都发现了同样的含铱层，还发现了源于地外撞击的其他反常地质特征：被称为玻陨石的玻璃块以及被称为冲击石英的变形石英颗粒。另外，地质学家甚至在墨西哥境内找到了直径180千米的希克苏鲁伯陨石坑——正好形成于恐龙灭绝时期的陨石坑。在6 600万年前，直径约10千米的巨型不速之客砸向地球，引起了灾难性的火山爆发、野火、海啸、酸雨和遮天蔽日的浮尘，恐龙的末日就此到来。

然而在讨论恐龙撞击前经历了什么变化，这场非比寻常的自然灾害对它们和当时的生态系统到底造成了什么影响时，科学家也必须承认他们掌握的资料非常稀少。许多研究人员也在争论，到底是小行星突然杀死了正如日中天恐龙，还是这颗小行星只是给一个逐渐衰亡而且最后必将灭绝的族群带来了最后一击。

让人疑惑的新发现

我没能在前往意大利的家庭旅行中造访古比奥，因为洪水封闭了罗马通往该地的主要铁路。但在5年后，大学课程中安排的野外考察又让我重新回到了意大利。我们住在亚平宁山脉的小天文台里，天文台的管理者是亚历山大·蒙塔纳里（Alessandro Montanari），也是一位因研究白垩纪末期大灭绝而在20世纪80年代扬名立万的科学家。我们在第一天的行程里就来到了图书馆，那里有个人正在查看地质图。“我要向你们介绍我的朋友和导师沃尔特·阿尔瓦雷斯，”蒙塔纳里用他平缓的意大利口音说着，“你们有些人可能已经听说过他了。”

几天之后，我们来到了古比奥的山谷，阿尔瓦雷斯站在一群大学生面前指着当年启发他提出小行星理论的地方。那时我向他介绍了自己是谁，他也想起来了我们曾在5年前有过一次交流。那天是我早年生涯里最重要的时刻之一，我意识到研究恐龙灭绝的谜题是我一生的追求。

然而我的研究生课题侧重于恐龙如何称霸、鸟类的起源以及早期演化（鸟类是恐龙的后裔，也是唯一没有灭绝的恐龙分支）。直到2012年研究生毕业的时候，我才找到了为恐龙灭绝论战做出贡献的机会。我的同事理查德·巴特勒（Richard Butler，就职于英国的伯明翰大学，常采用统计学来研究演化趋势）想到了一个好主意：我们何不将不同恐龙的研究综合起来，同时利用多种不同的研究方法做个汇总，对恐龙灭绝前1 000到1 500万年的变化进行一次全新的研究？

我们决定使用形态学差异来研究恐龙多样性的趋势。这种差异本质上是生物多样性的解剖学指标，量化了身体大小、形状和解剖结构上的差异，这些差异会因同一种群随时间推移而发生变化，或因生态系统不同而产生不同。比如有两个生态系统，其中一个具有15种小型啮齿类动物，另一个具有一种蝙蝠、一种瞪羚和一种大象。第一个生态系统的生物种类多于第二个，但第二个的身体大小、体型和行为多样性要丰富得多。相对于单纯的种类数量，形态学差异通常更能反映生物种群的生命力和多样性，我们打算在恐龙中寻找有没有相关的变化趋势。如果恐龙的形态学差异在白垩纪末期不断增加或保持稳定，那就表明在小行星袭击它们之前，这些恐龙过得还不错；如果情况相反，那就表明不管有没有大石头从天上掉下来，它们都已经惹上麻烦了。

我们发现，大部分恐龙的差异性都在撞击前的1 000到1 500万年里相对稳定，包括肉食性的兽脚类（比如暴龙和伶盗龙）、长脖子的蜥脚类，以及中小型植食者（比如有圆顶头颅的肿头龙）。但当小行星来临时，有两个亚群的差异性正在下降：鸭嘴龙类和长角的角龙类（三角龙及其亲属）。这两种恐龙都是身体巨大的植食者，需要大量植物。如果回到6 600万年前，你很快就会注意到它们是最常见的恐龙。这些家伙相当于白垩纪的牛群，是食物链底层的植食性动物。

我们发表研究结果的时候，其他学者也在从其他角度研究恐龙灭绝的问题。伦敦大学学院的保罗·阿普彻奇（Paul Upchurch）和伦敦自然历史博物馆的保罗·贝莱特（Paul Barrett）带领的团队调查了恐龙物种多样性随时间发生的变化。他们发现在行星撞击时，恐龙的群种仍然非常丰富，但是角龙类和鸭嘴龙类等群种的种类正在减少。这个发现明显和我们对差异性的计算相一致。

大型植食性恐龙的物种丰富度及差异性下降为什么会影响其他种群？一项开始由芝加哥大学的乔纳森·米切尔（Jonathan Mitchell）主持，随后由该校一名博士生接手的创新性计算机建模研究得出了一些见解。米切尔和他的团队为多个白垩纪恐龙生态系统建立了食物链，模拟了一些物种灭绝后的情况。结果令人震惊：在行星撞击发生时，大型植食性恐龙的数量随多样性下降而减少，在这种情况下，食物链要比撞击前几百万年更容易崩溃，因为那时的物种多样性更加丰富。

糟糕的时机

近些年，学术期刊上出现了大量有关恐龙灭绝的新资料，我和巴特勒产生了一个冒险的想法：我们可以招募一个一流的恐龙专家团队，只要大家原意坐下来探讨目前与恐龙灭绝有关的所有资料，就可以对恐龙灭绝的原因达成共识。这项工作一开始主要是为了找点乐子。古生物学家为这问题争论了几十年，我们凭什么能成为解决这个争端的人？这场颠覆性的小阴谋很可能会以僵持不下而告终，更糟的是还有可能发展成一场互相争论的骂战。但结果恰恰相反。这个由11名美国、加拿大和英国科学家组成的团队取得了一致意见，研究成果发表在了2015年5月的《生物学评论》（Biological Reviews）上。

回顾所有证据之后，我们发现白垩纪末期的恐龙似乎还过得不错。没有迹象表明它们的总体多样性（同时包括物种数量和差异性）在此前的数百万年里有所下降。主要的恐龙种群都生存到了白垩纪最后的日子。至少在北美（该地保存着最完整的白垩纪末期恐龙化石）地区的暴龙、三角龙和它们的族群都经历了行星撞击。这个发现排除了流行一时的另一种假说：恐龙是逐渐消亡的。在这种假说中，科学家认为恐龙灭绝的原因可能是海平面和气温的长期波动改变了恐龙赖以生存的陆地面积，可以获得的食物变少。实际上，恐龙是在某个地质时期突然灭绝的，小行星撞击更像是合乎情理的最佳解释。

但正如我们在既往研究中的怀疑一样，小行星显然不是唯一的问题。虽然目前不知道具体的原因，但是大型植食性恐龙的确在白垩纪末期经历了少许衰退，这可能和海平面短期下降有关。然而这种变化会极大地改变恐龙在最后几百万年里赖以生活的陆地面积——至少北美经历了这种变化。作为种群最庞大的植食性恐龙，鸭嘴龙类和角龙类应该最先感受到栖息地范围和植物的改变。这些改变导致了一系列严重后果：生态系统因为食物链根基不稳而变得更容易崩溃，这也增加了仅因几个物种的灭绝就会在系统中引起连锁反应的可能性。

综上所述，行星撞击的时间对恐龙而言非常糟糕。如果发生时间提早几百万年，即大型植食性恐龙的多样性尚未下降的时期，健全的恐龙生态系统或许能比较从容地应对灾难。如果发生时间推迟到几百万年后，那么植食性恐龙的多样性或许已经恢复，就像它们在过去1.5亿年的演化史中无数次成功恢复一样。

不管这颗直径10千米的行星在什么时候从天而降都是一桩坏事，不过对6 600万年前的恐龙而言，当时的撞击可能恰好处在最糟糕的时机。只要降落时间在地质年表上稍微挪动一下，恐龙族群就可能一直延续到今天。

在恐龙最倒霉的时期，陨石无情地砸向了墨西哥的土地，大灭绝虽是悲剧，从另一个角度来看，却为新的动植物肃清了演化和占领地球的道路。恐龙的灭绝给哺乳动物带来了机会，这些已经在阴影里生活了近亿年的生物终于能够尽情演化。几乎在恐龙灭绝之后，哺乳动物就立即兴盛起来。它们演化出了巨大的体型、无数新行为和饮食习惯，而且扩散到了世界各地。这场繁荣最终带来了灵长类，也就是我们的祖先。然而，只要历史的连锁反应中缺失一个环节，人类就可能不会存在。

但恐龙灭绝还有更重要的意义。它不仅是在演化历史中出现的一个偶然，也不仅是让我们可以做出假设、分析可能性的遥远故事。简而言之，白垩纪末期的这次灭绝告诉我们，即使最强大的种族也可能骤然湮灭。恐龙统治地球1.5亿余年，而地球和宇宙瞬息之间的撞击就让末日降临。行星撞击之前的生物多样性下降让灭绝来得更加容易，甚至可能就是灭绝得以发生的原因。

现代人类已经存在了几十万年，我们对环境的改变带来了所谓的第六次灭绝，全球生物多样性正在飞速下降。谁知道这些行径已经使我们自己变得有多脆弱？