在小行星撞击地球前，恐龙或已陷入衰退

小行星撞击地球（图片来源：Pixabay）

大约6600万年前，在墨西哥的尤卡坦半岛，一颗12公里宽的小行星撞击了地球。这一撞击导致的爆炸规模在如今是难以想象的，其威力比投在广岛的原子弹的威力还要大几十亿倍。

美洲大陆上的大多数动物都迅速死亡。这次撞击还引发了全球海啸。成吨的尘土进入大气层，使地球陷入了黑暗。这个"核冬天"导致了许多植物和动物的灭绝。

在这些灭绝的动物中，最具代表性的就是恐龙。不过，恐龙在这场大灾难发生之前的情况如何？这是我们在新的研究中试图回答的问题，这项研究的结果刚刚发表在科学杂志《自然·通讯》（Nature Communications）上。

我们关注的六个恐龙家族是在小行星撞击之前的4000万年中最具代表性，也是最多样化的恐龙家族。

其中三个家族是肉食性的：暴龙科、驰龙科（包括因电影《侏罗纪公园》而闻名的迅猛龙）和伤齿龙科（类似鸟类的小型恐龙）。

另外三个家族是草食性的：角龙科（尤其以三角龙为代表）、鸭嘴龙科（在所有恐龙家族中最具多样性）和甲龙科（尤其以披着骨甲、有着棒状尾巴的甲龙为代表）。

我们知道，所有这些家族都存活到了以小行星坠落为标志的白垩纪末期。我们的目标是确定这些家族以怎样的速度进行多样性演化，是产生新物种还是濒临灭绝。

基于骨骼重建和化石照片（Carpenter ，2004）的甲龙复原图。图片来源： Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats/Wikimedia

五年来，我们收集了关于这些恐龙家族的所有已知信息，试图计算出处在特定时间的地球上有多少个恐龙家族，以及每个恐龙家族中有哪些物种。在古生物学中，为了便于追溯，每个化石都有唯一的编号，这使我们能够通过科学文献来长期追踪它。

这项工作很乏味，我们为这六个家族清点了大部分已知的化石，它们代表了来自大约 250 个物种的 1,600 多个恐龙个体。要正确分类每个物种并确定它们的年代并不容易：可能一位研究人员已经给出了包含一个特定日期和物种的报告，而另一位研究人员可能会重新检查它并做出不同的分析。在这种情况下，我们不得不自己决定，如果有太多的不确定，我们就会将这个化石从研究中排除。

每个化石都正确归类后，我们就会使用统计模型来估计每个家族随时间进化的物种数量。我们因此能够追踪1.6亿年前至6600万年前消失的物种，并再次估计每个恐龙家族的物种形成率，也就是新物种的进化率以及随时间的灭绝率。

要估计这些比率，我们必须考虑几个混杂因素。化石记录具有偏向性：它在时间和空间上是不均匀的，并且某些类型的恐龙根本没有像其他类型的恐龙那样形成化石。这是古生物学中估计过去多样性的动态时一个众所周知的问题。

复杂的模型可以解释在时间和物种之中保存不均匀的化石。这使得化石记录在估计任何时刻的物种数量方面变得更加可靠。但仍需谨慎，因为我们谈论的是估计，如果我们发现了更多的化石或者新的分析模型，这些估计可能会发生变化。

急剧下降

我们的研究结果表明，从小行星撞击前的 1000 万年开始，直到恐龙灭绝，物种数量一直在急剧下降。这个下降格外令人关注，因为它是全球性的，并且影响了霸王龙等食肉动物和三角龙等食草动物。

有些物种急剧减少，比如甲龙和角龙，而在上述六个恐龙家族中，只有一个家族的数量在恐龙存在的最后500万年中出现了非常小的下降，那就是伤齿龙科。

（a)六个恐龙家族物种形成率（蓝色）和物种灭绝率（红色）随时间的动态变化。(b)分化速率随时间的变化。（图片来源：Fabien Condamine）

是什么导致了这种剧烈的下降？有一种解释是气候变化：当时，地球经历了7至8 C的全球降温期。

我们知道，恐龙的新陈代谢在温暖的气候条件下才能正常运转。正如我们经常听到的，它们不是像鳄鱼或蜥蜴这样的变温动物（俗称冷血动物），也不是像哺乳动物或鸟类那样的恒温动物（俗称温血动物）。它们是中温动物，具有介于爬行动物和哺乳动物之间的代谢系统，需要温暖的气候来维持它们的温度，从而发挥基本的生物功能。当时的温度下降一定对它们产生了非常剧烈的影响。

值得注意的是，我们发现食草动物和食肉动物的数量出现了交错下降，前者在后者减少之前就略有下降。很可能是食草动物的减少导致了食肉动物的减少。也就是我们所说的级联灭绝。

致命一击

还有一个大问题：如果小行星没有撞击地球，会发生什么？恐龙会因为已经开始的衰退而灭绝，还是会反弹呢？

这很难说。许多古生物学家认为，如果恐龙幸存下来，那么灵长类动物以及人类就永远不会出现在地球上。

一个重要的事实是，多样性的反弹可能具有很高的异质性和群体依赖性，因此一些群体会幸存下来，而另一些则不会。以鸭嘴龙为例，它们对这种衰退就表现出某种形式的复原力，因此在衰退后可能会反弹。

我们只能说，由于气候恶化和植被的重大变化，白垩纪末期的生态系统受到了巨大的压力，小行星进行了最后的致命一击。

物种消失的情况往往如此：首先它们处于衰退和压力之下，然后另一个事件介入并终结了这个可能已经濒临灭绝的群体。

撰文：Fabien Condamine

翻译：谭婕

审校：张乃欣

引进来源：theconversation

本文来自：中国数字科技馆