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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

日志

 
 
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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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穿越5亿年又如何!  

2012-06-07 15:53:24|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:Lithium

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【美剧《史前新纪元》中,人类因为严重的空气污染和人口问题,不得不穿越到白垩纪去开辟新的生活。不过,这真的是一个明智的选择吗?】

“那时地球还年轻,我们诞生在荒凉大海里,演化到了寒武纪,我们长出脊椎和勇气”。如果你听着五月天的歌,头脑发热想前往年轻时代的地球,恐怕这个美好的梦想会撞上冷酷的现实。时光旅行什么的最有爱了。但是,面对错综复杂的地质时期,你准备好了吗?

(编者注:先奉上地质年代参照表一张(参考维基资料制作),阅读接下来的穿越指南,你可能需要反复用到它,清晰版请见 这里

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【地质年代是用来描述地球历史事件的时间单位,常用于地质学和考古学。】

喘气有风险

穿遇到史前,你首先要考虑的将是呼吸问题。在45亿多年的历史中,地球的原始大气本没有氧气,直到24亿年的大氧化事件(Great Oxygenation Event),氧气才因藻类含辛茹苦的光合作用聚集起来。前寒武纪时代的氧气浓度一般低于10%,不适合时光旅行。显生宙的浓度则约在15-30%之间波动。其中,石炭纪的氧气浓度高达30%。可别急着庆幸它会带给你舒爽的感觉,缺氧的后果不用多说,长时间暴露在过高压力的氧环境,同样可能会让人氧中毒。

另一个需要考虑的指标则是二氧化碳。显生宙的二氧化碳浓度经历了两个大的旋回。寒武纪到泥盆纪的浓度很高,大约在4000到5000ppm,是现在的15倍左右。石炭纪、二叠纪则是一个低谷。三叠纪到白垩纪的浓度再次回升,但只有现在的5倍左右。虽然人体还是能够忍受这种浓度的二氧化碳,但考虑到显生宙复杂多变的氧气浓度,建议你还是小心为上。在穿越之前,还是请带好氧气瓶以防万一吧。

冷暖早知道

我们现在就处于间冰期——也就是两次冰期之间,气候暖和,适宜居住。但地球上也不缺乏冰期这种hard模式。元古宙新元古代的“雪球事件”是规模最大的一次冰期。当时地球上的海洋全部被冻结,阳光被白茫茫的冰层肆意反射,仅仅在厚达两公里的冰层下存有少量因地热而融化的液态水。如此恶劣的环境,是每一个时光旅行者的噩梦。显生宙则至少经历过三次大冰期,分别是奥陶纪志留纪之交、石炭纪二叠纪之交和第四纪。其中每个大冰期之中又有更小的冰期与间冰期,需要进一步分析。

气候还与板块构造有密切的联系。一般来说,当大陆汇聚,形成超大陆,海平面下降,大陆性气候为主,变得干燥;而当大陆分离,海平面上升,则以海洋性气候为主,气候变得温暖潮湿。例如,在三叠纪,全球的大陆汇聚成盘古大陆,气候变得干燥炎热,是典型的大陆性气候——季节分明,有强烈的雨季。到了侏罗纪,大陆开始裂解,海水进入裂缝为大陆带来咸湿的海风,气候也变得而温暖潮湿起来。

吃货怎么办?

远古旅行,恐怕就得和大部分我们熟悉的食谱说再见了。最早的古种子(Runcaria heinzelinii),在泥盆纪中期萌发;而第一朵花辽宁古果(Archaefructus liaoningensis),盛开在1.25亿年前的白垩纪早期。因此,绝大多数时期都看不到现在与我们生活息息相关的被子植物。包含马铃薯、番茄、辣椒、茄子的茄科,包含豌豆、扁豆、花生的豆科,包含苹果、李、梨、杏的蔷薇科,都要等到新生代才能见到。而为我们辛勤提供肉和乳制品的偶蹄目(包括猪、牛、羊、骆驼),最早出现在5400万年前的始新世。所以,你必须有一份“吃螃蟹的”勇气。如果现在的你对蕨菜钟爱有加,穿越后倒不妨试试一份搭配蕨类植物的恐龙大餐吧。

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【左:辽宁古果的复原图。右:餐桌上的蕨菜。图:nipic.com】

不过,倘若你怀念起全新世的“莼羹鲈脍”,在广阔的地质世界中仔细寻找,还是能享用一些熟悉的食物。如果你是水产品的爱好者,可以尝试侏罗纪中期最早的螃蟹。最早的辐鳍鱼出现在4.2亿年前的志留纪晚期。到了中生代,各种各样的真骨鱼已经畅游在水中,到现在已成为最成功的鱼类。龟与水反应生成的王八汤,到2.2亿年前的三叠纪晚期就能喝到。那时出现的原始的龟半甲齿龟(Odontochelys semitestacea),已有腹甲,但背甲还没有完全形成,只是变宽的肋骨,恐怕处理起来还要再花一番脑筋。

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【左:想象中的薄鳞鱼鱼群。这些长约30厘米,喜欢群居的鱼,是第一类真正的硬骨鱼。右:半甲齿龟的化石。图:Nobu Tamura】

到了白垩纪,吃货们的选择就更多了。真菌虽然从前寒武时期就已经出现,但是类似蘑菇的伞菌的化石记录却并不多见,目前发现的最早记录Archaeomarasmius leggetti,来自9000-9400万年的白垩纪晚期的琥珀。禾本科,这个包含了小麦、稻谷、玉米等众多粮食作物的植物类群,在新生代开始摇曳多姿。然而在6500万年前的白垩纪晚期的恐龙粪便化石中,已经发现了类似现今禾本科的植硅体。鸟类在侏罗纪出现,到了白垩纪晚期,你已经可以见到鸡、鸭、鹅等近亲的身影。你还能在此时偷得一口“新鲜”的蜂蜜。伴随着被子植物的兴起,白垩纪早期的琥珀中已经发现了能采集花粉的原始蜜蜂Melittosphex burmensis

与危险同行

当然,行走江湖,动物既是食物,也是威胁。石炭纪高的氧气浓度,催生了一大批庞大的节肢动物,当时的天空飞翔着翼展能达75厘米的巨脉蜻蜓(Meganeura monyi),陆地上爬着体长70厘米的巨蝎(Pulmonoscorpius kirktonensis)。建议患有昆虫恐惧症(entomophobia)、蜘蛛恐惧症(arachnophobia)的同学就不要来这里挑战自己的心跳。在约3.95亿年前的泥盆纪中期出现第一个四足动物的脚印。爬行动物在石炭纪晚期出现,到二叠纪开始大量发展,其中就有哺乳动物的祖先兽孔目。但要记住,当时的优势肉食性动物安蒂欧兽和丽齿兽,可不会和你攀亲戚讲客气。

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【面对一只蜈蚣,会有多少人花容失色?那么,假若面对的是图中右上角那位——石炭纪蜈蚣的远亲节胸属呢?图:bbc.co.uk】

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【二叠纪晚期,一只狼蜥兽在攻击盾甲龙。图:wiki commons】

你或许早就听说过以下令人闻风丧胆的名字:侏罗纪的异特龙、食蜥王龙、蛮龙和角鼻龙,白垩纪的埃及棘龙、南方巨兽龙、鲨齿龙和雷克斯暴龙。天空中翼龙的威胁也不可小觑。有史以来可能最大的飞行动物,白垩纪晚期的诺氏风神翼龙(Quetzalcoatlus northropi),还可能在陆地上大开杀戒。即使是看起来温顺的蜥脚类恐龙也暗藏杀机。这些庞然大物能在泥泞中踩出一连串致命的深坑,可谓“一步杀十人”。

什么?你害怕了?拿出一点灭绝旅鸽、渡渡鸟、恐鸟、袋狼、斑驴、南极狼、爪哇虎的胆识!什么物种在人类面前能不颤抖?

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【你考虑过食物的感受吗!当你站在一只既能飞又能跑的诺氏风神翼龙面前,你大概就会明白为什么祈祷比逃跑更有用。图:scienceblogs.com】

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【这只在马门溪龙脚印的泥潭里挣扎的五彩冠龙,大概在提醒我们走路时看路有多么重要。图:wiki commons】

灭绝惨案

最后,我们一定要提醒你注意飞来横祸——生物集群灭绝。在一个相对较短的地质时间里,某种不可抗力的原因——或许是火山爆发,或许是陨石撞击,以摧枯拉朽之势埋葬地球上绝大多数的生物。显生宙有五次灭绝事件最为惨烈,分别发生在奥陶纪末期、泥盆纪末期、二叠纪末期、三叠纪末期和白垩纪末期。而较小的灭绝事件,也可能有20次以上。

引起灭绝的原因多种多样。二叠纪末则是显生宙最大的一次灭绝,带走了全球96%的海洋生物和70%的陆生脊椎动物。关于这次灭绝的说法众多,其中一种解释是,当时地球大规模的火山爆发,先产生火山灰造成全球变冷,后产生大量的二氧化碳与甲烷,造成全球变暖。而最著名的白垩纪末灭绝,目前认为是由一颗陨石撞击地球引发。它带走了恐龙,迎来了哺乳动物的兴起。同样的“天外横祸”可能发生在奥陶纪末。有少数科学家认为一次持续了十秒的由极超新星放出的伽马射线暴,摧毁了地球的臭氧层,导致了食物链的崩溃。

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【想象中伽马射线袭击地球的情景。图:nasa.gov】

以上建议,只能为你的穿越之旅提供一个大概的参考。至于某个具体年代,具体区域的细节,还请继续咨询穿越地质学家的建议。当然,如果这能让你在史前生活的种种艰辛面前,怀念全新世的美好生活并开始珍惜,那就更好了。

参考资料

[1]Berner et al.(2007). Oxygen and Evolution. Science. 316 (5824): 557-558.

[2]Berner. (1990). Atmospheric Carbon Dioxide Levels over Phanerozoic Time. Science. 249 (4975): 1382-1386.

[3]Sun et al. (2002). Archaefructaceae, a New Basal Angiosperm Family. Science. 296 (5569): 899-904.

[4]Prasad et al. (2005). Dinosaur coprolites and the early evolution of grasses and grazers. Science. 310 (5751): 1177-1180.

[5]Poinar et al. (2006). A Fossil Bee from Early Cretaceous Burmese Amber. Science. 314 (5799): 614.

[6]Hibbett et al. (2002). Cretaceous mushrooms in amber. Nature. 377, 487.

[7]Raup et al. (1982). Mass Extinctions in the Marine Fossil Record. Science. 215 (4539): 1501-1503.

[8]Lucas et al. (2005). Trackway of a giant Arthropleura from the Upper Pennsylvanian of El Cobre Canyon, New Mexico, in: Geology of the Chama Basin. Lucas et al. New Mexico Geological Society, Guidebook, 56th Field Conference: 279-282.

[9]Melott et al. (2009). Late Ordovician geographic patterns of extinction compared with simulations of astrophysical ionizing radiation damage. Paleobiology 35: 311-320.

本文首发于果壳网(guokr.com)“自然控主题站”《穿越5亿年又如何!

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