探索恐龍滅絕之謎

它們轟轟烈烈登上地球舞臺，它們成為地球霸主長達(dá)約1. 6億年，最后它們悲劇性地從地球表面全體消失——恐龍化石的發(fā)現(xiàn)為我們揭示了一個爬行動物不可一世的時代，但同時也留下了一個難解之謎：一度統(tǒng)治地球的龐大恐龍族群是如何滅絕的？為了尋找這段撲朔迷離歷史的真相，古生物學(xué)家進(jìn)行了長達(dá)兩個世紀(jì)的研究和探索。

那么，他們找到最終答案了嗎？——他們給出了N多個假說（僅公開發(fā)表的就有100多個），其中不乏稀奇古怪之說。比較近期的一個假說是：在侏羅紀(jì)末期，隨著冰川時代的來臨，全球氣溫驟降，恐龍產(chǎn)的蛋要么是死蛋，要么孵出大量雌性。慢慢的，恐龍世界的雌雄比例嚴(yán)重失調(diào)，恐龍最終走向滅絕。這個假說被叫做“男女比例失調(diào)論”。

美國古生物學(xué)家喬治·波爾納在他于2008年出版的著作《誰在咬恐龍？昆蟲病菌和白堊紀(jì)之死》中提出一種理論：恐龍是被帶有病菌的吸血昆蟲給滅絕的。他說：“我們并不是說傳染病菌的吸血昆蟲是造成恐龍滅絕的唯一原因，其他地質(zhì)和氣候災(zāi)難也可能扮演了一個角色。然而，它們都無法解釋這樣一個事實，那就是恐龍是在很長很長時間、甚至數(shù)百萬年時間中逐漸滅絕的。只有昆蟲和疾病才能給出合理的解釋?！边@個假說被叫做“蚊子絕殺恐龍論”。

此外，還有“中毒論”（從白堊紀(jì)開始，地球上的被子植物開始快速發(fā)展，其中不少植物含有毒素，恐龍因為吃錯食物，體內(nèi)的植物毒素積累過多，最后滅絕），“哺乳動物競爭論”（就像現(xiàn)代的貓鼬會破壞鳥類和爬行動物的蛋一樣，一些早期的小型哺乳動物進(jìn)化出了吃恐龍蛋的能力，整整一代恐龍在離開巢穴前死亡），“臭氧層破壞論”（大氣臭氧層被食草類恐龍放的屁里的甲烷破壞，恐龍被直接暴露在紫外線下，最終滅絕）。凡此種種，不一而足。

撇開這些稀奇古怪之說，下面本文作者將“正經(jīng)八百”地介紹由古生物學(xué)家講述的地球生命發(fā)展史上的那個最迷人的故事——恐龍時代的終結(jié)，以及他們提出的一些重要的恐龍滅絕假說。

①居維葉推測地球上曾經(jīng)有過一個“爬行動物時代”

人類研究化石的歷史已經(jīng)有多個世紀(jì)，但直到18世紀(jì)，法國自然科學(xué)家居維葉開始對化石研究感興趣，化石對于地球歷史研究的意義才充分為人們所理解。

1796年，居維葉對猛犸象和美洲乳齒象的化石遺骸進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并在與仍然生活在地球上的大象的骨骼和牙齒進(jìn)行比較之后，發(fā)現(xiàn)了一些屬于不再存在于這個世界上的生物的化石——一些已滅絕動物的化石。他指出，這些化石證據(jù)表明，在我們?nèi)祟惓霈F(xiàn)之前，存在著另一種占領(lǐng)整個地球的生物，但后來發(fā)生了某種巨大的災(zāi)難，導(dǎo)致了這種生物的徹底毀滅。

在接下來的幾年里，居維葉形成了他的“災(zāi)變說”理論，用以解釋地球上的這段歷史。他對巴黎盆地的地質(zhì)地貌進(jìn)行研究后指出，它是由一層層的沉積層構(gòu)成的，每一地質(zhì)層里都包含有各個不同地質(zhì)時期形成的動植物化石。他還注意到，在每一次災(zāi)難性事件（例如洪水災(zāi)難等）之后，原來的動植物群都會突然被另外的動植物群所取代。

居維葉對他新發(fā)現(xiàn)的各種奇怪爬行動物的化石（包括翼龍和滄龍等）進(jìn)行了詳細(xì)的描述。這讓他產(chǎn)生了一個大膽的推測：地球上曾存在著一個“爬行動物時代”，那時統(tǒng)治地球的是爬行動物，而不是如今的哺乳動物。

居維葉提出的這一見解開創(chuàng)了化石勘探的新時代。在19世紀(jì)的前30年里，英國的一些收藏家和地質(zhì)學(xué)家有了更多令人驚訝的新發(fā)現(xiàn)。英國多塞特郡萊姆里杰斯的瑪麗·安寧先后發(fā)現(xiàn)了魚龍、蛇頸龍和翼龍的化石。魚龍是一種體形與海豚相像的巨大海洋爬行動物，蛇頸龍長有與海龜相像的鰭狀肢和長長的脖子，它們都是當(dāng)時生活在海洋里的爬行動物。

英國地質(zhì)學(xué)家巴克蘭對當(dāng)時生活在陸地上的巨無霸食肉類恐龍斑龍的牙齒和骨骼進(jìn)行了描述，這些化石是從牛津郡斯通斯菲爾德的采石場中發(fā)掘出來的。吉迪恩·曼特爾是英國蘇塞克斯郡的一位全科醫(yī)師，也是一位業(yè)余地質(zhì)學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了一種巨大食草恐龍化石的牙齒，并在與居維葉商討之后將這種恐龍命名為禽龍。

這些新發(fā)現(xiàn)的化石證據(jù)證明了居維葉的推測。在地球歷史上曾經(jīng)有一個被稱為“中生代”的時期，這一時期的地球生物主要是生活在陸地上和海洋里的巨大爬行動物。

②理查德·歐文杜撰“恐龍”一詞

這些令人驚訝的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界和普通人的極大興趣。新發(fā)現(xiàn)的恐龍化石或被收藏家視若珍寶爭相收集，或被捐贈給博物館。

當(dāng)時英國有一位名叫理查德·歐文的年輕醫(yī)學(xué)家，他對居維葉的研究產(chǎn)生了很大的興趣。19世紀(jì)30年代中期，歐文來到法國，對許多恐龍化石進(jìn)行研究并提出了自己的觀點。從1840年至1842年，歐文通過新成立的英國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會發(fā)表了他的詳細(xì)的研究報告。

歐文的研究報告之所以出名，原因之一是他在報告中首次杜撰了“恐龍”這一術(shù)語（意為“可怕的蜥蜴”）。憑借著他條理明晰的論據(jù)，以及在解剖學(xué)上的不凡見解，歐文對居維葉的直覺推測大為認(rèn)同。他認(rèn)為，在地球歷史上的中生代時期，地球上生活著大量如今已經(jīng)滅絕的龐然大物——恐龍，那是一個爬行動物走向巔峰的輝煌時代，地球的海陸空都被大量巨大的爬行動物所占領(lǐng)：如今由巨鯨和海豚占領(lǐng)的海洋生態(tài)圈，那時是龐大海洋爬行動物的天下；翼龍占據(jù)了天空；各種食草和食肉恐龍則是陸地上的霸主。

巨大的恐龍是如何滅絕的？19世紀(jì)上半葉居維葉和他的“災(zāi)變論”占據(jù)了主導(dǎo)地位，到19世紀(jì)下半葉，地質(zhì)學(xué)家查爾斯·萊伊爾提出的“地質(zhì)均變說”和達(dá)爾文提出的“自然選擇”理論成為當(dāng)時的流行理論。

③古生物學(xué)家提出恐龍滅絕之謎的多種理論

到20世紀(jì)，隨著大量化石的發(fā)現(xiàn)，以及利用巖石樣本檢測年代方法的改進(jìn)，人們的眼界更為寬廣。更多的數(shù)據(jù)證明，居維葉的“災(zāi)變說”所推測的景象是歷史上真實發(fā)生過的。對令地球生命突然中斷的物種大滅絕事件，人們作出了各種各樣的解釋，包括《圣經(jīng)》上的滅絕事件是天命注定的觀點。

在當(dāng)時人們對達(dá)爾文理論存有爭議的氛圍下，古生物學(xué)家更為公開地對大規(guī)模滅絕事件的原因進(jìn)行推測，一些人以非達(dá)爾文主義的模式來解釋滅絕事件。

物種老化是其中之一。該理論認(rèn)為，生命發(fā)展是以階梯式持續(xù)上升的，新出現(xiàn)的物種總是優(yōu)于之前的物種。例如，恐龍代表了中生代的爬行動物生命形式，而更年輕的巖石證據(jù)顯示，它們被代表更“高級”的生命形式——哺乳動物所代替。對恐龍骨骼結(jié)構(gòu)越來越“奇異”的解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)，例如晚期恐龍?zhí)鼗募构呛徒?，以及牙齒消失等，也支持了這一觀點。這些都表明恐龍作為一種物種日益老化，或者說日益“衰老”（過分特化也被認(rèn)為是日趨滅絕的證明）。

20世紀(jì)20年代，美國研究脊椎動物的古生物學(xué)家威廉·狄勒·馬修將恐龍滅絕歸咎于環(huán)境變化。他提出，在白堊紀(jì)與第三紀(jì)之交（即K-T界線）這一時期，地球從有利于恐龍生存的多沼澤的濕潤環(huán)境漸漸演變?yōu)橛欣诓溉閯游锷娴娜遮吀稍锏沫h(huán)境。這條邊界線標(biāo)志著大約6500萬年前，白堊紀(jì)時代的結(jié)束，新生代的開始。馬修將這一變化與拉拉米造山運動聯(lián)系在一起，跨越K-T界線的整個地質(zhì)時期經(jīng)歷了劇烈的地質(zhì)活動，山峰疊起，大陸抬升。

還有一些人追隨馬修的思路，將哺乳動物崛起、恐龍滅絕歸咎于氣候變化。這些理論認(rèn)為，環(huán)境變化導(dǎo)致恐龍后代繁殖比例失調(diào)，恐龍最終走向滅絕。實際上，如今也有一些卵生爬行動物（如鱷魚）后代孵化的性別會受到氣候變化的影響。氣候變化影響果真如此大的話，當(dāng)時劇烈的氣候變化很可能導(dǎo)致所有孵化出來的恐龍都為同一性別，滅絕的命運也就無可避免了。

從20世紀(jì)60年代開始，美國生物學(xué)家凡瓦倫等建立的氣候變化導(dǎo)致恐龍滅絕的科學(xué)模型引起了人們的極大關(guān)注。該模型顯示，K-T時期，哺乳動物漸漸取代了恐龍，其間歷時約700萬年，這一變化是由世界范圍內(nèi)海平面下降引起氣候惡化而導(dǎo)致的。

④阿爾瓦雷茨父子提出小行星撞擊理論

1977年，新的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致恐龍滅絕原因之爭又有了一種新的理論。沃爾特·阿爾瓦雷茨和路易斯·阿爾瓦雷茨父子在意大利古比奧附近發(fā)現(xiàn)了一些巖石樣本，他們在標(biāo)志了K-T界線的黏土中發(fā)現(xiàn)了高含量的銥。由于隕石中的銥含量遠(yuǎn)高于地球地殼巖石中的銥含量，他們認(rèn)為這些銥一定來自于天外隕石（詳見相關(guān)鏈接《父子團(tuán)隊探索恐龍滅絕之謎》）。

之前的一些研究曾提出，當(dāng)時在我們太陽系附近曾發(fā)生過超新星爆發(fā)事件，但化石樣本中缺乏這類事件的化學(xué)線索。最終阿爾瓦雷茨父子得出他們的結(jié)論，認(rèn)為一顆體積很大的小行星撞擊了地球，含有大量銥元素的隕石物質(zhì)汽化蒸發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)K-T界線的黏土層中銥元素含量大大超過常規(guī)的現(xiàn)象。

到20世紀(jì)80年代，阿爾瓦雷茨父子和他們的同事提出了成熟的小行星撞擊理論：當(dāng)時，一顆直徑約為10千米的小行星穿過地球大氣層，撞擊在地球地面上，釋放出相當(dāng)于數(shù)億噸TNT當(dāng)量的能量，小行星汽化蒸發(fā)時噴射出的大量物質(zhì)形成遮天蔽地的塵云，導(dǎo)致產(chǎn)生了K-T物種大滅絕事件，地球上所有的恐龍在這次事件中死亡。但這一全新的假設(shè)遭到了來自古生物界的質(zhì)疑。

但是，隨著時間的推移，世界各地發(fā)現(xiàn)了越來越多銥含量異常的地點，這一事實支持了阿爾瓦雷茨父子的理論。此外，小行星撞擊造成的其他一些事實也支持了這一理論，例如由太空物質(zhì)碎片形成的厚厚的巖床，撞擊點遺留下來的玻璃狀硅微粒和石英微粒等，都是曾經(jīng)發(fā)生過的高能量撞擊事件留下的痕跡。更具有說服力的是，將那些隕星噴射物質(zhì)厚度和密度相對都高于其他地方的多處地點，以及最終落在中美洲的隕星撞擊點連接起來，正好形成小行星進(jìn)入地球的軌跡線。

1991年，墨西哥尤卡坦半島發(fā)現(xiàn)的直徑為180～200千米的?？颂K魯伯環(huán)形隕石坑，令阿爾瓦雷茨父子的小行星撞擊理論的聲望達(dá)到了巔峰。小行星撞擊在大陸架上，累積于大陸架沉積層富含碳酸鹽和硫酸鹽的巖石層中的大量氣候敏感氣體被釋放出來，產(chǎn)生了種種災(zāi)難性后果：陽光被遮蔽，氣候變冷，酸雨頻降，等等。

雖然小行星撞擊理論得到了越來越多的支持，但另一個恐龍滅絕理論也引起了人們的關(guān)注。這一理論的主要依據(jù)是導(dǎo)致形成印度德干地盾的三次超級火山大爆發(fā)。德干地盾由多層凝固的玄武巖熔巖構(gòu)成，在K-T界線一段較短的時期內(nèi)，印度超級火山的多次爆發(fā)噴射出了大量火山物質(zhì)。

父子團(tuán)隊探索恐龍滅絕之謎

1977年，沃爾特·阿爾瓦雷茨在意大利古比奧附近進(jìn)行地質(zhì)樣本的收集工作。收集到的樣本令他大感興趣，因為它們形成于6500萬年前，是跨越了白堊紀(jì)（K）和第三紀(jì)（T）這兩個地質(zhì)年代的化石樣本。他在一層白色石灰石和一層微紅色砂巖的中間發(fā)現(xiàn)了一層2厘米厚的灰白色黏土，他還在白色石灰石中發(fā)現(xiàn)了白堊紀(jì)的浮游生物化石，在微紅色砂巖中發(fā)現(xiàn)了第三紀(jì)的浮游生物化石。沃爾特想知道：中間的黏土層是經(jīng)歷了多長時間形成的？他的父親路易斯·阿爾瓦雷茨是一位曾獲得過諾貝爾獎的天體物理學(xué)家。他建議：或許可以通過測量黏土層中所含的隕石微塵的數(shù)量來測量時間。隕石微塵以持續(xù)并可預(yù)測的速率降落地球，測量黏土中的銥含量是當(dāng)時采用的方法之一，因為銥來源于隕石碎片。

阿爾瓦雷茨父子在黏土中發(fā)現(xiàn)了大量的銥，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過需要數(shù)百萬年才能積累起來的數(shù)量。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致阿爾瓦雷茨父子提出了一顆巨大小行星撞擊地球的理論。該理論認(rèn)為，含有豐富銥的小行星在撞擊地球時汽化蒸發(fā)，產(chǎn)生大量塵云，最終沉降地面，在具有特別意義的黏土層中留下了它們的痕跡。

圖為沃爾特（右）與他的父親路易斯在意大利古比奧的一處巖石層前，他們在這些巖石里尋找恐龍滅絕之謎的線索。

⑤萬森·庫爾提歐等人提出超級火山爆發(fā)理論

對于印度德干地盾火山爆發(fā)與恐龍滅絕之間關(guān)系的推測是在20世紀(jì)70年代初期提出來的。1981年，萬森·庫爾提歐和格爾塔·凱勒等人建立了火山與恐龍滅絕的研究模型，并開始搜集相關(guān)數(shù)據(jù)。早期建立的模型主要被用于研究超級火山爆發(fā)時產(chǎn)生的各種氣體導(dǎo)致地球突然變冷與大規(guī)模物種滅絕之間的關(guān)系。

火山爆發(fā)理論與小行星撞擊理論之間的主要爭議在于：銥含量異常、微球粒結(jié)構(gòu)的形成等究竟是地外小行星撞擊造成的結(jié)果，還是地球火山爆發(fā)造成的結(jié)果？

根據(jù)獲得的各種數(shù)據(jù)資料，小行星撞擊理論似乎更為成熟一些，而火山爆發(fā)理論對于撞擊形成的一些地貌特征似乎未能給出合理的解釋。庫爾提歐和凱勒目前似乎也接受了小行星撞擊理論，但他們同時提出，火山爆發(fā)也是大規(guī)模滅絕事件的觸發(fā)因素之一。

我們知道，K-T物種大滅絕事件導(dǎo)致地球生命的75%死亡，包括陸地上非飛行類的所有恐龍，包括魚龍、蛇頸龍和滄龍在內(nèi)的海洋中的許多爬行動物，以及會飛的爬行動物翼龍等。但同樣有意思的是，另一些物種卻幸存了下來，如會飛的恐龍（演變?yōu)槿缃竦镍B類）、哺乳動物、蜥蜴、蛇類、龜類、鱷魚，以及多種多樣的魚類等。

小行星撞擊理論和火山爆發(fā)理論都描述了迅速變化的環(huán)境對地球的全球性影響。無論出現(xiàn)哪一種情景，都有可能導(dǎo)致大量動植物滅絕。但是，根據(jù)現(xiàn)有的證據(jù)，小行星撞擊導(dǎo)致恐龍滅絕的可能性更大一些。

探索恐龍滅絕理論的科學(xué)家

理查德·歐文

被稱為“英國的居維葉”的理查德·歐文曾是一位解剖學(xué)家，他杜撰了英文“恐龍”一詞，意思是“可怕的蜥蜴”。歐文促成建立了英國倫敦的自然歷史博物館，該博物館于1881年正式對外開放。

喬治·居維葉

居維葉是法國自然科學(xué)家，是比較解剖學(xué)和古生物學(xué)的開拓者。通過將如今生存在世界上的動物與動物化石進(jìn)行比較，以確立滅絕動物曾經(jīng)存在的事實——這是“災(zāi)變說”最具影響力的組成部分。根據(jù)居維葉的災(zāi)變理論，地球過去曾受到短暫、突然而且相當(dāng)劇烈事件的影響。

瑪麗·安寧

英國多塞特郡萊姆里杰斯的瑪麗·安寧是一位自學(xué)化石知識的化石收集者和化石交易者，她先后發(fā)現(xiàn)了多種恐龍化石。她早在12歲時就發(fā)現(xiàn)了魚龍化石和蛇頸龍化石。她是英國古生物學(xué)早期歷史中的重要人物之一。

沃爾特·阿爾瓦雷茨

美國古生物學(xué)家沃爾特·阿爾瓦雷茨和他的父親路易斯·阿爾瓦雷茨共同提出了小行星撞擊造成恐龍滅絕的理論。他們在白堊紀(jì)-第三紀(jì)（K-T界線）的黏土層中發(fā)現(xiàn)了含有通常在隕石中大量存在的銥元素，從而提出了小行星撞擊事件造成恐龍滅絕的理論。

萬森·庫爾提歐

萬森·庫爾提歐是一位法國地球物理學(xué)家，他反對小行星撞擊造成大規(guī)模物種滅絕的理論，贊同洪水-火災(zāi)造成物種滅絕的災(zāi)變論。他認(rèn)為，發(fā)生于6500萬年前的K-T物種大滅絕事件是由印度德干地盾超級火山大爆發(fā)造成的。

恐龍滅絕理論發(fā)展簡史

科學(xué)家花了200多年時間研究地球地質(zhì)變化和恐龍化石，目的是想要搞清楚：到底是什么殺死了曾經(jīng)稱霸地球的恐龍一族？

1750年

意大利地質(zhì)學(xué)家阿爾杜伊諾被譽為“地質(zhì)學(xué)之父”，他把地球地殼分為原始紀(jì)、第二紀(jì)和第三紀(jì)。隔開不同類型的地層之間的地質(zhì)時期為大規(guī)模物種滅絕事件發(fā)生的時間。

1796年

法國自然科學(xué)家居維葉將大象的化石遺骸與目前存活在地球上的大象的骨骼和牙齒進(jìn)行比較，首次證明一些化石屬于某種已經(jīng)在地球上滅絕了的生物。

1842年

理查德·歐文杜撰了“恐龍”（意為“可怕的蜥蜴”）一詞，并證明了曾經(jīng)代表爬行動物巔峰時代的恐龍在中生代大規(guī)模滅絕。

1980年

阿爾瓦雷茨父子在發(fā)現(xiàn)6500萬年前的黏土層中含有大量銥元素之后，提出了小行星撞擊理論。該理論認(rèn)為，一顆小行星撞擊地球，導(dǎo)致產(chǎn)生K-T物種大滅絕事件。

1981年

萬森·庫爾提歐和格爾塔·凱勒等人提出了德干地盾火山爆發(fā)，地球表面產(chǎn)生大量溫室氣體，導(dǎo)致恐龍滅絕的理論。

1991年

墨西哥尤卡坦半島發(fā)現(xiàn)的形成于K-T界線的希克蘇魯伯環(huán)形隕石坑，為阿爾瓦雷茨父子的小行星撞擊理論提供了證據(jù)。

與恐龍滅絕相關(guān)的名詞解釋

小行星

繞太陽軌道運行的小巖石塊或金屬體，大多數(shù)在火星和木星軌道間的小行星帶中。此外，太空中還有一些存在與地球碰撞風(fēng)險的近地小行星。

銥元素

銥元素來源于以持續(xù)并可預(yù)測的速率降落地球的隕石微塵。小行星中銥元素的含量遠(yuǎn)高于地球表面。

K-T物種大滅絕事件

白堊紀(jì)-第三紀(jì)（K-T）物種大滅絕事件，發(fā)生在大約6500萬年前。物種大滅絕事件是指大量動植物物種在一個相對較短的地質(zhì)時期內(nèi)消失。

德干地盾

德干地盾位于印度中西部地區(qū)，是于距今6000萬～6800萬年前形成的地球上最大的火山地貌之一，由多層超過2千米厚的凝固的玄武巖熔巖構(gòu)成，覆蓋面積達(dá)50萬平方千米。

古生物學(xué)

通過化石研究史前生命的學(xué)科被稱為古生物學(xué)。古生物學(xué)觀察研究的歷史可追溯到公元5世紀(jì)。但直到18世紀(jì)，因喬治·居維葉在比較解剖學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)，古生物學(xué)才真正得以確立成為一門科學(xué)，并在19世紀(jì)得到迅速發(fā)展。