恐龍亂葬崗中的恐龍死於乾旱

案件已塵封,但關鍵線索指向古代馬達加斯加的兇手身份

一具遺骸側臥,頭部和頸部向骨盆方向拉回——這是一個典型的死亡姿勢。手臂和腿仍然處於解剖學上的正確位置,但仔細觀察會發現手和腳的骨骼脫臼,儘管大部分部件都存在且有記錄。頭骨也有些脫節,同樣地,各個碎片也彼此靠近。奇怪的是,尾巴的尖端完全不見了。附近還躺著更多屍體,它們的儲存狀態和散亂程度明顯不同。有些仍然基本完整,有些只剩下一個頭骨、一塊肩胛骨、一根肢骨。這些不幸的生物是死在這裡的,還是死後被帶到一起的?它們是同時死亡的,還是死亡是隨著時間推移發生的?是什麼殺死了它們?

我們的馬達加斯加和美國古生物學家及地質學家團隊在2005年夏天於馬達加斯加西北部的古老沉積物中發現這個亂葬崗時,就開始提出這樣的問題。馬達加斯加島嶼的威尼斯紅土壤賦予了它“大紅島”的綽號。當我們在尋找答案時,我們發現了一些有趣的資訊,但我們完成這項任務的方式可能和我們的發現一樣有趣。

在做任何事情之前,我們為這個地點命名,將其命名為MAD05-42,以指示發現年份以及它在該地區化石地點發現序列中的位置。第二項任務是識別死者,根據我們在該地區其他地方的發現,我們很快辨認出大部分遺骸是各種恐龍的。


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這個恐龍墓地在馬達加斯加西北部並非獨一無二。它與我們在貝里沃特拉偏遠村莊附近的半乾旱草原地區十多年的地質調查中反覆看到的模式相符。在那裡,我們發現了一層又一層的集體死亡,大大小小、老老少少的動物遺骸壯觀地埋藏在骨床中。因此,當我們努力揭示是什麼殺死了MAD05-42中的動物時,我們也不禁想知道為什麼我們在這裡發現瞭如此多的骨床,以及為什麼它們儲存得如此完好。

開啟一樁非常古老的案件
我們遲到了數百萬年,無法使用現代驗屍官的大部分工具。為了從骨骼和岩石中挖掘出隱藏的線索,我們不得不求助於地質年代測定技術,以及被稱為埋藏學的研究領域,該領域探索有機遺骸從生物世界到死亡世界的命運。

在為該地點命名後,我們從骨骼嵌入的岩石中挖掘出骨骼。我們首先使用鏟子和岩石錘去除覆蓋的沉積物,然後改用牙科探針和精細刷子來暴露骨骼本身。我們非常小心,不要損壞脆弱的骨骼表面。一旦我們完全暴露了骨骼遺骸,我們就繪製並拍攝了它們被發現的確切位置,以記錄任何重要的空間關係。接下來,我們用固化膠浸泡脆弱的骨骼,並用粗麻布和石膏的保護層小心地包裹它們。石膏凝固後,我們對骨骼進行編目,幷包裝好,以便長途跋涉到我們在美國的實驗室,在那裡,我們稍後會費力地去除任何剩餘的沉積物,並詳細研究骨骼,特別注意表面上可能揭示兇手身份的任何痕跡。

在該地點,我們確定死者儲存在一個獨特的沉積岩體中,該巖體被稱為梅瓦拉諾組,位於白堊紀-古近紀界線以下幾十米處——大約在6600萬年前,所有恐龍(除了鳥類)和許多其他生物在全球範圍內遭受滅絕。墓床位於大規模滅絕層位下方44.5米處,梅瓦拉諾組當地頂部下方14.5米處。測量地層下方岩層中火山岩礦物的放射性衰變,得出的年齡約為8800萬年。地層上方和夾層中的海洋沉積物,是由沿著該島西海岸漲落的海洋沉積下來的,其中含有貝殼和單細胞微生物的微小骨骼,這些微生物在其他地點的年代測定結果表明接近白堊紀末期,但並非真正末期。因此,所有時間證據都表明死亡發生在約7000萬年前。無論是什麼殺死了MAD05-42採石場的恐龍,都與數百萬年後發生的全球大滅絕無關。

埋藏學也推動了我們的調查。埋藏學研究骨骼修飾(骨骼是被燒焦、折斷還是被咬過?)、屍體擾動(食腐動物或掠食者肢解和選擇性移除身體部位)以及埋葬歷史(屍體是如何被埋葬的以及埋葬後發生了什麼)。化石化過程的研究——本質上,是什麼使骨骼變成石頭——也屬於這門科學的範疇。

當我們從埋藏學的角度考慮MAD05-42採石場的死者時,我們可以看出它們是在一段較長的時間內死亡的,可能持續數週或數月,因為它們的屍體揭示了不同的死後歷史。例如,一些屍體基本完整,另一些則被肢解並廣泛散佈,這不會是瞬間發生的。此外,一些骨骼狀況極佳,而另一些則顯示出高階風化和表面退化的跡象。當古代骨床中的動物在不同時間死亡時,我們將該地點描述為“時間平均”,並使用埋藏學線索來評估第一次死亡和最後一次死亡之間的時間量。儘管我們無法準確確定形成這個特殊墓床經過了多少時間,但我們確實知道,對於埋葬在這裡的動物來說,死亡並非在同一瞬間降臨。

犯罪現場
馬達加斯加陸塊的地質歷史也為是什麼殺死了這些恐龍提供了重要線索。在中生代初期(2.52億年前),馬達加斯加位於岡瓦納大陸(盤古超大陸的南半部分)的中心,夾在非洲和印度之間,南極洲靠近其南端。構造活動很快大規模地重新排列了岩石圈板塊,到侏羅紀晚期(1.6億年前),馬達加斯加已經從非洲裂開並向南移動,印度緊隨其後。到8800萬年前,在白堊紀晚期,馬達加斯加重新縫合到非洲板塊,儘管距離大陸約400公里,而印度次大陸和南極洲已經裂開,使世界第四大島嶼孤立在印度洋中。

在與非洲板塊重新結合後,馬達加斯加向北移動到其目前在南半球熱帶地區的位置。但是,當正在調查的死亡事件發生時,大約在7000萬年前,馬達加斯加北部位於南緯30度附近——仍然遠離南迴歸線(現在穿過馬達加斯加南部),並且可以說完全在亞熱帶天氣模式的影響範圍內[參見第69頁的方框]。今天,主要的沙漠和半沙漠分佈在赤道南北緯15至35度之間的地帶。這些乾旱帶反映了大規模的大氣環流模式(稱為哈德萊環流圈),這些模式將大量炎熱乾燥的空氣帶到地球表面,此前這些空氣在赤道附近釋放了水分。由下降氣流形成的的高壓區往往使降雨在大部分時間裡處於停滯狀態,但當降雨來臨時,可能會非常強烈。

梅瓦拉諾組的岩石提供了令人信服的證據,證明白堊紀晚期氣候為半乾旱和季節性氣候。最能說明問題的是紅色氧化古土壤(古代土壤),其中含有儲存完好的垂直定向根系鑄型。今天,垂直根系在植物已適應乾旱條件,透過尋找更深的水分和養分來源的地方很常見。此外,梅瓦拉諾組的許多遺蹟根系都覆蓋著碳酸鈣,或者散佈著被稱為碳酸鹽結核的不規則礦物質團塊。在現代世界中,富含碳酸鈣的氧化土壤往往出現在半乾旱到乾旱地區,那裡的蒸發和蒸騰作用限制了降水的影響。

這種古代地形的其他沉積物是在淺而多沙的河流中沉積下來的。這些沉積物也提供了亞熱帶歷史的有力證據,清楚地表明水流波動劇烈,而且可能是季節性的。當河流流動時,水流驅動波紋和沙丘向下遊移動,從而形成堆疊的傾斜分層組,地質學家將其稱為交錯層理。

毫無疑問,恐龍和許多其他動物經常光顧這些河流,以尋找水源、食物或避難所。事實上,MAD05-42採石場的骨骼就散落在這些古代河道之一中。河流有時是乾涸的;有時則洶湧澎湃,泥漿和沙子像濃稠的奶昔一樣。我們將回到這些泥漿——它們在我們的故事中扮演著重要的角色。

確定兇手
單個動物可能會以多種方式死亡——如果目標是在化石記錄中確鑿地確定兇手,那麼方式可能太多了。但在集體死亡的情況下,例如梅瓦拉諾組中的那些情況,選擇會大大減少。為了幫助將可能性縮小到一個,我們再次求助於埋藏學。馬達加斯加的骨床通常儲存著不止一種動物的遺骸,無論是多種恐龍,如MAD05-42,還是更多樣化的組合,如MAD93-18採石場[參見第65頁的方框],該採石場已出土魚類、海龜、蛇、鱷魚、三種不同的非鳥類恐龍、鳥類和哺乳動物的骨骼遺骸。這個兇手是不分青紅皂白的,不注意大小、年齡、分類或棲息地——這一事實傾向於排除掠食者,如食肉恐龍或鱷魚,因為現代掠食者通常至少表現出一定程度的獵物選擇。

也沒有任何證據支援基於疾病的情景(儘管用化石骨骼很難檢測疾病)。由於這些生物在不同時間死亡,我們不懷疑戲劇性的瞬時事件,如地震、洪水或火災。無論是什麼殺死了這些動物,都是隨著時間推移發生的,並且在受害者自行到達河流後單獨襲擊它們。我們也有無可辯駁的證據表明,兇手在不同的地點反覆襲擊,但基本作案手法相同。這些動物不是在白堊紀晚期糟糕的一天中倒下的——而是有很多糟糕的日子。

當所有證據都擺在眼前時,我們可以自信地確定一個兇手:乾旱。機會肯定存在;這是一個亞熱帶生態系統,有明顯的乾旱和季節性跡象。此外,我們可以看到動物聚集在乾涸的河床中,可能在剩餘的水池周圍,在那裡它們一次又一次地死亡,因為優質飲用水和食物消失了。今天,致命的乾旱,尤其是在非洲和澳大利亞內陸地區的部分地區,促使動物聚集在剩餘的資源周圍。在長期乾旱期間,數千只動物可能會在它們最後的飲水希望之地死亡,它們的屍體可能會在幾年內聚集在區域性“死亡區”。

對現代與乾旱相關的死亡率的研究表明,儲存在梅瓦拉諾骨床中的不幸動物最終可能死於多種原因:脫水、熱應激、營養不良,甚至可能是中毒,因為它們日益減少的水源變得汙濁和有毒。事實上,我們有一些誘人的證據表明,在吸引動物聚集在一起的停滯水池中發生了藻類大量繁殖。來自東田納西州立大學的白堊紀花粉專家邁克爾·扎瓦達從與骨骼相關的岩石中分離出了微小的藻類孢子;然而,這些孢子是否代表有毒藻類大量繁殖的明顯線索,還有待證實。

但是,動物的屍體是如何儲存下來的,其中許多儲存得如此精美?生物遺骸在地面上往往儲存不佳,在那裡,食腐動物佔據主導地位,陽光緩慢但無情地漂白即使是最大的骨骼,直到它們裂開並最終變成塵土。當長期儲存在化石記錄中至關重要時,埋葬應在死亡後儘快發生。事實上,可以認為,從化石的角度來看,快速埋葬是通往永生的最關鍵鑰匙。

對於我們這些研究這些化石的人來說幸運的是,一位非常高效的承辦人在與惡劣的天氣協同運作。週期性地在乾涸的河床中造成災難的乾旱條件最終不得不結束,當降雨返回時,就像猛烈的報復一樣,它們引發了泥石流。由降雨引起的侵蝕動員起來的粘稠的綠色泥漿和沙漿傾瀉在骨骼上並將其包裹起來。掩埋床的沉積特徵反映了一種特殊類別的流體流動,其中湍流受到抑制,水和沉積物都以基本上是塑性的方式整體移動。這種型別的質量流,通常被稱為泥流,在今天並不少見。2005年瓜地馬拉致命的泥石流,是由斯坦颶風的暴雨引發的,就是一個現代例子。

在致命的乾旱造成損失之後,一次又一次,厚厚的泥漿和沙床流過屍體和散落的骨骼,無論它們屬於幾分鐘前還是幾個月前死亡的動物,並將它們有效地打包在一起,放入一個保護性的永久沉積墓穴中。這將再過7000萬年,這些墓穴才會被開啟,其中的驚人故事才會被揭示出來。

更多探索

馬達加斯加的怪物。約翰·弗林和大衛·克勞斯,《國家地理》,第198卷,第2期,第44-57頁;2000年8月。

馬達加斯加恐龍食蜥王龍中的同類相食現象。雷蒙德·R·羅傑斯、大衛·W·克勞斯和克里斯蒂娜·柯里·羅傑斯,《自然》,第422卷,第515-518頁;2003年4月3日。

馬達加斯加晚白堊世的細粒泥石流和非凡的脊椎動物埋葬。雷蒙德·R·羅傑斯,《地質學》,第33卷,第4期,第297-300頁;2005年4月。

雷蒙德·R·羅傑斯是麥卡萊斯特學院的地質學教授。他的研究重點是古代沉積環境和脊椎動物埋藏學——一個探索生物如何在化石記錄中儲存下來的研究領域。

更多作者:雷蒙德·R·羅傑斯
SA 特刊 第23卷 第2s期本文最初以“7000萬年的謀殺之謎”為標題發表於SA 特刊 第23卷 第2s期 (), p. 62
doi:10.1038/scientificamericandinosaurs0514-62
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