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地球玩“漂移”,一不小心推动了生命的演化

发布时间: 2019-4-30 19:04    查看:4114

自地球告别天文时代(又称前地质时期,是指地球历史中尚未形成岩层记录的阶段),进入相对稳定的地质历史发展阶段,地球生命演化与板块漂移也伴随着生命的诞生和板块的出现,结下了不解之缘。

所谓大陆板块漂移是指刚性的岩石圈板块在塑性的上地幔软流圈上作大规模水平方向上的运动,而生命演化则是指38亿年以来从单细胞原核生命到真核生命直至人类诞生的生命史。在生命演化的漫长历史过程中,板块离散或拼合赋予了生命演化强大的动力,创造出一系列史诗般的生命与自然相互交融,彼此关联的演化事件。

当今地球大陆板块分布有欧亚板块、非洲板块、北美板块、南美板块、大洋洲板块和南极洲板块,它们是自2亿年前从统一的泛大陆裂解后经过漫长的离散与拼合逐渐形成的。而在这之前,地球板块曾经历了多次聚合与离散,展示着地球惊人的动力,对动植物的辐射演化和大灭绝产生了深刻影响。

大陆在漂移

早在1620年,英国哲学家培根就注意到南美洲东海岸与非洲西海岸轮廓彼此吻合的现象,并提出了西半球(南、北美洲)与欧洲、非洲曾经连接的可能性。后来,又有一些欧洲的地质学家注意到南半球各大陆上的地层、构造相当一致,因此,推断它们在远古时代曾是一个统一的大陆,命名为“冈瓦纳古陆”。1912年,年轻的德国天文气象学家魏格纳经过详细研究南美大陆与非洲大陆海岸线及地质地层和古生物,出版了专著《海陆的起源》,首次正式提出了“大陆漂移学说”,并作了详尽的阐释。

魏格纳在病房的世界地图上发现,非洲的西海岸和南美洲的东海岸形状十分吻合,从而推测太古时代地球上的大陆是连载一起的巨大板块,后因大陆不断漂移才形成如今的大陆,提出了大陆漂移的假说。(图片来源:必应图库)

魏格纳认为,地球上所有的大陆在中生代以前都是统一的巨大陆块。北美与欧亚大陆曾连在一起,叫劳亚大陆;南极洲、澳大利亚、印度、非洲及南美洲连在一起,为冈瓦纳大陆。南、北古大陆之间被特提斯洋(古地中海)分隔,它们在中生代解体后,各陆块才漂移到了现在的位置,逐渐形成今天的海洋和陆地分布的格局。

在佐证大陆漂移学说诸多证据中,来自古生物化石的发现无疑是非常强有力。例如,早二叠世淡水爬行动物中龙(mesosaurus)化石在巴西和南非都有发现,三叠纪陆生的似哺乳爬行动物水龙鼍(lystrosaurus)化石广泛分布于南半球各大陆。三叠纪北美洲和欧洲有相同的热带植物群,而南半球各大陆有相同的舌羊齿(glossopteris)植物群。显然,假如二叠纪、三叠纪时海洋和大陆分布是今天这样的格局,那么,这些动植物是没有飘洋过海的本领的。因此,合理的解释应该是,当时各大陆是联合在一起的,这些生物群在这片大陆上自由迁移与广泛分布。

1.三叠纪陆生爬行类化石水龙兽;2.三叠纪约3米长的陆生爬行类化石;3.淡水爬行动物化石;4.在所有南大陆发现植物舌羊齿,证明这些大陆曾连在一起。(图片来源:网络)

大陆漂移 左右着生命的沉浮

1. 大陆离合:生物开启迁徙之路

板块漂移过程中的聚合将使生物从一个大陆迁徙到另一个大陆上,而板块的离散又将导致原来生活在同一块大陆上的生物隔洋而望,在不同大陆上朝着不同的方向演化,演绎着生物的沉沦与辉煌。袋鼠就是一个典型例子。

袋鼠目前主要分布繁殖在澳大利亚,但在袋鼠演化史上,袋鼠曾广泛分布于亚洲、北美和南美以及南极洲,说明那时的几个大陆曾一度相连。

有袋类最早的化石记录为发现于北美1.1亿年前的三角齿兽,有袋类动物的迁移大致是从北美到南美,后经南极大陆抵达澳大利亚。

大约在距今8000万年前,澳洲大陆开始了脱离南极洲向北漂移的旅程。而在这之前,澳洲有袋类的祖先已从南美洲大陆出发,途经南极洲抵达了澳洲。

随着与南极洲大陆的日渐远离,生活在澳洲大陆上的有袋类开始了独立于有胎盘类动物的演化历程。面对澳洲多样的环境,不仅产生了可媲美其他大陆上有胎盘类的物种多样性,还出现了很多因适应相似的生态位而在形态、结构和功能上与之趋同演化的例子。比如袋狼(thylacinus cynocephalus)对应了犬科动物,蜜袋鼯(petaurus breviceps)对应了北半球的鼯鼠,而袋鼹科(notoryctidae)则与非洲的金毛鼹科(chrysochloridae)非常相似。

澳洲袋鼠的兴旺固然与澳洲丰富的食物资源和多样的地理面貌有关,更是得力于澳洲缺乏大型肉食性哺乳动物天敌。而其他一度盛产袋鼠的大陆,无一例外由于存在大型凶猛的肉食性哺乳动物而被消失殆尽。

(图片来源:veer图库)

2. 超级大陆裂解:后生动物的起始

罗迪尼亚大陆(rodinia)是存在于新元古代(距今11.5亿到7亿年前)的超级大陆,由当时几乎所有陆块拼合而成。劳伦古陆位于该超级大陆的中心部位,东冈瓦纳大陆位于一侧,西伯利亚、波罗的地盾、巴西地盾和西非克拉通位于另一侧。

由于地幔柱活动,罗迪尼亚大陆产生了裂解。在其分崩离析过程中,对地球大气圈和水圈中二氧化碳的循环产生了极为深刻而深远的影响,不仅改变了前寒武纪晚期的全球气候,形成了7.5亿~7亿年前和6.1亿~5.75亿年前两次冰川过程,而且控制了生物圈的兴衰和岩石圈表层的碳酸盐、铁、锰和磷等沉积作用,对后生动物的起源产生了诱导或触发效果。

例如,超级大陆的裂解,重组了大洋环流,引发了全球上升流,大量的深海微量元素如磷元素等带入浅海,给生物的繁盛与具壳后生动物的起源与发展带来深远影响。

3. 大陆聚合:开启生物登陆高潮

在中古生代,大陆板块接连聚合,碰撞加剧,造山运动此起彼伏。志留纪晚期,伴随强烈的地壳运动,古大西洋闭合,一些板块间发生碰撞,引起强烈造山运动,使古地理面貌发生巨变,大陆面积显著扩大。

由于全球海平面的下降,原先大范围的浅海台地全部暴露出来成为陆地,使得原先生活在这些地区的植物面临着巨大的挑战。更重要的是,在这样的新环境和地理背景下,植物界的演化出现了重大变革,早期维管植物运应而生。尽管生物登陆原因复杂,但毫无疑义海陆环境的巨大变迁,促使了植物登陆,并引发了无脊椎动物和鱼类的登陆,开启了一场延续千万年的生物登陆高潮。从此地球生物界发生了巨大的演变,标志着地球历史的发展到了重大转折时期。

(图片来源:视觉中国)

4. 泛大陆形成:90%的全球生物大灭绝

古生代末的二叠纪是地壳运动较为活跃的时期,那时古大陆板块间的聚合加剧,世界范围内的许多地槽因此而封闭,并陆续形成了褶皱山系,使大陆之间紧密连接。而安加拉古陆与波罗古陆的碰撞,形成了乌拉尔山脉,贯通南北两极的超级大陆最终形成。

二叠纪时期全球构造活动与岩浆活动异常活跃。在西伯利亚及我国西南地区有超过二百万平方公里的大规模的玄武岩形成。陆地面积的进一步扩大,海洋浅海面积的缩小,自然地理环境的剧烈变化,加上复杂的构造运动大大促进了生物界的演化,预示着生物发展史上一个巨变时代的到来,这就是二叠纪末全球生物大灭绝事件,也是地质历史上规模最大、影响最为深远的生物集群灭绝事件。与古生代前两次大灭绝主要局限于海洋生物不同,二叠纪末生物大灭绝不仅导致了海洋中95%的物种在这一时期消失,而且使70%的陆生生物未能摆脱灭绝的厄运。

(图片来源:古生物博物馆)

在此次大灭绝中,繁盛于古生代早期的三叶虫、四射珊瑚、横板珊瑚、蜓类有孔虫以及海百合等全部绝灭,腕足动物、菊石、棘皮动物、苔藓虫等也遭受严重的打击。

二叠纪末的生物灭绝事件对地球生态系演变的影响也是空前的,生物礁生态系统全面崩溃,并导致了自奥陶纪建立起来的由海百合—腕足动物—苔藓虫组成的海洋表生、固着底栖滤食性动物群落迅速退出历史舞台,为中生代由现代软体动物—甲壳动物—硬骨鱼构成的活动性底栖、内生和肉食性生物群落的崛起创造了条件。

5. 大陆漂移:生物种类多样发展

中生代伊始,地球南北有二个超级大陆板块——南半球的冈瓦纳超级大陆和北半球的劳亚大陆。

北半球超级大陆自1.8亿年前三叠纪末开始,由于地幔岩浆活动和大陆板块漂移,北美洲东部与非洲西北部开始分离,导致中大西洋形成。到了1.35亿年前的侏罗纪末期,中大西洋向北大西洋扩展到格陵兰岛西部。而南半球直到1.2亿年前才开始板块分离,南美洲与非洲裂开,使南大西洋发展成一个大洋。随着北大西洋又向北延伸,使格陵兰岛与欧洲分离,最终形成与北冰洋相通的s形大西洋。侏罗纪晚期开始到白垩纪,在各大陆块继续分离漂移的同时,又发生了南半球超级大陆内部的彻底解体。

板块漂移对大陆生物的演化产生了极为深刻的影响,不断分裂的板块演化出越来越多样化的自然地理环境,促使那个时代恐龙的快速演化和发展。恐龙从三叠纪中晚期出现,到侏罗纪直至白垩纪,呈现了显著的多样性发展,从最初出现在南美洲和非洲,而后扩散到包括南极洲在内的所有大陆上。恐龙在各自的大陆上开始朝着独立的演化方向发展,至白垩纪时,恐龙多样性达到顶峰。

同时,恐龙家族的组成也发生了很大的变化。由于白垩纪自然条件的显著改变,蜥臀类中除肉食性恐龙继续演化发展以外,巨型植食性恐龙则日渐衰退。相反,恐龙中的另一大类鸟臀类恐龙则进入了大发展时期,呈现出异彩纷呈的局面。其中,除了白垩纪早期衰退绝灭的剑龙类以外,甲龙类、角龙类、肿头龙类等形态各异的全新的恐龙类群竞相出现,鸟脚类也演化出了新的类群——鸭嘴龙类。因此,白垩纪是鸟臀类恐龙的盛世。

远古的霸主(图片来源:《远古的霸主一恐龙,翼龙,鱼龙》 一书)

6. 东非:原始人类的起源与聚居之所

上新世时期,东非大裂谷开始形成,由此改变了非洲原来的地貌和气候,导致了裂谷东西两侧的气候和植被截然不同。西边依然受到大西洋暖流的影响,仍旧湿润,保持着森林和林地;而东边则变得干旱,成为空旷的稀树草原。由于气候突变产生的压力,东边的人猿共同祖先也发生了分裂,古猿开始离开森林直立行走,走向草原,迈开了类人猿向人类发展中的有决定意义的一步,成为人科成员。显然,由于气候突变产生的压力,东非成为原始人类起源与聚居之地。

(图源:视觉中国)

总之,伴随着大陆板块离合漂移,生物多样性的辉煌与沉沦在不断上演,每一阶段的生物面貌总是与当时的板块分布息息相关,终于铸就了当今生物圈的形成和自然界的多姿多彩。

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作者:冯伟民 中国科学院南京地质古生物研究所


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