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远古热河:众多现生生物从这里走出

冯杰

2024年01月09日 02:17

张玉光
光明日报( 2023年11月09日 16版)

地球上第一朵花在哪里绽放?恐龙怎么演化成了鸟?1923年,地质学家在辽西凌源首次发现古生物化石并提出“热河系”概念;1962年,我国古生物学家顾知微将其命名为“热河生物群”。百年来,特别是近40多年,我国和世界古生物学家在这里取得了丰硕成果,许多现生生物的祖先类型在这里陆续被发现。11月2日,由国家自然博物馆等单位主办的“远古热河——中生代重要化石发现特展”展示了130多件来自这座独一无二的世界级化石宝库的“瑰宝”,为大家重现演化故事,更好展望未来。

世界级的古生物化石宝库,这里为何如此重要?

热河生物群素有“20世纪世界最重要的古生物发现之一”与“世界级的古生物化石宝库”等美誉。这一地区化石数量之多,种类之丰富,令世界古生物界赞叹。

这里发现了世界上最早的开花植物——辽宁古果和世界上最早的有胎盘哺乳动物——中华侏罗兽等化石。100年来,在这座世界级化石宝库发现了大量具有重要科研意义的化石物种,几乎囊括了中生代向新生代过渡的所有生物门类,为研究鸟类起源和飞行起源、真兽类起源、被子植物起源、地质变化与生物协同演化等重大地质古生物理论问题,提供了极为重要的化石佐证。

热河古生物化石分布于今天辽宁西部,河北北部和内蒙古东部部分地区。这里发育保存有世界上最为理想的中生代陆相地层,分布有中晚侏罗世燕辽生物群和早白垩世热河生物群两个重要生物群。化石保存精美,数量庞大,包含20多个生物门类。自20世纪80年代末起,古生物学者在这里有了数项突破性的古生物发现,包括早期鸟类、带羽毛恐龙、原始有胎盘哺乳类和早期被子植物等,皆为20世纪古生物学领域的重大科学发现。

燕辽生物群是生活在大约1.66~1.59亿年前中晚侏罗世的生物群,主要分布在中国北部、中亚、西亚等地区。燕辽生物群也是这里的代表性生物群之一,不仅与热河生物群产自不同的时代,代表性化石分子也有不同的组合面貌。

热河生物群是生活在大约1.35~1.20亿年前白垩世的一个古老生物群,主要分布在中国北部、蒙古、西伯利亚、朝鲜半岛、日本等东北亚地区。这里埋藏的热河生物群物种种类丰富,数量庞大,保存良好,是独一无二的世界级化石宝库。

世界上最早的开花植物、带羽毛的恐龙……化石“瑰宝”传递什么信息?

这次的“远古热河——中生代重要化石发现特展”首次集中展出大批来自热河中生代的珍稀化石,展示了远古时期热河生物类群的多样性和独特性。那么,有哪些令人瞩目的化石“瑰宝”呢?

中华侏罗兽——世界上最早的有胎盘哺乳动物。这些化石里,最引人注目的是来自侏罗纪晚期的中华侏罗兽,它是世界上最早的有胎盘哺乳动物。这个化石的发现改变了科学家对人类远古祖先的认识,把人类探索有胎盘类哺乳动物祖先的时间又提前了3500万年。它保存了长约2.2厘米的头骨和部分骨骼,包括完整的前肢和手部骨骼,还有残留的软体组织痕迹,如毛发等。通过研究化石,科学家们得以推测出中华侏罗兽的外貌和生活习性——它的大小和一只鼩鼱相似,是一种早期的胎生哺乳动物。

锦州龙——热河生物群发现的第一个大型恐龙化石。恐龙化石能够帮助科学家们重建古代生态系统和动植物的演化历史。而热河作为恐龙化石的重要发现地之一,一直备受关注。锦州龙体长7米,臀高2.8米,体重1~1.5吨,是一种体形中等的鸭嘴龙超科类恐龙。它是热河生物群发现的第一种大型恐龙,也是目前辽宁发现的最大的鸟脚类恐龙。

辽宁古果——世界上最古老的花。它们的生存年代为距今1.25亿年的早白垩世,比以往发现的被子植物早1500万年,被国际古生物学界认为是迄今最早的被子植物,就此为全世界的有花植物起源于辽宁西部提供了有力的证据。

原始中华龙鸟——首个被发现的带羽毛恐龙。这一化石发现于1996年,是辽宁热河生物群中发现的第一只带羽毛恐龙。成体全长约1米、体重约0.55公斤,与欧洲发现的美颌龙有亲缘关系,是体型最小的恐龙之一。中华龙鸟最重要的特征是全身覆盖的丝状构造。这些中空管状的丝应是皮肤衍生物,是原始的羽毛雏形。对这个化石的进一步研究证实丝羽中保存了黑素体,与现生鸟类的黑素体比较后,研究人员认为:中华龙鸟全身主要由红褐色丝羽覆盖,头、腹部白色,尾部有白色和褐色相间的条纹,脸部有褐色的眼罩状斑块。

鹦鹉嘴龙——东亚地区特有的鸟臀类恐龙。鹦鹉嘴龙是热河生物里最早被发现的恐龙类,它是角龙类早期的分支,生存于白垩纪早期的东亚地区,体长约2米,是两足行走的植食性恐龙。2008年,国家自然博物馆科研人员在辽西发现鹦鹉嘴龙的木乃伊化石,多处保留了清晰的皮肤印痕。2016年的研究更清楚地指出,鹦鹉嘴龙身上鳞片的形态和排列方式——它们背侧色深、腹面色浅,显示它们很可能生活于幽闭森林环境中。

赫氏近鸟龙——生存年代距今约1.6亿年。在赫氏近鸟龙被发现之前,古生物学家发现的所有带羽毛恐龙均来自白垩纪地层,而世界上最早的鸟类始祖鸟发现自德国的晚侏罗世地层,距今约1.5亿年。这使科学家们很疑惑,为什么作为恐龙后代的鸟类生存时间会比带羽毛恐龙还早?直到近鸟龙的发现,才解决了这个问题。近鸟龙四肢都覆盖着羽毛,所有的羽毛沿羽轴左右对称,不具备飞行所需空气动力学功能。这说明羽毛一开始演化出来,并不是用于飞行。国家自然博物馆的科研人员在近鸟龙的羽毛印痕中提取了黑素体,黑素体的形态和排列决定着现生鸟类羽毛颜色。通过与现生鸟类对比,科研人员发现近鸟龙身体的羽毛是黑白相间的,头顶羽毛为红色。

顾氏小盗龙——体型最小的恐龙之一。顾氏小盗龙体长约70~80厘米,体重估计1公斤左右,是体型最小的恐龙之一。它前后肢都有两侧不对称的飞羽组成的翅膀,因此有“四翼恐龙”的别称。除了滑翔,它们也有可能采取动力飞行,在树林间穿梭。通过研究羽毛化石中保存的黑素体颗粒,古生物学家认为顾氏小盗龙全身披覆着带有虹彩光泽的黑色羽毛。顾氏小盗龙标本是了解从不会飞的恐龙到飞行鸟类演化历程的重要材料。

甄氏甘肃鸟——热河生物群中最接近现生鸟的类型。甄氏甘肃鸟身长约30厘米,下颌末端有非常细小的牙齿。后肢长于前肢,趾骨非常长,与跗跖骨相近;胫跗骨长度是股骨长的1.8倍,推测为半水栖,类似于游禽类。甄氏甘肃鸟化石的腹部保留了大量胃石,其大小比其他热河生物群的古鸟都还要大,或能取食坚硬的种子或底沙里的无脊椎动物。这是热河生物群中最接近现生鸟的类型,为今鸟型类的栖位分化与多样性研究提供了重要材料。

气候温暖湿润,万物繁盛……远古生物圈究竟什么样?

热河为何如此特殊呢?那是因为,当时,这里发生了火山喷发。大量火山灰掩埋了自然界的生物,长期的地质作用又使它们以化石的形式被保存下来。

也因如此,这里发现的化石特别精致,甚至保存了动物的皮肤、鸟类的羽毛,以及一些其他生物组合。依据这些化石,我们现在可以推测出当时的地球环境以及动植物生存状况的原貌。

中生代早期,整个华北及部分东北地区为大的相对稳定的大陆块体,地质术语称为“古陆核”,即大陆地壳中长期不受造山运动影响,只受造陆运动发生过变形的相对稳定部分。晚中生代开始,华北古陆核构造演化发生了根本性变化:发生大规模岩浆活动、形成伸展盆地。频繁的岩浆活动造成的环境变化可导致地区性生态系统发生崩溃,使自然选择压力明显增大,从而加速生物演化进程。

众多独立小型盆地的形成则有利于新物种的产生和生物多样性的增加。研究显示,华北古陆核在晚中生代经历过两次大规模的裂谷盆地形成和大规模火山活动,分别与中晚侏罗世燕辽生物群和早白垩世热河生物群生存时间相吻合。

大规模火山喷发产生的火山灰,不仅为湖泊和森林生态系统提供了丰富的营养物质,而且突发的火山运动也是生物遗体得以完好保存的重要因素之一。大量沉积的火山灰隔绝了氧气和微生物,因此,大量生物遗体避免了腐烂分解的命运,有些软组织也得以保存,最终形成了热河化石宝库。火山灰中的锆石矿物更是精准测定和确定地层年代的重要材料。

大约1.25亿年前的白垩纪早期,气候温暖,活跃的地质作用产生大量温室气体,海洋温度比现在大约高15℃~20℃,世界许多地区被海水淹没。

热河当时密布淡水湖泊,气候温暖湿润,附近火山喷发频繁。这里有多样的生态环境,多种动植物在此繁衍生息。湖泊中鲟和狼鳍鱼优哉游哉。沼泽里蟾蜍、蝾螈、龟鳖类和离龙等四处游走。陆地上苏铁、银杏和松柏等裸子植物生长茂盛,被子植物也在水边生长。翼龙与原始鸟类在天空中、树林间滑翔或飞行,成百上千种动植物,占据着了天空、陆地和湖泊,万物繁盛。

对热河生物群的研究,为撰写地球的生命史书提供了实证,这不仅有助于探究人类从哪里来,重现数十亿年来地球生物演化的故事,更重要的是,对于人类今后往哪里去,也能有所启发——古生物学研究有助于重建古代地球的环境和气候,通过研究远古生物的化石记录和地层特征,可以了解到不同时期地球的气候变化、地质事件发生和生态系统的演化,为理解地球环境变化和生态系统的形成提供重要线索,从而可以更好地预测未来地球的气候和环境发展变化趋势。

(作者系国家自然博物馆副馆长)


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2024年01月09日 10:18
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