《自然—通讯》发表南京大学姜宝玉团队最新研究成果

发布者:系统管理员发布时间:2014-02-11浏览次数:1777

北京时间25日,《自然通讯》(Nature Communications)在线发表了南京大学姜宝玉团队的最新研究成果《新证据表明火山碎屑密度流导致了热河生物群的特异埋藏》(New evidence suggests pyroclastic flows are responsible for the remarkable preservation of the Jehol biota

http://www.nature.com/ncomms/2014/140204/ncomms4151/full/ncomms4151.html)。

作为中生代最重要的化石宝库之一,热河生物群产出大量的动植物化石,如早期鸟类、长毛恐龙、原始哺乳类动物和早期被子植物等。热河生物群的化石保存通常非常完整并且精美。鸟类和恐龙类化石除保存完整硬体部分外,还保存了完整羽毛、羽毛状皮肤衍生物和皮肤印痕等软体组织,一些恐龙化石甚至还保存了食物残留物(蜥蜴类和哺乳类骨架)及胃石、卵等其它生理组织。

 

 

1. 热河生物群陆生脊椎动物化石的埋藏姿势。

 

相对于系统古生物学研究取得的巨大进展,热河生物群的埋藏学研究还相对较弱。较系统的埋藏学研究始于上世纪末,很多学者都已通过对这一地区早白垩世中期的气候、火山活动、沉积环境和生态系统的重建,探讨了形成热河生物群特异埋藏的宏观和微观环境。然而,有关热河生物群如何形成的几个关键问题:如,这些生物是如何死亡的,大量的陆生动物是如何被搬运到湖泊中保存的,什么因素导致这些生物的遗体没有被湖泊生物、尤其是微生物分解从而得以完美的保存等,一直还没有得到很好的回答。

由我校地球科学与工程学院姜宝玉副教授主导的研究团队,通过对采自热河生物群五个主要化石产地产出的14块恐龙和鸟类化石及其赋存的岩石的研究,发现这些化石均保存于由火山射气岩浆喷发形成的火山碎屑密度流(PDCs)沉积中。PDCs是火山爆发时形成的一种微细火山灰(尘)和岩浆气组成的高速炙热流体(最大流速可达700 公里/小时,最高温度可达1000摄氏度),是火山爆发造成伤亡最大一种方式,曾分别于79 AD1902年造成意大利Pompeii和法国St. Pierre成千上万人的死亡。他们在化石中发现的一些证据显示,这些陆生脊椎动物是被炙热的PDCs杀死并携带到湖泊中快速掩埋起来的。例如:北票四合屯著名的鸟化石层保存的鸟化石的头尾沿着一定的方向排列,这与在空旷地带遭遇PDCs的遇难者的排列方式一致;多数陆生脊椎动物化石都呈拳击手状的姿势保存(微微向前凸的脊椎和向后凸的颈椎,弯曲的肘部和收缩的腕部和指,图1),这种保存姿势与PDCs的遇难者受高温作用所致、由死后肌肉和韧带收缩所形成的姿势非常相似;化石表面广泛保存一层由高温弱氧条件下(类似烧烤)形成的、已经炭化了的软体组织;骨骼化石表面具有不对称的凹坑、十字型的裂隙以及哈弗斯管(haversian canals)周围的片状结构在化石表面明显消失,这与庞贝城PDCs遇难者骨骼特征和骨骼高温实验结果相同。PDCs的一些特性,如流速大(形成的气浪堪比原子弹爆炸)、高温低氧、火山灰(尘)粒度极细、沉积速率高等,有利于卷入大量遭遇的生物、风干软体组织(木乃伊化)和阻止微生物的分解,从而导致大量陆生动物在湖泊中的特异埋藏。

这项成果首次提出,像现在的火山碎屑密度流一样,白垩纪中期(大约一亿两千万年到一亿三千万年前)火山碎屑密度流不仅导致了中国东北地区以恐龙为主的陆生动物的大规模死亡,而且还搬运一部分动物遗体到湖泊中埋藏起来。这种灾难性的事件记录下了中国东北地区一个相对较为完整的、白垩纪中期的陆地生态系统,就像被AD 79 Vesuvius火山爆发掩埋的罗马庞贝城一样。像通过重建庞贝城了解当时的历史和文化一样,通过对这个生态系统的研究,我们可以恢复这一时期陆地生物的多样性和生命演化的一些关键环节,如鸟类、哺乳动物和被子植物的起源和早期演化等。

《自然通讯》(Nature Communications)于北京时间25日在线发表了这项成果。包括ScienceNational GeographicHistoryNBC NewsBBC NewsUPI.comSPIEGEL ONLINEDer StandardNeue Züricher ZeitungUSA Today等在内的数十家国际主流媒体几乎同时在科学版显著位置上报道了这一成果。宾夕法尼亚大学古人类学家Janet Monge、美国自然历史博物馆古生物学家Mark Norell等知名学者也对这一成果给予了高度评价。 这项研究得到了国家自然科学基金和973项目的联合资助。