澳大利亚出生的本杰明·基尔是一名北极高地的猎人他和同事兼朋友约恩·胡伦一起,选择了一个采石场,出发穿过没有树木的广阔森林挪威斯匹次卑尔根群岛是斯瓦尔巴特群岛的一部分,即使在盛夏,这里的风雪也呼啸而过。在那里,由于永久冻土融化的冻融循环,贫瘠山脉陡峭的侧面因侵蚀而崩塌。柔软的、几乎像泥一样的页岩碎片从它们的侧翼滑落,露出它们追捕的生物的痕迹。

“这是我做过的最艰难的野外工作,”基尔安全地回到乌普萨拉大学的办公室里说。“你肩上扛着步枪,而北极熊在周围跑来跑去。上次我们在暴风雪中被困在帐篷里36个小时。”

团队成员携带步枪是因为这个群岛上的北极熊比人类多,但他们依靠其他工具来狩猎。“这就是我们正在使用的东西,”基尔举着一本破旧褪色的绿色笔记本说,笔记本的大小和智能手机差不多。“这实际上是1929年的日记,我正在翻阅现场笔记。我们的想法是回溯并追踪他们在寻找比特时在做什么。”

有问题的碎片是化石,一个多世纪以来,其他猎人来到了被称为维京人组的地方寻找骨头。早期的探险队已经绘制了他们的发现,以及发现它们的岩石的种类,创造了一个记录,科尔和他的古生物学家同事们在寻找地球上最成功的动物群体之一的第一个成员时一直依赖于这个记录。他们找到了。排序的。

在最近的一封信中当代生物学,团队详细说明来自斯匹次卑尔根群岛的化石脊椎骨属于已知最早的鱼龙这是一种海洋爬行动物,在中生代(有时被称为恐龙时代)发现于世界各地。但是有一个问题。2014年在斯匹次卑尔根群岛收集到的2.5亿年前的椎骨化石,但直到最近才被研究,不符合我们所知道的地球时间线,至少不符合我们自认为知道的时间线。

基尔回忆起第一次检查化石的情景。“这是一条鱼龙,很明显,但这块石头是错的,”他记得当时是这样想的。“这比它应该有的年代要久远。当然,第一步是怀疑自己。你会说,‘不,不,这不可能。’”

研究小组进行了一系列测试,包括x射线荧光光谱——“基本上是向岩石发射放射性,”科尔说,这提供了材料独特的地球化学特征。测试证实了化石的年龄,将北极鱼龙置于中生代的早期——一个不应该出现的地方。

每个大陆都发现过鱼龙骨骼。它们是恐龙时代分布最广的海洋爬行动物。
每个大陆都发现过鱼龙骨骼。它们是恐龙时代分布最广的海洋爬行动物。弩炮,CC BY-SA 3.0/Wikimedia

中生代开始于251.9年百万年前,在世界经历过的最大规模的物种灭绝之后:二叠纪末期,从化石记录中已知的90%到96%的物种都灭绝了。虽然造成这种破坏的原因尚不确定,但大多数科学家认为,这与现在西伯利亚地区的大规模火山活动有关,火山活动向大气中释放了大量气体,基尔说,“导致了巨大的温室效应。”世界变得非常非常温暖。

“是的,这导致了物种灭绝,”他补充道,“但它也推动了进化。”

事实上,虽然恐龙出现在中生代,并最终占据主导地位,但这个时期可能更准确地称为爬行动物时代。在二叠纪末的大灭绝摧毁了整个生态系统后,爬行动物迅速多样化和分散,填补了空白。其中包括陆生爬行动物,它们搬到水里,最终适应了开阔海洋的生活:鱼龙。

“其中一个在陆地上小跑的小生物转变为生活在海里。这是第一次发生,”基尔说。虽然许多陆生动物最终都进化成了水生动物,从鲸鱼、海豹到海龟和企鹅,但鱼龙是他所说的“史诗般的转变”的先驱。

“你正在改变你的身体,从产卵、四肢行走、呼吸空气,所有你在陆地上需要做的事情,到生活在水中……这是脊椎动物进化中最大的里程碑之一,这就是我们为什么要寻找它,”科尔说,他与奥斯陆大学的古生物学家胡伦合作多年,寻找过渡时期的鱼龙:第一种陆地爬行动物,象征性地和字面上,浸入水中的生活方式。

在斯匹次卑尔根群岛发现之前,化石记录中最古老的鱼龙来自中国,距今约2.48亿年前。“问题是,(它们)已经看起来像鱼了:长长的身体,鳍状肢,改良的尾巴[带]鳍,”基尔说。“它们生活在水里,不会从水里出来。”

这意味着过渡时期的鱼龙,至少从传统的时间线来看,必须生活在二叠纪末期到中国发现的完全水生动物时期之间——这就是科尔和同事们前往北方的原因。基尔说:“斯堪的纳维亚半岛的北极地区保存着年龄完全合适的岩石。”“数百米的古老海底沉积物刚刚堆积起来。”

斯匹次卑尔根岛上的维京组是最早发现鱼龙遗骸的地方。
斯匹次卑尔根岛上的维京组是最早发现鱼龙遗骸的地方。本杰明Kear

在格陵兰岛和基尔岛进行实地考察后2019年加入斯匹次卑尔根群岛的胡鲁姆群岛,在那个季节发现了几个有希望的发现。大流行使团队的探险被搁置,因此古生物学家冒险进入他们机构的档案,检查过去几年从维京格达组收集的材料。在那里,他们发现了一条鱼龙的多块椎骨和一些碎片,它大约有10英尺长,比当时大多数其他动物都要大。它生活的时候,现在的斯瓦尔巴特群岛应该是一片开阔的海洋,远离陆地,它完全适应了那种环境,它的脊椎骨与现代鲸鱼非常相似,这可能花了大约1000万年的时间从陆地到海洋的过渡

“鱼龙和今天的鲸鱼一样,减少了骨骼中骨骼的数量以保持浮力,”基尔说。“当你观察鲸骨时,它就像海绵,因为它们(也)在骨头中储存油。他们的骨架漂浮着。鱼龙也是这么做的。”

后来的鱼龙,比如一个一亿八千万年前的侏罗纪标本自然在2018年,甚至还有脂肪这是它们与鲸鱼和其他现代海洋哺乳动物共同的另一种适应。虽然不能确定斯匹次卑尔根群岛的动物是否有脂肪,但基尔说:“你可以通过观察骨骼的微观结构来了解这种动物有多远洋。[斯匹次卑尔根岛的鱼龙]不是早期的过渡形态。它和侏罗纪时期的高级鱼龙一模一样。”

计算机断层扫描图像(左)和横切面显示了鱼龙椎骨的内部骨骼结构,它是海绵状的,就像现代鲸鱼的一样。
计算机断层扫描图像(左)和横切面显示了鱼龙椎骨的内部骨骼结构,它是海绵状的,就像现代鲸鱼的一样。Øyvind Hammer和Jørn Hurum/由Benjamin Kear提供

基尔和同事们发现了已知最古老的鱼龙——但它不是陆地动物,也不是正在向海洋过渡的动物。它已经高度适应了开放水域的生活,这就提出了一个新问题。古生物学家一直认为鱼龙是在二叠纪末期进化而来的。从地质学角度来说,从大灭绝到斯匹次卑尔根群岛,一眨眼工夫,陆生动物是如何从陆地过渡到沿海地区,再到深海的呢?

基尔说:“把如此戏剧性的进化挤在这么长的时间里,这是前所未有的。”“以我们自己的进化为例。为了创造古人类,这个会走路的,脑容量大的东西,建造航天飞机和杜松子酒和奎宁水,花了四五百万年的时间,这已经是从直立的猿类进化而来的,找不到更好的词了。你说的是一种用腿快速移动的东西,在不到200万年的时间里就变成了一种看起来像鱼的东西。”

正如研究小组所看到的,只有一个合乎逻辑的解释:鱼龙谱系并没有在二叠纪末大灾难之后进化出来——它们幸存了下来。

“不管你怎么烹饪,它们都在那里,”基尔说。“它们在大灭绝之前就存在了。”如果鱼龙出现在二叠纪末期之前,并在中生代继续繁荣,那么还有哪些动物可能也经历过,挑战我们对地球生命史上最大灭绝事件的看法?

1918- 1909年,斯瓦尔巴特群岛的斯匹次卑尔根群岛探险队员。一个多世纪以来,岛上丰富的化石沉积物吸引了古生物学家,但许多收集到的材料仍未被研究。
1918- 1909年,斯瓦尔巴特群岛的斯匹次卑尔根群岛探险队员。一个多世纪以来,岛上丰富的化石沉积物吸引了古生物学家,但许多收集到的材料仍未被研究。瑞典国家科学技术博物馆,公共领域/维基媒体

范德堡大学古生物学家尼尔·凯利,他研究鱼龙和海洋生态系统的进化,并没有参与这项研究,他称这些发现“令人欢迎和有趣”,但也“不确定”——化石毕竟只是部分遗骸。他认为这一发现可能是“继续深入岩石记录中探索进化史的火花”。

其他古生物学家和凯利一样,对斯匹次卑尔根岛化石的反应既热情又谨慎:“这些脊椎骨是绝对的赠品,这是一块正宗的鱼龙脊椎骨!布里斯托尔大学的古生物学家迈克尔·本顿说,他没有参与这项研究。但本顿也不相信是时候彻底改变我们对二叠纪末期的理解了,包括哪些动物可能意外地存活到了中生代的第一个时期——三叠纪。

“不要重写教科书,而是把‘鱼龙在大灭绝后迅速进化’改成‘鱼龙进化了’非常本顿说,他与人合著了一份2022年的报告地球科学前沿篇关于“三叠纪革命”期间海洋生物的大规模快速多样化。

本顿补充说,无论鱼龙是在二叠纪末期之前还是之后进化的,它们在这一时期的生存能力本身就值得注意。“早三叠世灭绝后的世界并不太平;事情并没有简单地恢复正常。早三叠纪被全球变暖危机和进一步的灭绝所打破,至少有三次。在这种具有挑战性的条件下,任何东西都很难合理地恢复,尤其是像鱼龙这样的顶级捕食者。”

合肥工业大学古生物学家刘军也曾研究过这一时期海洋生态系统的快速进化他对斯匹次卑尔根群岛的化石材料属于一条完全属于海洋的鱼龙很有信心,也很兴奋。但他希望在该遗址的新挖掘中发现更多的化石,以确认它的年龄。“作者做了出色的地球化学分析,”刘说,但是,由于侵蚀,滑坡页岩的地貌变化,这种物质没有在原来的位置被发现。

范德堡大学的凯利虽然同意斯匹次卑尔根岛的化石似乎来自鱼龙或近亲,但他也认为,从这片最早的三叠纪化石中找到更多的骨头很重要:“它有可能是其他东西,尤其是因为我们没有这个时代的其他化石可以比较。”

刘和凯利可能会实现他们的愿望:基尔和胡鲁姆计划今年7月回到现场。“最令人兴奋的是,会走路的鱼龙还在那里,等着被发现,”基尔说。“我完全期待它会出现。我们要回到斯瓦尔巴特群岛,我们要拼命寻找它。”