中生代的生物演化与灭绝事件:塑造现代世界的关键时期

中生代的生物演化与灭绝事件:塑造现代世界的关键时期

我们都知道恐龙已经灭绝,并且对造成这一现象的原因也有一些了解。但关于恐龙灭绝的具体历史时期却鲜为人知。恐龙的灭绝是一次单一的灭绝事件,还是由一系列灾难性变化造成的?究竟哪些动物受到了影响?本文将聚焦于中生代时期地球上的生物,探讨发生在该时期的灭绝事件,以及这些事件如何最终塑造了我们今天所居住的世界。

中生代与地质年代尺度

地球已经存在了大约45亿年,为了便于科学家们研究和交流漫长的地质历史,他们创建了地质年代尺度,以便描述和交流漫长的历史时期。地质年代尺度使得地质学家能够以同行理解的方式描述和传达他们的发现。

宙 (Eon) 是最广泛的地质年代划分。从最古老到最新,依次为冥古宙 (Hadeon)、太古宙 (Archean)、元古宙 (Proterozoic) 和显生宙 (Phanerozoic)。每个宙又细分为若干个代 (Era)。显生宙又划分为三个代:古生代 (Paleozoic,意为“古老的生命”),距今约5.41亿至2.52亿年前;中生代 (Mesozoic,意为“中等生命”),距今约2.52亿至6.6千万年前;以及新生代 (Cenozoic),始于6.6千万年前,也是我们今天所处的时代。

中生代又可分为三个纪 (Period),即三叠纪 (Triassic)、侏罗纪 (Jurassic) 和白垩纪 (Cretaceous)。需要注意的是,虽然地质年代尺度是数百年研究的成果,但它仍然是一个不断完善的过程,未来可能会再次发生改变。

中生代时期的地球生物

古生代、中生代和新生代的名称都描述了与这些时期相关的化石类型。在中生代时期,发现了代表已灭绝生物类群和现代生物类群的动植物化石。

在中生代的第一个时期(三叠纪)中,许多新型动物进化出来,以填补古生代末期和中生代开始时发生的大灭绝事件所创造的可用生态位。陆地由爬行动物主导,第一批恐龙开始出现,同时还有第一批海洋爬行动物、乌龟和蜥蜴。当时存在哺乳动物,但它们不是优势群体。另一方面,鳄鱼分布广泛。

侏罗纪时期,巨大的植食性恐龙和较小的肉食性恐龙出现。爬行动物获得了飞行能力,从而产生了第一批鸟类。哺乳动物虽然存在,但体型仍然不超过老鼠大小,而海洋则由鲸鱼大小的海洋爬行动物主导。

在白垩纪时期,恐龙统治着陆地,而海洋爬行动物统治着海洋。新型恐龙不断涌现,新型鸟类也随之出现。到这时,我们今天所知的三个哺乳动物群体(单孔类、有袋类和有胎盘类)已经进化出来。与此同时,还有大量的昆虫,包括一些我们今天仍然能辨认出的物种,例如蚂蚁、蜜蜂、蚜虫和蚱蜢。

灭绝事件

我们十分关注人类活动如何导致今天动物物种的灭绝。然而,灭绝并不是一个现代现象。纵观地质历史,一直存在灭绝现象,其中大部分以相当稳定的背景速率发生。偶尔,发生的灭绝次数远超我们预期的数量,这些现象通常被称为“灭绝事件”或“大规模灭绝”。其中一些灭绝事件发生在中生代时期。

早中生代大灭绝事件

中生代开始于地球历史上最严重的灭绝事件,它被称为二叠纪-三叠纪灭绝事件,因为它跨越了这两个地质时期。您也可能看到它被称为“大灭绝”。发生在约2.52亿年前的这一事件的重要性怎么强调都不为过。尽管有几种理论,但其原因尚未完全清楚。这些理论包括小行星撞击、西伯利亚地区灾难性的火山爆发、海洋中甲烷的释放、酸度增加、海平面变化,或者这些因素的某种或全部组合。

据估计,地球上90%的动物物种被消灭。许多昆虫和类似哺乳动物的爬行动物群体消失了。三叶虫(一种海洋节肢动物,其现存最近的亲戚是鲎)在地球上生活了3亿年后完全被消灭。

有趣的是,当时没有形成煤层,这表明植物也遭到了破坏。地球可能花了大约1000万年才恢复过来。

三叠纪末灭绝

中生代的第二次灭绝事件是三叠纪末灭绝或三叠纪-侏罗纪灭绝事件。同样,确切原因尚不清楚,但可能由沿非洲、欧洲、北美洲和南美洲未来大西洋沿岸的火山活动引发。这就是中大西洋岩浆省(CAMP),其活动是古代超级大陆盘古大陆分裂的一部分。随着大陆块分裂,熔岩释放出来,释放出大量的二氧化碳和二氧化硫。这些气体对气候和海洋化学产生了深远的影响。

海平面上升,海洋变得更加酸性,导致了锥齿虫(无颚的海洋鳗鱼状脊椎动物)、conulariids(小型珊瑚状动物)和一些盘绕壳状鱿鱼状菊石群等生物的大规模灭绝。

陆地上情况也没有好转,许多群体灭绝了。自上次大灭绝以来进化而来的所有三叠纪主龙(统治爬行动物)都灭绝了,除了恐龙、翼龙和鳄鱼。其他受害者包括植龙(半水生爬行动物)以及许多其他爬行动物群体。并非所有哺乳动物都幸存下来,例如,双齿兽哺乳动物亲属消失了。

白垩纪次要大规模灭绝

次要大规模灭绝似乎是一个自相矛盾的术语,但与迄今为止描述的灾难性事件相比,白垩纪的早期和中期相对稳定。然而,随着大陆漂移、海洋扩张和收缩以及开花植物的进化,物种不断更替。新物种出现,一些旧物种灭绝。例如,大多数蜥脚类恐龙被泰坦巨龙取代。剑龙也消失了。中大型食肉兽脚亚目恐龙的数量减少,因此只有暴龙在亚洲和北美洲幸存下来。但是,在解释化石记录时需要谨慎,因为这些“消失”中的一些实际上可能是抽样伪影,可能无法代表真实情况。也就是说,有证据表明白垩纪中期发生了两次次要的大规模灭绝。其中之一导致了鱼龙的灭绝。

白垩纪-古近纪 (K-Pg) 灭绝事件

也许最广为人知的灭绝是白垩纪-古近纪 (K-Pg) 灭绝事件,它发生在 6600 万年前。我们都知道它,因为它正是消灭了恐龙(除了一些鸟类)并启动了导致我们今天所知的地球生命的进化过程的事件。

事实是,一些恐龙可能已经在白垩纪早期持续的灭绝过程中灭绝了。然而,从迄今为止研究的岩石中无法确定这一点。

也就是说,毫无疑问,白垩纪末期灭绝消灭了许多主要的动物群体,包括所有体重超过几磅的陆地生物。海洋中的情况也没有好转,沧龙、菊石、箭石、巨型 Inoceramid 双壳类、形成珊瑚礁的鲁迪斯蛤和蛇颈龙都消失了。

是什么导致了白垩纪末期灭绝?

最可能的解释是,一颗直径为 6 到 10 英里的小行星落在墨西哥东南部的尤卡坦半岛上,形成了我们现在所说的奇克苏鲁布陨石坑。这种巨大的撞击(陨石坑宽 90 英里)会产生足够的能量,在墨西哥湾形成一次巨型海啸。同样重要的是,大量的地壳被抛入大气层,然后以升高的温度落回地面。周围的空气温度将像烤箱内部一样!仅凭这一点就足以杀死大多数生物,但情况会变得更糟。

并非所有的灰尘都迅速落到地面,而留在大气中的灰尘阻挡了阳光。没有光,植物就无法进行光合作用,许多食物网的基本基础被摧毁。在没有植物的情况下,食草动物灭绝了,没有食草动物,食肉动物也无法生存。

与此同时,富含碳酸盐和硫酸盐的海洋岩石已被撞击汽化。这会将气体释放到大气中,使雨水呈酸性。当它落入海洋时,水变得足够酸性,以至于动物无法生长贝壳并杀死它们。没有阳光,浮游植物也无法进行光合作用。海洋食物链和陆地食物链一样受到影响。所有这些环境影响都需要多年时间才能逆转,到那时,地球上 80% 的动植物物种已经死亡。

还有其他因素可能也促成了大规模灭绝。这些因素包括熔岩流入海洋、海平面变化和气候变化。

白垩纪末期灭绝的幸存者

如果不了解哪些物种幸存下来甚至受益,那么白垩纪末期灭绝的故事就不完整。如此多生物的损失为其他生物创造了新的机会。

新的研究表明,开花植物相对完好无损地逃脱了。事实上,正是这次大规模灭绝使它们成为当今地球上的优势植物类型。我们现在所说的兰花、木兰和薄荷的祖先都幸免于白垩纪末期灭绝。它们能够做到这一点,是因为它们具有非凡的适应能力。它们具有多种种子传播和授粉方法,并进化出了新的光合作用方式。

在动物王国中,也有许多幸存者。甚至并非所有恐龙都灭绝了——鸟类恐龙幸存下来,并演变成我们所说的鸟类。一些青蛙、蝾螈、蜥蜴、蛇和昆虫也幸存下来。

哺乳动物幸存者

尽管毫无疑问,哺乳动物从 K-Pg 事件中受益匪浅,并继续统治地球上的生命,但它们的道路并不平坦。大约 90% 的哺乳动物物种也灭绝了。幸存者体型较小,体型小是它们生存的关键。它们需要的营养较少(并且对营养不挑剔),繁殖速度更快,并且能够进入更安全的地下。随着条件变得更加有利,这些少数哺乳动物能够进化并多样化为我们今天所见的令人难以置信的范围——包括人类。所以,没有这次灭绝事件,我们今天就不会在这里!

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