有史以来一些最令人兴奋的化石发现,都来自加拿大新斯科舍省的这一遗址

Trees affected by the Tomicus Piniperda beetle are seen at the forest of Seich Sou in Thessaloniki, Greece, June 20, 2019. Picture taken June 20, 2019. REUTERS/Alexandros Avramidis - RC15238D5100
310 million-year-old tree fossils are uncovering new ancient animalsImage: REUTERS/Alexandros Avramidis
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150多年前,地质学家威廉·道森爵士在新斯科舍省芬迪湾沿岸的乔金斯悬崖上取得了一项惊人的发现。在石化的巨型类树蕨遗骸中,保存着一只仅有微小体型、距今3.1亿年的动物骨骼。

这种动物与迄今所见的任何动物都不相同。它能够进入此前脊椎动物(有脊骨的动物)从未到达过的地方,深入石松类森林远离水边。这一切都得益于一项进化创新:羊膜卵。

尽管动物此前已在更早的泥盆纪就已登上陆地,但拥有羊膜卵的动物——如现代爬行动物、鸟类,甚至哺乳动物——繁殖时无需返回水中,而现代两栖动物仍需如此。羊膜卵是一个自成一体的“池塘”,胚胎及其全部食物和废物都储存在其中,并由一层能够抵抗干燥的保护性外壳包裹。

在约翰·威廉·道森所著《煤纪的空气呼吸者》的这幅插图中,“莱氏原螈”正跃起追捕一只昆虫。Image: 道森兄弟出版社。

道森后来为这一新型动物命名为Hylonomus lyelli,它至今仍是化石记录中最早的羊膜动物。此后,许多其他动物(有的奇特,有的熟悉)被陆续添加到芬迪湾乔金斯悬崖的发现名录中,其中包括小型爬行类、迷齿类和Dendrerpeton acadianum。

2008年,乔金斯化石悬崖被列为联合国教科文组织世界遗产。而且,这些悬崖仍在不断揭示其秘密——每一次巨大的潮汐循环都会侵蚀并暴露出更多曾在其原属赤道位置繁盛一时的古代生态系统。

古代蕨类化石记录

乔金斯古生物学意义的最初发现乔金斯的古生物学意义发生于1842年,当时英国地质学家查尔斯·莱尔爵士前往新斯科舍省。十年后,莱尔与当地地质学家威廉·道森爵士共同研究了这处距今3.1亿年的悬崖地层。悬崖之中矗立着巨型树木的遗体,仿佛被time凝固。然而,这些树木与今天森林中的树木并不相同,而是古代的巨型蕨类,其高度可达森林地面以上20至30米。

正是这些蕨类使乔金斯对于理解早期四足动物的演化尤为关键。原因在于,这些蕨类死亡后,其柔软的内部髓心腐朽消失,只留下坚硬的外层树皮和中空的内部。动物遗骸正是被困于这些中空的树桩之中,并受到保护长达3亿多年,这也是我们今天能够发现它们的原因。

新的发现

我不想隐瞒:在乔金斯,重要的化石发现屈指可数。但正是下一个重大发现所蕴含的无与伦比的潜力,让我年复一年地回到这里。而我们现在或许拥有了迎来那个重大发现的最佳机会。

经过一项极为艰辛、历时15年的合作努力,由新斯科舍博物馆、圣玛丽大学、新斯科舍地质学家约翰·卡尔德、乔金斯化石研究所以及乔金斯本地人布莱恩·赫伯特共同完成,一批新的含化石巨型树木藏品已准备就绪,静候新的目光——这是自该遗址被发现以来积累的最大规模藏品。

研究人员与机构之间的合作正在收集材料,以供未来研究之用。Image: Hillary Maddin,作者提供

在未来数年中,细致的人工修复工作将逐一揭示细小的新骨骼。新发现材料之所以特别珍贵,是因为它们采集自乔金斯剖面中比以往任何材料都更低的地层。其中的化石将成为某些动物的最早记录,这些动物属于我们所知的、至今仍然存活的动物类群——两栖类、爬行类和哺乳类——以及许多现已灭绝的类群。我们将首次看到这些先驱者的样貌,以及在四足动物演化的这一早期阶段有多少不同种类存在。

四足动物的演化

这些动物将教会我们许多关于四足动物演化最重要阶段之一的新知识:第一个陆生脊椎动物群落的建立。我们将分析它们的解剖结构,并通过与现生动物的比较,了解这些动物在生前可能在做什么。

例如,我们可以检查它们牙齿的状况,以了解它们可能吃些什么。随着当时陆生植物的爆发式增长,我们可以看到动物花了多长时间才成为食草动物,以及它们的生存策略与现代食草动物是相似,还是完全不同。

我们还可以研究它们的骨骼,以了解它们在这些新环境中从事何种活动。在年代稍晚的石炭纪地点,我们看到了证据,表明动物已经开始在生态上多样化。我们看到了最早的穴居动物以及一些可能的树栖动物(即一生大部分时间都生活在树上的动物)。

乔金斯的动物是否已经在做这些事情?如果是,那么我们将了解到动物利用其新环境诸多方面所花费的时间相对较短。如果不是,那么看起来这些先驱者需要一些时间才能在陆地环境中站稳脚跟。

这些发现与新的分析将共同修正我们对石炭纪的认识。我们将不再把它视为一个乏味、停滞、充满未特化生物的沼泽。

一幅新的图景正在浮现:这是一个充满活力的环境,并迅速被具有多种新适应能力和本领的动物所填满。

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