关岭地区——世界罕见的化石宝库,这里曾是2亿年前动物的家园

这里曾经是各种海洋生物共同繁衍生息的乐园,今天,它以大量保存精美的化石让我们得以窥见两亿年前的海洋生物世界。

在贵州西南地区,有一个以保存了大量完美的海生爬行动物和海百合化石而著称的世界罕见的化石宝库,这就是关岭生物群。关岭生物群的发现是继澄江生物群和热河动物群之后,我国又一古生物群重大发现。

自1929年起,

就有许多中外古生物学家对关岭及其邻近地区的菊石、双壳类和牙形石等进行过详细研究。上世纪90年代,在这里发现的大量精美的海百合化石又吸引了世人的目光,而最终敲开这个化石宝库大门的是一块在无意中被人发现的鱼龙化石。

早在1998年,两位地质学家在贵州的一个奇石市场上了发现了一块形状奇特的化石,后来经鉴定,这是一种珍惜之极的鱼龙化石。

这一发现引起了中国地质调查局宜昌地质矿产研究所古生物工作者的重视。1999年,该研究所组织一批专家奔赴关岭地区开展工作。

在开挖的第一天,专家们就挖掘到了鱼龙化石,接下来的发现更是让所有的人都瞠目结舌:海生爬行动物有鱼龙类、海龙类和形似龟鳖的檐齿龙类;脊椎动物有两栖类和鱼类;无脊椎动物除大量保存精美的海百合外,还有数量惊人的头足类、双壳类、海参、腕足类和牙形石等;此外还有大量保存清晰的植物化石。尽管专家们曾经预测这里必定存在着除鱼龙和海百合之外的其他生物化石,但如此壮观的景象仍然令他们为之震惊。

为什么两亿年前的关岭地区会出现这样一个繁荣昌盛的海洋生物王国呢?

在距今大约2.2亿年的中晚三叠世,如今的关岭地区还是一片清澈见底的海湾。西南方向是海湾的出入口,与古特提斯洋和南盘江海连通。河流携带大量陆源物质源源不断地流进海湾,为海湾中的滤食性动物们带来了丰富的营养物质,使这里成为各种脊椎动物和无脊椎动物生活的天堂。随河流进入海湾的还有长短不一、大小不同的大量植物茎干,它们为营假漂浮生活的海百合提供了充足的生活场所。数量众多的海百合固着在这些漂泊的木头上,形成了一片水下“森林”,各种鱼类穿梭其中。海湾里还可见到海龙类动物,它们时而在海水中嬉戏、捕食,时而在海滩上沐浴阳光。生活在远洋的鱼龙,

一到繁殖季节也成群结队地进入海湾,它们在这里谈情说爱,繁育后代。小鱼龙穿梭于海百合“森林”中,对它们来说,这里既有丰盛的食物,又是绝佳的藏身之处。

各种海洋生物共同构成了一个欣欣向荣的生物王国。那么。谁是这个王国的统治者呢?

关岭生物群中的“皇族”:鱼龙

关岭生物群中的鱼龙类,不仅个体巨大(体长最长的超过10米),而且生活领域广阔,可以自由往来于浅海和远洋之间。同时,它们还是关岭动物群中最凶猛的动物,包括海龙类在内的很多海生爬行动物和个体巨大的鱼类(最大的鱼类化石的体长超过2米)都是它们的美味佳肴,它们高踞于海洋生物链的顶端,堪称关岭生物群中的“皇族”。

鱼龙最早发现于1699年,不过那时人们认为它是一种鱼类。直到1821年,英国博物馆的研究人员Koening才正式将这种形似鱼类的爬行动物命名为鱼龙。鱼龙有着流线型的外形和桨状的四肢,与现今的海豚和鲸类似。

关岭生物群中的鱼龙类主要有4属4种,分别是中小型的周氏黔鱼龙、美丽盘江鱼龙和卧龙岗卡洛维鱼龙,以及大型的岗乌萨斯特鱼龙。这些鱼龙的发现对研究鱼龙的演化具有重要意义。

周氏黔鱼龙

周氏黔鱼龙是关岭地区已发现的鱼龙化石中数量最多的一种,从幼年至成年,大大小小数以千计。周氏黔鱼龙为中小型鱼龙,体长2-3米。与其他鱼龙相比,这种鱼龙的吻部较短,仅占头部的55%。眼眶为圆形,占头部的40%。颊部极为狭窄。牙齿呈锥状,表面不发育纵向纹饰。背部脊柱向上弯曲,尾巴中后部明显向下折弯。前肢呈细长的桨状,后肢粗短。

在已发现的周氏黔鱼龙中还有十分稀有的带有胚胎的鱼龙,胚胎数量大约为13个。绝大多数爬行动物都是卵生动物,它们把蛋产在沙子里或窝里。鱼龙已经非常特化,终生生活在水中,那它们在哪里繁衍后代呢?直到在德国南部的霍斯马登附近的侏罗纪地层中发现了带有胚胎的鱼龙化石,人们才知道侏罗纪鱼龙为卵胎生动物。鱼龙的蛋在母体内孵化成幼仔,然后产出。但究竟鱼龙生产时是头先出,还是尾先出,观点不一。现在大部分人认为,鱼龙幼仔的尾巴先于头部生出母体,因为只有这样,鱼龙幼仔出生后才能在最短的时间内浮出水面,完成第一口呼吸。在关岭发现的化石证明,三叠纪鱼龙同样是卵胎生动物。

卧龙岗卡洛维鱼龙

卧龙岗卡洛维鱼龙较美丽盘江鱼龙略小,体长一般不超过6米。整体形态与美丽盘江鱼龙类似,主要区别在头部特征。卧龙岗卡洛维鱼龙的吻部更加细长,牙齿较小且稀疏。研究表明,卧龙岗卡洛维鱼龙与萨斯特鱼龙有较近的亲缘关系,可能是更进化的一种鱼龙。

岗乌萨斯特鱼龙

岗乌萨斯特鱼龙不仅是关岭生物群中最大的鱼龙,而且还是最大的动物,体长可达10米。在岗乌萨斯特鱼龙被发现之前,关于萨斯特鱼龙的资料很少。对岗乌萨斯特鱼龙的研究表明,萨斯特鱼龙是一种非常特殊的鱼龙:身躯庞大,头却较小;吻部非常短,眼睛却大;没有牙齿;脊椎向后迅速增大,在腰带之前达到最大;尾巴相对较短,不折弯;四肢短小。

萨斯特鱼龙没有牙齿,那么它们以什么为食、又怎么进食呢?这个问题一直困扰着科学家们。对岗乌萨斯特鱼龙化石的研究发现,这种鱼龙的舌骨发达,看来它们的嘴巴可以张得很大。由于没有牙齿,它们也许只能以吸吮的方式吞食海洋中的头足类,类似于现代海洋中的一种鲸。萨斯特鱼龙的这种独特的进食方式可能是其对环境的适应性进化,因为在晚三叠世,全球的含氧量达到最低,这种体型庞大的动物为了保证自身的需求,需要尽可能多地吸入氧气。

美丽盘江鱼龙

美丽盘江鱼龙为中大型鱼龙,体长一般为6米左右,最长不超过7米。这种鱼龙的头部巨大,长度约为1米。吻部粗壮。占头部的65%。牙齿呈锥状,表面发育有纵向纹饰。上颌牙齿数量众多,排列紧密,下颌牙齿稀少。尾巴略向下折弯。

在美丽盘江鱼龙的体内发现了非常稀有的胃石标本。胃石系指动物吞入体内且具有一定数量的砾石。虽然在全世界已经发现了数不胜数的鱼龙化石,但在鱼龙体内发现胃石还是第一次。在此之前,胃石经常发现于另一类海生爬行动物——蛇颈龙类的体内。

在一只鱼龙的体内发现的胃石渭晰地反映了这只鱼龙从死亡到最终被埋葬的过程:首先。鱼龙死后尸体开始肿胀,腹部朝上背朝下地漂浮在海面上;接着,尸体慢慢腐烂,肚皮破裂,体腔内的气体排除,部分内脏溢出体外;最后,鱼龙尸体垂直沉入海底,到达海底后,身体向右倒下,最终被沉积物埋葬并保存下来。

关岭生物群中的“土族”:海龙

如果说鱼龙是关岭生物群中的“皇族”,那么海龙类则是其中的“土族”。为什么这样说呢?因为海龙类没有鱼龙类特化,还保留了一些陆生爬行动物的特征,游泳能力不强,只能生活在浅海,不像鱼龙那样可以在广阔的海洋中任意遨游,只能在原地生活。

在关岭生物群海生爬行动物中,海龙类数量是最多的。不过,数目虽然众多,属种却很单一。迄今为止,已经发现的海龙类为2属3种:黄果树安顺龙、孙氏新铺龙和巴毛林新铺龙。

海百合“森林”

在关岭地区发现了大量保存精美的海百合化石,而在通常情况下,海百合因其结构特殊很容易被海水打散,在地层中很难完整保存。

过去,人们认为具有茎和根部构造的海百合是典型的浅海底栖生物,而对关岭地区的海百合化石尤其是对固着在漂木上的海百合化石的研究证明,海百合并不是固着生长,而是通过根部长出的类似须根的蔓枝附着在漂木上营假浮游生活。它们利用腕和羽枝的摆动获取水中的食物。为了抵抗海浪的冲击,它们的腕枝上还附生了刺,刺之间连成粗糙的网,不仅可以增强机体的牢固性,同时还可以过滤掉食物中的碎屑颗粒。

关岭生物群中的“平民”:头足类、双壳类和腕足类

关岭生物群还包括数不胜数的头足类、双壳类和腕足类动物,它们就像是关岭生物群中的“平民”。

头足类以菊石为主,还有少量的鹦鹉螺。菊石虽然在距今3.9亿年的泥盆纪就已出现,但直到2.5亿年至6500万年前的中生代才进入鼎盛时期。鹦鹉螺直到现在还生活在海洋中,而且与其古老的祖先在形态和结构上都十分相似,因此有“活化石”之称。鹦鹉螺的运动方式非常奇特:通过向前喷水产生的反作用力在海水中作后退式游泳。

双壳类在全世界广泛存在,从赤道到两极,从咸水到淡水,无处没有它们的身影。由于双壳类动物死后其闭壳肌失去作用,两半壳因韧带作用而张开,所以很容易被水流冲散。关岭生物群中的双壳类大多完整保存,说明它们死后很快就被沉积物所掩埋。

腕足类只在幼虫期才在海水中自由浮游,并以此方式来扩展它们的生活领地,然后一辈子栖息于海底,并以固着为生。

灭绝故事

对关岭生物群的研究表明,距今2.2亿年以前的中晚三叠世,众多的海洋生物在关岭繁衍生息,呈现出一派勃勃生机。但在2.2亿年以后的晚三叠世卡尼期中晚期,这个地区海洋中的生物突然离奇地集中消亡了。显然,这个海洋生物的乐园是在突然之间崩溃的!那么,是什么原因导致了关岭生物群的集群绝灭呢?

关岭生物群是伴随二叠纪末期全球生物大绝灭之后海洋生物的复苏和生态系统的恢复而逐渐形成的。但是,到卡尼期晚期,随着中国南方大陆的进一步抬升,扬子海域逐渐变小,关岭生物群生活的环境从开阔的海洋逐步转化为半封闭的海湾,甚至成为几乎封闭的局限盆地。尽管随着季节的变化,不时还有淡水注入海湾,但由于水流不畅,底部水体长期处于缺氧状态,这有利于生物遗体的保存,而日积月累的生物尸体聚集,势必导致海盆中有机质的过剩贮存,这些有机质的分解无疑又极大地消耗了海水中的氧气,以致海盆内部发生缺氧事件。不过单纯的海底缺氧尚不足以造成关岭生物群中那些大量生活在海洋表层,营游泳或假漂浮生活的动物如鱼类、鱼龙类、鹦鹉螺等动物的绝灭。因此,造成关岭生物群绝灭一定另有原因。通过对埋葬有大量关岭生物群化石的晚三叠世地层的详细调查,锁定了三个“嫌犯”:风暴,火山,地震。那么,究竟谁是引起海洋表层水体缺氧,从而导致大量生物死亡的罪魁祸首呢?

巨大的风暴足以将个体巨大的鱼龙绞死,或者使缺氧的海洋底层水流翻涌到海洋表层,导致海洋表层水流暂时缺氧,并引起生物的大规模窒息死亡。但是,在关岭地区发现的风暴岩属于远源风暴岩,也就是说,关岭地区当时远离风暴,风暴对关岭生物群所生活的海洋的影响并非十分严重。

火山活动已被证实是热河生物群集体灭绝的元凶,而调查结果显示,三叠纪时期关岭地区的火山活动也十分频繁。

但是,关岭地区的火山活动最强烈时期恰巧又是关岭生物群开始分异发展的中三叠世晚期,与关岭生物群的最终消亡的时期相差了数十个百万年。因此,从火山岩的分布时代和关岭生物群的生活历程上看,火山活动非但不是关岭生物群消亡的罪魁祸首,相反,它可能还是关岭生物群早期形成和发展的重要诱因之一。

中晚三叠世时期是全球地壳活动较为频繁和印支造山运动的重要时期。关岭生物群地层中发现的震积岩证实了地震活动与关岭生物群绝灭之间的天然关系。地震不仅可以改变海洋水流循环模式,导致洋底缺氧水流翻涌至海面,造成表层海水缺氧,而且还可能导致地壳深部物质进入海洋,进一步消耗海洋中的氧气,以致海洋环境严重缺氧,从而引发海洋中大量生物的集群死亡。

目前,关岭生物群这个曾经生机勃勃的海洋生物王国究竟为什么会突然绝灭,仍然是地质学家们孜孜以求的问题。

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