3 .1 热极一时的恐龙蛋 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
提起恐龙蛋,也许很多人并不陌生。前几年在我国河南西峡地区发现了大量的恐龙蛋,许多还被化石贩子走私到国外;更有甚者,一些学者还声称从其中的一枚蛋里提取出了恐龙的DNA(遗传基因)。一时间,恐龙蛋成了各种报刊、各地的电视台和广播电台竞相炒做的热门话题。
西峡地区发现的大量恐龙蛋确实引起了学术界和社会的极大反响。其发现的化石地点遍布西峡县以及相邻的内乡县和淅川县的15个乡镇、57个村。在西峡、内乡两个县的3个乡镇、4个村,还发现了恐龙骨骼化石。恐龙蛋和恐龙骨骼化石的覆盖面积达8578平方公里,发掘出的恐龙蛋超过5000多枚。如此大量的发现在世界上确数奇观。这些恐龙蛋及恐龙骨骼化石的发现,不仅为研究恐龙及恐龙蛋的分类提供了材料,而且为进一步了解恐龙的繁殖方式,研究古地理、古气候、古地貌、古生态环境以及地层学和埋藏学提供了大量的宝贵信息。 但是,从恐龙蛋里提取出了恐龙DNA的报告却在一开始就引起了许多科学家的怀疑。据说,提取出恐龙DNA的这枚蛋在一次搬运时不小心摔破了,结果发现蛋壳内的物质是柔软的絮状物,而不是一般恐龙蛋内部那种由泥岩或砂岩构成的坚硬物质 因此,有关人士就认为这种柔软的絮状物是原来恐龙蛋里的蛋黄、蛋青等有机物没有完全分解而形成的产物。据此,他们就在一间原来用于植物生物化学实验的实验室里进行了提取工作,提取出了某种DNA的片段。然后,他们用这种DNA片段与一些已知动植物的DNA进行了对比,根据对比结果的不同而宣布,他们提取出了某种恐龙的DNA。 引起许多学者怀疑的是,那些“柔软的絮状物”是蛋黄、蛋青等有机物没有完全分解而形成的产物吗?要知道,恐龙蛋在地下埋藏了至少已经6500万年的时间,而从西峡地区的地质状况来看,埋藏恐龙蛋化石的地层均为泥岩或粉砂岩,并没有能够有效保护有机质免于分解的环境因素,因此,这么长的时间里,恐龙蛋中原来的有机质早已分解殆尽,而蛋壳内的物质,则在这漫长的岁月里经置换作用而充满了与周围的埋藏环境一样的矿物,而且,已经石化。那“絮状物”很可能是地层中常见方解石矿物在蛋壳内结晶出的晶体。如果你到北京动物园西面不远处的中国古动物馆来看一看,在二楼展厅内你就可以看到一枚剖开的恐龙蛋,它的内部因为完全被方解石晶体填充而显得晶莹剔透。而那枚蛋之所以“柔软”,则很可能是在埋藏在地下时经历了地下水的浸湿,或者是在出土后被水或潮湿的环境湿润所至。既然这枚蛋可能遭到过水的浸染,而且已经破碎,那么被含有某种DNA成分的有机质沾染的可能性就是很大的。至于提取者用这种DNA片段与一些已知动植物的DNA进行了对比,根据对比结果而宣布提取出的是某种恐龙的DNA,结论也不可靠,因为,只有你将这种DNA片段与所有的已知生物进行了对比而结果不同,你才能说它属于某种已经灭绝的或是还没有被发现的生物。而离这一步,他们的工作差得太远了。 后来,有些科学家把那段所谓的“恐龙DNA片段”与更多种生物的DNA进行了对比,发现其序列竟然与某种低等的藻类植物相类似! 现在,“恐龙DNA”事件在科学界已经如过眼云烟般地没有任何影响了。但是正常的恐龙蛋研究依然在不断地深入。科学家利用电子显微镜等现代化的仪器对恐龙蛋的蛋壳进行了超微观的观察以及化学分析研究,知道恐龙蛋壳中大约93%的成分是碳酸钙,由一层有机质基层和一层方解石质构成。这种双层结构与现代鸟类的蛋壳相似,能够有效地防止蛋内的水分蒸发,从而保护蛋中的胚胎能够正常发育。由此证明,恐龙在当时可以在十分干燥的环境里繁殖后代。 在我国西峡地区和蒙古国的一些地区出土的个别恐龙蛋中,科学家还发现了胚胎或是小恐龙“婴儿”,这不仅使科学家能够知道这种恐龙蛋是什么恐龙下的,还为他们探索这种恐龙的发育提供了线索和依据。 近来,我国科学家还在产于广东南雄和山东莱阳的恐龙蛋中发现了蛋壳病变的现象,从而为研究恐龙大绝灭问题提出了新的观点和依据。 随着恐龙蛋的继续发现和研究的继续深入,恐龙蛋还将为科学家解开一个个自然之迷作出贡献。
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3 .2 恐龙能跑多快? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
英国动物学家麦克奈尔-亚历山大借助现代物理学、工程学的知识和研究方法,对许多古动物和现代动物进行了比较形态功能分析研究,得出了令人吃惊而有趣的结论。
在研究了恐龙的骨骼化石和足印化石后,亚历山大作出判断认为,很多大型的四足行走的蜥脚类恐龙确实是行动慢吞吞的“笨伯”,行走速度只有大约每秒钟1米,与人类散步的速度相近。很大的两足行走的恐龙的足迹表明,它们的行走速度一般不超过每秒钟2.2米,这与人类快速行走时的速度差不多。那些较小的、体重在500公斤左右(与赛马大小相近)的两足行走的恐龙的足印表明,它们能够以每秒钟12米的速度奔跑,这已经超过了人类百米赛跑冠军的最高速度(每秒钟11米),但是仍然大大低于赛马的奔跑速度(每秒钟大约15到17米)。外形有点类似当今非洲草原上的白犀牛的三角龙最快的奔跑速度可以达到每秒钟9米,相当于人类中百米赛跑健将的水平。
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3 .3 环特提斯海恐龙动物群 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
当时,盘古古陆已经开始分裂成南北两大块,即北方的劳亚古陆和南方的冈瓦纳古陆。在它们之间有一个宽阔的的古地中海,它还有一个美丽的名字,叫特提斯海,是以希腊神话中的海神之妻特提斯的名字命名的。 不过在侏罗纪刚刚开始的时候,北方大陆与南方大陆还没有彻底分开。因此,恐龙可以环绕着特提斯海在各陆块之间迁徙。
地质学家发现,这一时期以前沉积的地层开始时是一些浅绿色和灰绿色为主的碎屑岩,其间夹有煤层。这表明,那时候气候温暖、湿润,植被繁茂。高大的蕨类、种子蕨、苏铁等植物组成了茂密的森林,而森林中则游荡着各种喜暖喜湿的动物。在森林边缘以及森林间的洼地上河流纵横,湖泊和沼泽星罗棋布,水边生活着一些大型的两栖动物、似哺乳动物和爬行动物中的假鳄类。这样的景观可能一直持续到三叠纪的晚期。到了侏罗纪早期,气候开始发生了变化,干热的气候取代了过去的温湿气候,这可由堆积下来的地层转为了红色地层,其中的化学成分富含钙质胶结以及氧化铁的普遍存在而等到证明。这样的气候当时是普遍的、全球性的。这种气候条件无疑更加适合于完全脱离了水体限制、喜欢热和干旱的爬行动物的发展。恐龙类正是在这样的条件下开始成为地球上陆地生态环境的统治者的。 大量的化石证明,这个时期恐龙的属种类别还不很多。这些原始的恐龙包括小型的兽脚类、古脚类以及原始的鸟臀类,腔骨龙、禄丰龙、莱索托龙等是它们的代表。这些早期的各类恐龙分别是那些在后来的日子里统治地球1亿多年之久的五花八门的恐龙的先驱,是侏罗纪、白垩纪各类恐龙的祖先。由于发现于这个时期的各个陆块上的恐龙化石非常一致,科学家推测当时的恐龙动物群是世界性的,因此把这个动物群称为环特提斯海恐龙动物群。含相关恐龙化石的地层在亚洲、非洲、欧洲和美洲都有发现。其中最有代表性的化石地点有南非的卡鲁盆地和莱索托,美国的亚利桑那州、新墨西哥州以及德克萨斯州的肯亚特和纽瓦克,还有阿根廷的可拉鲁德、印度的孔塔和我国云南的禄丰盆地。
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3 .4 形态各异的鸟脚类恐龙牙齿 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1、异齿龙科
鸟脚类恐龙是恐龙大家族中重要的一支,它由一些变化多样的素食恐龙组成,包括四个科:异齿龙科、棱齿龙科、禽龙科和鸭嘴龙科。鸟脚类恐龙虽然全部都是素食性的,但是由于适应于不同的生活环境,它们牙齿的形态和功能却有着诸多不同,各科之间,甚至下属的各属之间差别都很大,充分显示了恐龙对中生代地球生态环境的良好适应。
我们先来介绍异齿龙科。本科包括以下几个主要的属:拉那龙属、阿伯瑞冠头龙属、里考黑龙属和异齿龙属。它们的牙齿具有以下一些共同的特征:颊齿具有高的齿冠,齿冠像凿子的形状,前上颌骨和齿骨上都长有犬齿状的牙齿。但是不同的属显示了对素食性不同程度的特化:阿伯瑞冠头龙属的颊齿排列疏松,齿冠对称,有一个明显的齿环,齿根不加粗,与齿冠明显地分开;拉那龙属的齿冠与阿伯瑞冠头龙属类似,但是齿冠靠得很近,甚至一些牙齿出现了重叠现象;在里考黑龙属中,牙齿齿冠仍然对称,但内外两边具有凸起的轮廓,较粗的齿根有轻微的收缩,而且靠近齿环,齿冠的长度在比例上要比其宽度大得多。在异齿龙中,齿根粗大,其横截面有点近似方型而不是圆形,没有齿环或齿根不收缩,齿冠不对称,下牙齿冠外面较直,内面较凸起,而上牙齿冠的情形却正好与此相反。凸起的表面具有釉质,而较直的表面不具有釉质,然而在阿伯瑞冠头龙属和拉那龙属中则在两边均具有釉质。这一科的牙齿趋向于齿冠较高。在拉那龙属中,沿着横向嵴有一对向内倾斜的磨蚀面,说明了其上下颌的运动是严格垂直的。在其它的属中,牙齿的磨蚀面则通常是从一个牙齿连向下一个牙齿的。
很明显,异齿龙科是一类活跃、敏捷、两脚走得很快的素食恐龙,主要取食地表或灌木丛中的植物。它们首先吃高于地面1米以下的植物,前上颌骨吻端部分牙齿缺失,角质缘的产生以及前上颌骨前边缘变窄,说明了它具有对植物进行相对选择的能力,由于与前齿骨相咬合,前上颌骨牙齿产生了一个磨蚀面,表明这些牙齿不仅能够穿破被咬住的食物,而且还可以切断它。它们的第一颗前上颌齿小,形状像钉子,稍微弯曲;第二颗较大,靠近舌头的一面有一个小的舌架,与第一前上颌齿类似;第三前上颌齿为犬牙状,两边的边缘小齿都有小范围的小锯齿。所有这些前上颌齿均完全地被一层釉质覆盖着,齿冠内表面有一个磨损面,是与前齿骨和它的嘴鞘的上边缘不断咬合的结果。 在阿伯瑞冠头龙属的标本中,前上颌齿列没有犬齿状牙齿,可能它们代表的是雌性个体或幼年个体。阿伯瑞冠头龙属的颊齿呈凿刀状,小齿状突起仅位于齿冠最上部的1/3,前后边缘明显分开,因而,远的小齿与牙齿的基环相连结。在齿冠颊面中部有一个宽的突起的迹象,但没有棱的出现。在阿伯瑞冠头龙属中,上颌齿列各个牙齿齿冠的顶端不是对称就是稍微指向后方,有4-7个小齿指向齿冠顶部,并且由前边缘与基环相结合。 在异齿龙属中,齿冠高而强壮,大的初级棱位于齿冠颊面的中央,其余的棱比初级棱均显得稍微有些弱,在最外边的棱和初级棱的中间发育有单一的次级棱,没有齿环。在异齿龙属的标本中均发现有极度磨损的牙齿,牙齿磨蚀面的角度随着动物年龄的增长而增大,其范围从45度到65度。而在拉那龙属中,相关的角度可达75度到80度。 所有这些细小的差异,都说明异齿龙科内各个属的恐龙在对生态环境的适应中具有对不同的小生境的细致选择,这种细致的选择说明,恐龙在中生代确实是能够充分利用所有陆地生态位的成功的动物类群。
2、棱齿龙科
棱齿龙科是小到中等大小的鸟脚类恐龙。它们两足行走,身体结构不是非常特化,分布在亚洲、澳大利亚、欧洲和北美洲,生存年代从侏罗纪中期直到白垩纪晚期。棱齿龙科恐龙的牙齿并不全都是均一一致的,有5颗稍微弯曲的简单的前上颌齿,10颗或11颗侧扁的上颌齿,其齿冠前后加宽,两边有边缘小齿;它们的下颌有大约13-14颗牙齿,前3-4颗牙齿比较简单,呈圆锥状,其它牙齿的齿冠内外扁,与上颌齿一样具有边缘小齿。这样的牙齿形式被叫做异齿型的齿式。
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棱齿龙类的牙齿 棱齿龙科上颌牙齿齿冠的颊面釉质化很强烈,有小的竖直棱;大多数下颌牙齿却是舌面釉质较厚,而且有明显的中棱和几条较弱的次级棱。这些棱的存在大概正是“棱齿龙”之名的由来。这样的牙齿磨蚀面平而倾斜,明显地显示了结实的耐磨性。同时,棱齿龙牙齿上具有双磨蚀面,显示其上下颌的运动是垂向的。此外,棱齿龙还具有一般鸟脚类的一个重要的特点,即上牙齿冠向内弯曲,而下颌牙齿齿冠向外弯曲。
特瑙特龙属是棱齿龙科中体形最大的一属,其上下牙齿齿冠结实而宽大,具有釉质的上牙颊面有5-6条几乎等长的棱,下颌牙齿齿冠的舌面具有釉质,有一条非常突出的初级棱,初级棱的两边发育有小的附属棱。 干龙属也是棱齿龙科的一个代表,其上颌牙齿齿冠的颊面具有厚的釉质层,发育有明显的初级棱,通常非对称地分布在牙齿的表面;初级棱两边还发育有2-4条次级棱,次级棱指向并逐渐消失于齿冠边缘发育的小齿中。
3、禽龙科
禽龙科是非常繁盛的鸟脚类恐龙之一。它们体形庞大,身长达5~10米,属于大型恐龙。禽龙科恐龙主要生活在侏罗纪晚期到白垩纪早期,个别种类延续到白垩纪晚期。它们具有特化的五指型的手,拇指矛状,中间的三个指具有蹄状爪,最后的第五指非常细小。这样的手相当适用于抓握物体。禽龙科包括有6个属:弯龙属、禽龙属、无畏龙属、穆塔巴若龙属、康纳龙属和原巴克龙属,其中的弯龙属是它们当中最原始的一个属。 禽龙科恐龙的牙齿数目在不同的属中是不同的。上颌牙齿数目可以从14颗到29颗,例如弯龙属为14颗,无畏龙属为22颗,原巴克龙属为23颗,而禽龙属则为29颗;下颌牙齿数目可以从14颗到25颗,例如弯龙属为16颗,无畏龙属和原巴克龙属都是23颗,而禽龙属则为25颗。它们的前上颌骨上面都没有牙齿。
禽龙科恐龙的上牙齿冠较窄,颊面和舌面都呈菱形,比下颌牙齿相对要长一些;齿冠颊面釉质加厚,有发育的边缘小齿,还有一条起主导作用的很大的初级棱,位于齿冠中线偏后;齿冠的其它部分除了几条长度不同的细小次级棱之外均相对光滑。这些牙齿都有逐渐变尖的长长的齿根。 禽龙科恐龙的上颌牙齿单排,前后牙齿都比中部的牙齿小。这些牙齿齿冠侧扁,形状在各属中不尽相同,有的较宽(如弯龙属和穆塔巴若龙属),有的相对较窄(如禽龙属和原巴克龙属)。颊面(具釉质的一面)的细微结构也不相同:有的初级棱非常发育(如弯龙属、禽龙属和原巴克龙属),有的初级棱不发育(如穆塔巴若龙属);有的除了大的初级棱之外,表面光滑无任何次级棱,有的则有很多的次级棱(如弯龙属有9条,禽龙属有4~6条,穆塔巴若龙属有13条,原巴克龙属有2~3条)。此外,前后两边缘的刻蚀也不一样。 禽龙科的下颌牙齿齿冠要比上颌牙齿的齿冠宽,内表面具有釉质,发育有不同程度的棱。有的初级棱发育(如禽龙属和原巴克龙属),有的初级棱不发育(如弯龙属);有的位于初级棱两边的次级棱较多,还有的从边缘小齿基部扩展出三级棱,如弯龙属有大约10条,禽龙属有1~2条。 科学家还在弯龙属中观察到了牙齿替换的过程,其方式是,从偶数位后的牙齿开始,所有位于奇数位的牙齿依次被替换,在大多数情况下,替换波从后向前,因此,替换齿系中的牙齿从后向前逐渐变小。科学家推测,在整个禽龙科中这样的牙齿替换过程可能是一种普遍现象。
4、鸭嘴龙科
单个的鸭嘴龙科恐龙的牙齿与禽龙科恐龙的牙齿非常相似,牙齿齿冠趋于加长。但是不同的是,鸭嘴龙科恐龙在每一侧的下颌骨上长有数百颗牙齿。这些牙齿通过骨组织牢固地连在一起,因而它们形成搓板状的切磨面,用来切碎由嘴前部的角质喙咬取到的食物。上下颌牙齿的这种构造可以对付较为坚硬的食物,例如多纤维的植物,甚至数枝。
单个牙齿是由牙本质和釉质所组成,具有釉质的表面呈典型的菱形,而且被一条纵向的棱分为多少有些对称的前后两部分。各个牙齿在边缘以及釉质表面的装饰上有所不同,有的光滑,有的具有瘤状的结节。在下颌牙齿齿列的舌面部分,暴露的具釉质的表面聚集在一起形成棋盘格式的面,一颗牙齿的齿根被后继的另一颗牙齿的齿冠完全隐藏起来。另一方面,在上颌牙齿齿列中,除了竖直一排的最末一颗牙齿以外,其余牙齿的釉质表面都被前面一颗牙齿的大部分所完全覆盖着,而且这里没有下牙那样的棋盘格式的面。 下颌骨的舌面很薄,在化石保存中常常破碎,使得齿根部位暴露呈板状。而在上颌骨中没有这种现象出现。 鸭嘴龙科恐龙每一列牙齿均弯曲,不象素食哺乳动物那样牙齿的咀嚼面垂直与牙齿的轴向,而是与牙齿的轴向倾斜。因此,上下牙齿的咀嚼面近于竖直而不是水平,因而牙齿的作用是剪切,而不是像马那样起磨碎作用。弯曲的齿列正好与相对应的这种齿列特点相配合,形成一个有效的取食机械。在齿列中,中部的牙齿比两端的牙齿都要大。 从我们介绍的异齿龙科、棱齿龙科、禽龙科和鸭嘴龙科的上下颌构造及牙齿的结构可以看出,从原始的鸟脚类恐龙到进步的鸟脚类恐龙,从牙齿的形态上看,有这样的趋势:1、从前上颌骨长有牙齿到牙齿消失;2、牙齿数目由少到逐渐增多;3、牙齿釉质的分布由覆盖整个牙齿到转变为分布在一面(上牙在外侧面,下牙在内侧面);4、齿冠的形状由凿形转变到接近卵圆形再到拉长的菱形;5、上牙的初级棱由不发育到非常发育,表面上的细棱有多到少。这样的变化趋势证明,在从原始的鸟脚类恐龙到进步的鸟脚类恐龙的进化中,牙齿的功能在逐渐加强,表明了鸟脚类恐龙对环境适应能力增强的一个方面。
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3 .5 自贡大山铺的“恐龙公墓”是怎样形成的? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
位于我国四川省自贡市的大山铺恐龙化石地点,以其埋藏丰富、保存完整而令世人瞩目,因此有些科学家把大山铺形象地称为“恐龙公墓”。那么,这个“恐龙公墓”是怎样形成的呢?这个迷一样的问题吸引了许多科学家的兴趣。他们从不同的角度研究这个问题,得出了一些结论,虽然还不能完全解开这个迷,但是多多少少为我们最终认识这个问题提供了可供参考的依据。下面就介绍三种理论。 1) 原地埋藏论: 这个理论由成都地质学院岩石学教授夏之杰提出,其根据是岩石学以及恐龙化石的埋藏特征。 大山铺恐龙的埋藏地层在地质学上属于沙溪庙组陆源碎屑沉积,以紫红色泥岩为主,夹有多层浅灰绿色中细粒砂岩和粉砂岩,属河流相与湖泊相交替沉积。也就是说,在1亿6千万年前的侏罗纪中期,大山铺地区河流纵横、湖泊广布。这样的自然环境,再加上当时温和的气候条件,使得这里完全成为了一个恐龙生存繁衍的“天堂”,成群结队的各类恐龙生活在这片植被茂密的滨湖平原上。但是,很可能是由于食用了含砷量很高的植物,大批的恐龙中毒而死,并被迅速地埋藏在较为平静的砂质浅滩环境里,还没有来得及被搬运就被原地埋藏起来,因此形成了本地区恐龙化石数量丰富、保存完整的埋藏学特征。 这个理论因符合埋藏学原理而显得很独特,但是它还是使人感到证据不足,因为当时大山铺地区的植物的砷含量的平均背景值是多少?能够致使恐龙猝死的砷含量又是多少?分析砷含量时的取样是否有代表性?这些问题依然需要进一步的深入研究。 2) 异地埋藏论: 这个理论认为大山铺的恐龙是在异地死亡后被搬运到本地区埋藏下来的。其证据包括:(1)如果是原地埋藏,无疑应该大多数是完整或较完整的个体,而事实恰好相反,本地区恐龙化石虽然已经发掘采集了100多个个体,但其中完整或较完整的仅有30多个个体,大约只占总数的五分之一。(2)综观化石现场,除埋藏丰富、保存完整容易被人发现的特征外,有一种不易被人所注意的普遍现象是,靠近上部或地表的化石较破碎零散,大都是恐龙的肢骨,而且很像经搬运后被磨蚀得支离破碎的样子;同时越是接近上部岩层,小化石越多,如鱼鳞、各种牙齿遍及整个化石现场,翼龙、剑龙与蛇颈龙的椎体也十分零星,并具有从南到北依次从多到少的分布规律。下部岩层则几乎都是体躯庞大的蜥脚类恐龙,保存都不完整,很明显是经过搬运后的结果。(3)砾石层的发现是研究沉积环境的重要根据。大山铺发现的砾石均位于化石层的底部,从其特征判断是经过搬运的产物,可能与恐龙化石群的形成有密切关系。 3) 综合论: 多数的科学家认为,大山铺恐龙公墓中大部分化石是搬运后被埋藏下来的,也有少部分为原地埋藏,因此这是一个综合两种成因而形成的恐龙墓地。本区恐龙与其它脊椎动物为何如此丰富?如果只有恐龙一个家族在此埋藏,两种理论可能都比较容易理解,但是除恐龙外,这里还有能飞行的翼龙以及水中生活的蛇颈龙、迷齿两栖类等等,它们的生活环境看各不相同。地质研究证明,侏罗纪中期的大山铺是一个洪泛平原,这些古老的爬行动物也可能和现生动物一样,对生活环境具有明显的选择性。恐龙中性情温和的蜥脚类恐龙常常成群结队生活于地形较低的湖滨平原上;剑龙喜居于距湖滨稍高而常年蕨类丛生的山林中;鸟脚类恐龙以其形态结构轻巧灵活又善于奔跑的特点,活跃于较高的台地上。其它脊椎动物,如翼龙,仅能在湖岸林间作低空飞行。恐龙与这些脊椎动物的生活环境和习性有着极大的区别,但它们为何会集中埋藏到一起呢?大概只能是经搬运从不同地点转移过来的;但是为什么又有许多完整的化石骨架呢?这显然又是原地埋藏的产物。最后,这种种现象看来只能有一种解释,即大山铺“恐龙公墓”的成因是原地埋藏和异地埋藏两种方式综合而成。
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