恐龙是如何称霸地球的天生羽毛至关重要

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恐龙，“侏罗纪公园”里的超级霸主，很多人知道它们灭绝于白垩纪末期（约万年前）的小行星撞击地球事件，但却鲜有人知道它们是如何称霸地球的，这在科学界其实也一直是个未解之谜。近期，中国科学院南京地质古生物研究所领衔的国际科研团队揭开了这一谜底。我们邀请科研团队的主要作者之一房亚男博士来聊聊相关的话题。

赤道地区，恐龙嘴里叼着一只基干哺乳动物。背景是“中央大西洋超级火成岩省”在潘吉亚大陆赤道地区的喷发，赤道地区因火山冬天下起鹅毛大雪。（中科院南京地质古生物研究所供图LarryFelder绘制）

（1）初生恐龙躲过大灭绝劫难

地球历史上曾发生过五次生物大灭绝事件，其中规模最大的一次是发生于二叠纪末期（约2.5亿年前）的生物大灭绝事件，导致超过80%的海洋生物和陆地生物灭绝。之后进入三叠纪，生命用了万至万年才从此次创伤中恢复过来，到晚三叠世时期（约2.4亿至2亿年前），地球生物多样性重返巅峰，但其生物面貌已与二叠纪生物大灭绝之前呈天壤之别，其中一个新的类群就包括恐龙。

根据目前的化石记录，最早的恐龙出现于距今约2.3亿年前的晚三叠世卡尼期，而到距今约2.15亿年前的晚三叠世诺利期，恐龙已经非常普遍。但是此时，它们所占据的生物群落依然非常小，且大部分特别是食草性的恐龙仅分布在中、高纬度地区，低纬度地区则被拟鳄类霸占，恐龙距离地球霸主的位置似乎很遥远。

值得注意的是，晚三叠世的地球海陆分布与现代地球完全不一样，大陆全部拼接在一起，称为“潘吉亚”超级大陆，地球大气二氧化碳浓度约是现代地球的2.5倍，当时全球平均气温远高于现代，两极无冰川，森林覆盖一直到达潘吉亚大陆的南北两极。

正当生命以欣欣向荣之姿在潘吉亚超级大陆上迅猛发展时，无情的大自然又一次将它们摧毁。三叠纪末期（距今约2亿年前），由于潘吉亚超级大陆的裂解，地球爆发了超大规模的火山喷发。此次火山喷发造成了五次生物大灭绝事件的另一事件，称为三叠纪末生物灭绝事件。幸运的是恐龙在此次灭绝事件中存活下来，而其天敌，曾经的低纬度地区霸主——拟鳄类在地球上彻底消失，这为恐龙在侏罗纪称霸地球扫清了障碍。因此，我们可以说恐龙毁于灭绝事件也成于灭绝事件。

那么是什么原因帮助恐龙躲过一劫，从而闪亮称霸“侏罗纪公园”的呢？

（2）或很适应极地冷气候

晚三叠世，即恐龙的初生时期，大部分的恐龙化石和脚印都采集自潘吉亚大陆的中纬度地区（约26°—60°），几乎没有来自高纬度地区的恐龙化石记录，这在一定程度上限制了我们对恐龙初生时期生活环境和气候的全面了解。

我国准噶尔盆地（JunggarBasin），现位于天山以北的新疆北部。在晚三叠世时期，它恰好位于潘吉亚大陆的北极圈内（约北纬71°）。乌鲁木齐市西南方向50公里处的郝家沟拥有世界上独一无二的晚三叠世河流-湖泊相沉积地层，为我们寻找恐龙化石提供了得天独厚的条件。

年至年，科研团队对郝家沟剖面进行了持续的地层考察和化石挖掘工作，发现了非常多有价值的化石和特殊的沉积现象，其中就包括恐龙脚印化石和冰筏沉积记录。冰筏沉积主要的特征是砂粒或小砾石漂浮于泥岩中。冰筏沉积可能是由于冬季靠岸湖水结冰时冻结湖底的砂砾，春季湖冰融化，一部分冰携带冻结的砂砾漂浮至湖中央，至完全融化后将其释放而沉积于深湖泥中；也有可能是冬季风将陆地上的砂砾吹至冰面，在春季湖冰融化时，砂砾落入深湖泥中。准噶尔盆地冰筏沉积的发现指示了即使在两极无冰川的温室时期，极地也存在季节性的结冰（零下）。同时，恐龙脚印化石的发现，直接证明了在晚三叠世，恐龙曾悠哉生活于潘吉亚大陆的极地地区，并且已经习惯于极地冷气候。

晚三叠世恐龙分布图

（3）天生有羽毛用于保暖

那么，恐龙为什么适应在极地冷气候生存？

现在市场上绝大多数的恐龙玩具和模型都只有光秃秃的表皮，这在一定程度上对人们造成误导：恐龙是没有毛发或者羽毛的。此外，科学界一直认为恐龙喜热不耐寒。然而我们的研究表明，除鸟类恐龙外，其他所有的非鸟类恐龙也是天生具有羽毛的，但是这些羽毛不是用于飞翔，而是用于保暖。

根据恐龙腰带（恐龙的腰带位于其臀部，相当于骨盆，由三块骨头组成：肠骨、坐骨和耻骨）的构造特征不同，可将其划分为两大类：鸟臀目和蜥臀目。鸟臀目在希腊语中的意思是“如鸟类般的臀部”，它们全部是素食主义者，性情温和，不具进攻性，因而在长期的进化过程中，逐渐发育出了多种多样、千姿百态的防御武器，它们中不少是恐龙家族中最古怪的成员，比如剑龙类、角龙类和甲龙类等；蜥臀目，顾名思义是具有“如蜥蜴般的臀部”，它们又可进一步分为兽脚亚目和蜥脚亚目，其中兽脚亚目包含了所有的食肉性恐龙，而蜥脚亚目则是体型庞大的食草性动物演化支。翼龙虽然和恐龙生存的时代相同，但是它们并不是恐龙，只是恐龙的姐妹分支，同属于鸟跖类，并且翼龙并非鸟类的祖先，真正的鸟类祖先是蜥臀目恐龙。

目前已在部分非鸟类兽脚类恐龙和两个基干鸟臀目恐龙的化石中发现了羽毛，科学家发现这些恐龙的羽毛结构与翼龙的羽毛结构非常相似，结合系统发育支架法（根据某些四足动物化石中保存的软组织和现生类群的软组织和生理特性，反演已灭绝的祖先的软组织特点和生理特性），我们推测所有的恐龙乃至整个鸟跖类都是天生具有羽毛的，这些羽毛的基本功能是用于保暖。而晚三叠世，恐龙在低纬度的天敌拟鳄类是不具有羽毛的。

因此，恐龙能很好地适应在极地冷气候生存，很有可能得益于它们的羽毛。

那么早期的恐龙为什么无法占领低纬度地区呢？我们认为这可能与恐龙比较高的新陈代谢速率有关。尽管低纬度地区的植物资源很丰盛，但是由于气候多变，植物资源也就随之多变且不稳定，具有高新陈代谢速率的食草性恐龙因此无法在食物资源抢夺方面战胜新陈代谢速率相对较低的拟鳄类，从而被局限在中、高纬度地区；拟鳄类因为没有羽毛抵御严寒，而无法生活于中、高纬度地区，成就了恐龙独享中、高纬度稳定且丰富的食物资源。

（4）“火山冬天”后开启霸主时代

三叠纪末期（约2亿年前），潘吉亚大陆开始裂解，大西洋就此诞生，并伴随着超级火山喷发，称为“中央大西洋超级火成岩省”。此次超级火山喷发所释放的大量二氧化碳所导致的全球升温一直被认为是造成三叠纪末海洋生物集群灭绝的原因，但是全球升温似乎无法解释陆地生物的响应。

理论上来说，全球升温应该会造成四足动物和植物向高纬度地区迁移，但实际上，高纬度地区的四足动物，特别是基干蜥脚类恐龙不仅在灭绝事件中存活下来，更是在事件后迁移到低纬度地区，而原本霸占低纬度地区的拟鳄类几乎全部灭绝，因此我们认为，造成三叠纪末陆地生物灭绝的原因并非热，更像是冷。

超级火山喷发除释放大量二氧化碳进入大气外，还同时释放大量的火山灰和气溶胶等进入大气。大量的火山灰和气溶胶会遮挡日照辐射，从而导致地球表面温度骤降，这种现象被称为“火山冬天”。火山冬天可持续几年到几十年，之后大气中的大量二氧化碳造成长达数百万年的全球升温。三叠纪末陆地生物的灭绝极有可能是温度骤降的火山冬天所致，恐龙因为具有羽毛御寒并且早已习惯了极地寒冬而顺利躲过这一天灾，而其天敌——低纬度地区的霸主拟鳄类因没有御寒能力而惨死于火山冬天，它们中仅体积比较小的一些种类靠躲避在洞穴中而逃过此劫。

火山冬天之后，恐龙没有了天敌，地理分布范围迅速扩张：蜥脚类恐龙从晚三叠世的中、高纬度地区扩张到低纬度地区；确定的鸟臀目恐龙首次出现；兽脚类恐龙的体积增加了近20%；恐龙总数量增加了近一倍。从此，恐龙开启了长达约1.4亿年的地球陆地霸主时代！