毛毛雨如何可能导致冰河时代巨兽灭绝

The fossilized remains of two Gallimimus skeletons are on display during a repatriation ceremony at the United States Attorney's Office of Southern District in New York July 10, 2014. U.S. authorities on Thursday agreed to ship the remains of 18 dinosaurs back to Mongolia after finding the smuggled fossils during a criminal investigation. The dinosaur remains, all between 68 million and 80 million years old, were looted from sites in the Gobi desert. REUTERS/Eduardo Munoz (UNITED STATES - Tags: CRIME LAW SCIENCE TECHNOLOGY POLITICS ANIMALS SOCIETY) - RTR3Y311
This discovery prompts a rethink on some of the key mysteries in the extinction event.Image: REUTERS/Eduardo Munoz
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根据我们的新研究,上一次冰河时代末期的潮湿天气似乎促使猛犸象和巨型地懒等大型食草动物的生态系统在欧亚大陆和美洲的广阔地区走向灭绝。

这项研究今日发表于《自然·生态与进化》的研究显示,1.1万至1.5万年前,许多地区的地貌突然变得更加潮湿,草原转变为泥炭沼泽和森林,许多大型动物物种也随之走向灭绝。

通过分析灭绝前一段时期欧亚大陆、北美洲和南美洲大型动物化石的骨骼化学成分,我们发现这三大洲的湿度都出现了同样显著的上升。这可能迅速改变曾覆盖全球三分之一地区的草原生态系统。

世界从最近一次冰河时代解冻后的时期,已经得到了非常充分的研究,这在很大程度上要归功于永久冻土中保存的大量动物骨骼。对研究人员来说,这一时期简直是一座金矿——字面意义上也是如此,因为许多化石最初是在淘金作业中发现的。

我们在澳大利亚古代DNA中心的工作通常涉及已死亡很久的生物遗传物质。因此,我们积累了这一时期来自世界各地的大量骨骼。

不过,我们最新的发现来自一次研究重点的转移:我们不再关注DNA,而是转向化石骨胶原中保存的氮原子。

化学特征

氮有两种稳定同位素(质子数相同但中子数不同的原子),分别称为氮-14和氮-15。环境条件的变化会改变土壤中这两种同位素的比例。这种变化会反映在生长中植物的组织里,最终也会反映在食用这些植物的动物骨骼中。在干旱条件下,蒸发等过程会优先带走土壤中较轻的氮-14。这造成了许多草原哺乳动物身上一个有用的相关性:骨骼中的氮-14越少,环境湿度就越高。

我们研究了511块经过精确测年的骨骼,涉及野牛、马和美洲驼等物种。结果发现,1.1万至1.5万年前,湿度显著飙升,影响了欧洲、西伯利亚、北美洲和南美洲的草原。

湿度飙升之际,地貌正经历剧烈变化。面积堪比大陆的巨大冰盖正在崩解并退缩,在身后留下湖泊和河流。海平面不断上升,变化中的风向和洋流将降雨带到了曾经干燥的大陆内陆地区。

研究显示,湿度在冰盖融化之后、新植被类型(如泥炭地)扩张之前达到峰值(图中数据来自加拿大和美国北部)。Image: 《自然》

因此,森林和泥炭地开始在原本以适应干燥环境的草类为主的地区形成。草类也特别适应放牧——事实上,它们依赖食草动物传播养分,并在每个季节清除地面的枯枝落叶。另一方面,森林植物会产生毒性化合物,专门用来驱避食草动物。数十年来,研究人员一直讨论这一观点,认为入侵的森林导致草原群落崩溃。

我们的新研究为这起灭绝事件找到了关键证据。森林扩张及随后的灭绝期间,湿度不仅影响了草原哺乳动物,而且这一现象几乎遍及全球。

重新审视灭绝事件

这一发现促使我们重新思考灭绝事件中的一些关键谜团,例如非洲的特殊情况。非洲许多大型动物——大象、角马、河马等——躲过了灭绝事件,与其他大陆的同类不同,它们一直存活至今。

有人认为,这是因为非洲大型动物与人类共同演化,因此天生警惕人类猎手。然而,这种说法无法解释欧洲明显的灭绝阶段。尼安德特人至少在20万年前就已生活在那里,而解剖学上的现代人类约在4.3万年前才抵达。

我们认为,湿度驱动灭绝的假说能提供更好的解释。非洲横跨赤道,其中央的森林季风带始终被绵延的草原环绕,并逐渐过渡为南北两侧的沙漠。正是这些草原的持续存在,使当地大型动物得以相对完整地存活下来。

我们的研究或许也有助于理解当前气候变化可能如何影响当今生态系统。

了解过去的气候变化如何影响生态系统,对于准确预测未来气候变化可能如何影响生态系统至关重要。人们常用干旱和饥荒的图景来呈现人为全球变暖的后果。但我们的发现提醒我们,所有快速的环境变化——无论变湿还是变干——都可能导致生物群落和生态系统发生剧烈变化。

在这个案例中,变暖带来的不是干旱焦土,而是数百年持续不断的英式毛毛雨,伴随着降雨、雨夹雪和阴沉的天空。这似乎是一种相当令人不快的消亡方式。

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