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地球与生命(三)

《科学世界》  发表于 2018年05月07日

1.5亿年前

气候:温暖,海平面比现在高130米左右,氧气含量为12%(不到现在的60%)

人类的祖先:形似老鼠的小型动物(哺乳类)

大陆:分裂为北部的劳亚大陆与南部的冈瓦纳大陆

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巨大的恐龙在温暖的气候中繁衍生息

一群大型恐龙正在大摇大摆地寻找食物,它们拥有长长的颈部和尾巴,以植物为食,属于蜥脚类恐龙。

蜥脚类恐龙是陆地上曾出现过的最大的动物,主要生活在侏罗纪(约2亿~1.5亿年前),种类非常多,有些种类全长可达2030米,可谓超级巨无霸。即使在恐龙中,蜥脚类恐龙也称得上是“鹤立鸡群”了。

恐龙最为鼎盛的年代(约2亿~1亿年前)也称为“恐龙时代”。当时的气候比较温暖,海平面上升,把大部分地球浸没在了水中。同时,浅海恣肆,能从海岸向内一直延续数百公里。此外,南北极冰雪消融,甚至连深海的水温也高达1520℃。

在如此得天独厚的环境中,恐龙变得越来越大,成为陆地上的统治者。异特龙是肉食恐龙,是最具代表性的兽脚类恐龙之一,体长最大可达10米以上。剑龙类及鸟脚类恐龙是植食恐龙,也是肉食恐龙的猎物,有些种类体长也可达10米以上。与此同时,最终进化为人类的哺乳动物及其近亲则体型小巧,形似现在的老鼠和松鼠,过着昼伏夜出的生活。

 

2.1亿年前

气候:干燥

人类的祖先:形似老鼠的小型动物(哺乳类)

大陆:盘古超大陆开始分裂

 

恐龙具有更高的呼吸效能

腔骨龙是已知最早的恐龙之一,生活在恐龙时代的前夜,是一种小型的肉食性恐龙,动作非常敏捷,通常捕食小型动物。

在恐龙统治地球的时代,大气中的氧气含量只有12%15%,处于贫氧时期。这相当于现今地球上海拔4000米高处的氧气量(氧气分压),接近于人类能够定居高度的极限。对当时的生物来说,氧气匮乏的地球是一个恶劣的生存环境。不过,与两栖动物和哺乳动物相比,恐龙更好地适应了缺氧的环境,并迅速繁盛,成为地球的统治者。这是为什么呢?

 

恐龙拥有独特的呼吸系统?

研究认为,腔骨龙等兽脚类恐龙以及梁龙等蜥脚类恐龙都具有带有气囊的呼吸系统,可以向肺中持续补充新鲜的空气,并利用多个血管多次吸收氧气,因而具有更高效的呼吸功能。

现代鸟类继承了这种呼吸系统,因为它们是由小型兽脚类恐龙进化而来的。一些鸟类能够飞越海拔8000多米的山峰,也得益于拥有气囊这一秘密武器。哺乳类动物是通过上下移动胸腹间的膈来改变肺部体积,从而进行呼吸的。不过,在缺氧状态下,利用气囊进行呼吸的效果更好。

此外,研究认为,兽脚类恐龙与蜥脚类恐龙的颈部等骨骼中有空腔,气囊能够伸入骨骼内部,这种结构也能够减轻骨骼的重量。这或许与恐龙变得越来越大,并称霸地球长达1亿年之久有着密切的关系。

恐龙的行动姿势也非常独特。两栖类动物的四肢往躯干两侧延展,移动时要扭动身体,妨碍肺部收缩,因此它们无法在移动时呼吸。恐龙的四肢则直立于躯干之下,在快速运动时,对呼吸器官的影响较小。总之,恐龙具有在各个方面都很卓越的呼吸系统。

 

2.52亿年前

气候:寒冷

人类的祖先:形似蜥蜴,有别于爬行类

大陆:盘古超大陆正在形成

 

绝大部分物种灭绝了!地球史上最大的生物灭绝事件

虽说是白天,可是天空却漆黑一片。陆地上到处都是枯死的树木,海底遍布生物的尸骸。突然,远处传来震耳欲聋的轰鸣声,火山猛烈喷发,炽热的岩浆喷涌而出,大量的火山灰被喷洒到几十公里的高空,久久不能消散。大规模的火山喷发频繁发生,浓浓的灰尘遮天蔽日,笼罩着整个天空,地球进入了漆黑的永夜。 

 

造成生物大灭绝的原因是什么?

在约2.52亿年前,地球遭遇了有史以来最大规模的生物灭绝,超过90%的物种都消失了。

关于造成这次物种大灭绝的原因,长期以来都是一个争论的热点,有各种各样的猜测,例如有毒气体、陨石撞击等。由于当时的地层几乎都因构造运动而扭曲破坏了,不复当年沉积的初貌,因此,大部分的灭绝机制研究也只能停留在猜测阶段。

不过,科学家也弄清楚了一些事情。那时,所有的大陆都连在一起,构成了一个超级大陆——盘古超大陆,并发生了大规模的火山喷发。西伯利亚广阔的溢流玄武岩就是当时火山喷发的遗迹。如今,西伯利亚玄武岩的分布面积约200万平方公里,比新疆的面积都要大些。

日本东京大学的磯﨑行雄教授认为,大规模的火山活动是生物大灭绝的原因。形成溢流玄武岩的火山喷发有一个很大的特征,即持续溢出大量低黏度的熔浆。由于最初的猛烈喷发将大量火山灰喷洒到高空中,导致阳光不能穿透,无法照射到地球,因此,植物无法进行光合作用,地球也不断变冷。科学家通过测定在当时地层中的碳同位素比值,了解到植物通过光合作用生成的有机物大幅度减少了。

幸运的是,一些生物幸运地躲过了这场灾难,并填补了因物种大灭绝而出现的空白生态位。最后,恐龙在弱肉强食的残酷竞争中取得压倒性胜利,统治了整个地球。从某种意义上来说,地球史上最严重的生物大灭绝也是地球生态系统的重新整合,为新物种称霸地球创造了机会。


(本文发表于《科学世界》2015年第10期)



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