地球是活的!——洛夫洛克(Lovelock)
1.移动的大陆地球物理学家对古老的岩石进行研究后,得知地球的年龄至少46亿年。漫长的岁月使地球表面几经沧桑变迁。科学家发现,这些变迁的主要动力来自地球内部的地幔——大陆壳下的一层液态的岩流,驱动着浮在其上的固体陆壳运动。
20世纪60年代,地质科学经历了一场观念上的革命。传统上,大多数地质学家主要根据垂直运动的观点分析地球的历史,认为山脉的出现是由于地壳沉降弯曲的结果。山脉被剥蚀,碎屑被搬运,堆砌成平原;海平面下降,使大陆地区抬高;岩浆受挤压,改变地球的面貌。60年代以后,海洋地质学和古地磁学的研究和进展产生了新的地球概念,这一概念承认地球除了垂直运动的作用外,大规模的水平运动在整个地球演化中起了重要的作用。这就是地质科学认为今日的大陆是由许多陆块(12块)拼接而成的,人们将其称为“板块学说”。板块之间的碰撞活动,能引发地震;推移活动造成地层的堆叠,形成山脉。
吐鲁番盆地侏罗系含恐龙化石的红色岩层。岩层叠压在一起,一层层东西向展布,红色的岩层在夕阳的光照下,如燃烧的火焰。这就是著名的《西游记》中的“火焰山”
假如你有兴致,可以找来一个地球仪,仔细地瞧瞧各个大陆的形状。某些大陆的边缘可以相互拼接起来,例如南美洲的东北角与非洲的黄金海湾、北美东部边缘与欧洲的西岸可拼接成一个整体。地球上的各个大陆在2亿多年前原本就是一个整体,地质学家称它为盘古大陆,也称泛大陆。
移动的大陆——大陆漂移的过程
2.3亿年前(三叠纪晚期),恐龙出现在泛大陆上,因为没有浩瀚的大洋阻隔,三叠纪时期的恐龙有着世界性的分布,各大陆上发现的恐龙样子都很相似。三叠纪末期,泛大陆开始分裂成两块陆地,南方一块叫冈瓦纳古大陆,北方一块称劳亚大陆。冈瓦纳是印度中部的一个古老部族的名称,奥地利地质学家埃杜德?修斯借用它来称呼南半球这个大陆。因此,这就可以较圆满地解释了澳洲、非洲、南极洲及印度半岛在两亿多年前的沉积中,在古冰川、岩石和古生物等许多方面为什么有如此相似的原因。
在侏罗纪(距今大约1.6亿年前后),北方大陆(劳亚大陆)逐渐漂离了冈瓦纳大陆,但尚未完全漂离开,恐龙动物群中的某些分子尚有来往,如巨型的腕龙在东非和北美都有发现就是例证。到1.2亿年前的白垩纪初期,各大陆之间的裂缝不断变宽,大西洋已开始东西加宽,南极洲和澳洲漂离了南美洲和非洲。到了白垩纪末期,印度已由南向北漂移,碰撞到亚洲大陆的南端,巨大的碰撞挤压使印度和古老的亚洲边缘隆起,逐渐形成了今日世界屋脊——喜马拉雅山脉。恐龙时代结束时,各大陆已经移动到了它们现在的位置上。当今地震、火山的带状分布和它们的时常发生,就是大陆仍在继续移动挤压的证明。
2.地球的历史
人们常提问题:恐龙生存在什么时代?我们的人类祖先看见过恐龙吗?当然,也有个别的人认为地球上出现了奇形怪状的恐龙是很难理解的事情。其实恐龙是自然历史的产物,在自然界的时间和空间上它们都有独特的地位,因此,有必要弄清恐龙生存的时代。但要搞清这个问题,又必须从地球的历史谈起。我们生活在地球上,总希望知道地球的过去,为了利用地球上的资源和保护地球环境,也需要知道地球的年龄。
地球的年龄怎样测定呢?人们想出了许多推测地球年龄的方法。现在比较常用的古生物学的方法是,利用化石的对比来测定地球的年龄。这个方法的原理很简单,即按照生物进化的原理。生物总是不断地“一分为二”地向前发展,即由简单向复杂、由低等向高等的方向发展。不同的地质年代具有不同的生物类群。当生物死后被埋藏起来变成化石以后,一般的都是低等的生物化石所处的时代较老,高等的生物化石所处的时代较新。这样,依据不同地质时期的化石,就能建立起地球发展历史的相对顺序。但是用这种方法建立起来的地球历史只能是时间上的相对顺序,不能说出距今多少年的定量数字。而且化石在地球历史上出现的时代较晚,有些由地壳深部岩浆活动形成的岩石(如花岗岩)不含化石,利用化石方法就无法测定它的地质年代。近年来经过许多科学家的努力,已经找到了测定地质年代的“时钟”,那就是放射性同位素。构成物质的各种元素都有数目不等的同位素,同位素又包括稳定同位素和放射性同位素。放射性同位素在变化时(衰变)不受外界温度、压力等影响,它们不断地发生衰变,其减少到一半所需的时间就叫做“半衰期”。地壳里的矿物、岩石从形成之时起就含有放射性元素,而且按衰变的规律衰变,由母体同位素变成子体同位素。如果我们知道了它的半衰期,而且测定了母体同位素及子体同位素的数量,就可以计算出矿物或岩石的地质年代。用这种方法测定的年代叫做“绝对年代”。
根据放射性同位素的测定,地球的年龄至少已有46亿年了。另外,依据发现的化石及地壳运动,科学家把地球的历史分为太古宙、元古宙、显生宙。在“宙”下可以分为若干“代”,太古宙分为始太古代、古太古代、中太古代、新太古代,元古宙分为古元古代、中元古代、新元古代,显生宙分为古生代、中生代和新生代。在“代”下还可分为若干“纪”,“纪”下可分为若干“世”,“世”下还可再分“期”。恐龙就生活在中生代中的三个纪——三叠纪、侏罗纪和白垩纪。
为了弄清恐龙的来龙去脉,让我们简略地回顾一下生物的进化历史。
生物进化的开始是一个原始生命的孕育、萌芽阶段。目前已知的世界上最早的生物化石是南非发现的距今32亿年的杆菌化石。它是没有细胞核的原核生物。到了距今18亿~13亿年,出现了具有细胞核的真核生物,即蓝绿藻化石。新元古代距今10亿~5.42亿年,除了单细胞的蓝绿藻以外,还出现了多细胞的藻丝,由单细胞到多细胞,是生物发展的飞跃。
到了距今5.42亿年的古生代早期寒武纪,除了菌藻类植物、海绵、腕足类等低等的无脊椎动物外,还出现了较高等的无脊椎动物,三叶虫就是这一时期最多的无脊椎动物。往昔生命的星火,此时已呈燎原之势,生物发生了大爆发。到了距今5亿多年前,最早的脊椎动物——无颌类出现了。无颌类是鱼形动物。在距今4.4亿年以前的志留纪早期,出现了最早的有颌类一盾皮鱼类。一般认为由原始的鱼类演化出两大支系,即软骨鱼类和硬骨鱼类,在距今4亿年前的泥盆纪形成全盛时期,泥盆纪被人们叫做“鱼的时代”。与此同时,在湖岸、海边的近水地带已有原始的陆生植物——裸蕨大量出现,使高山和荒漠第一次披上了绿装,这是由水生到陆生的飞跃。
地球的历史在发展,生物进化的巨流在缓慢地前进。在距今3.5亿年的泥盆纪晚期,由原始的硬骨鱼类分化出来的两栖类动物出现了。它的出现,为脊椎动物进一步征服陆地开辟了一个广阔的天地。
到了古生代的晚期——石炭纪和二叠纪,整个地球气候炎热而潮湿,裸蕨的后代——节蕨、真蕨、石松类等得到了充分的发展,如石松类中的鳞木可高达40米,形成巨大的乔木。辽阔的大陆上到处是茂盛的原始森林。但是这时既没有鸟语,也没有花香,大地显得单调而幽静,只有一些行动迟缓的两栖类动物在丛林的沼泽中游荡,偶尔可看到体长1米左右的大蜻蜓在低空飞翔。在石炭纪,脊椎动物进化发生了一次大的质变,爬行动物出现了。爬行动物直接把卵产在陆地上,完全摆脱了对水的依赖,使脊椎动物完成了由水生到陆生的飞跃。但爬行动物的大发展,占据陆、海、空的一切领域并成为地球上的主人,还是中生代的事情。
中生代的地球景观与古生代相比有很大的不同。植物中最突出的变化是以苏铁、银杏、松柏类型为代表的裸子植物(用种子繁殖的植物叫种子植物,种子没有果皮包被的叫裸子植物,种子有果皮包被的叫被子植物)代替了晚古生代蕨类的地位。动物界中最突出的变化是:爬行动物达到极盛,成了统治者。陆地上有恐龙,水中有鱼龙、蛇颈龙、幻龙、沧龙等,在空中还有翼龙。所以人们将中生代叫做“龙的时代”。在三叠纪晚期,出现了由原始的爬行动物进化来的哺乳动物。侏罗纪晚期,由爬行动物进化的鸟类的过渡类型--始祖鸟也出现了。在中生代末期,地球上曾经发生过一次剧烈的环境改变,许多爬行动物不能适应这种变化,包括恐龙在内的许多爬行动物都灭绝了,但新生的哺乳动物却经得起这场巨变的严峻考验,为新生代的大发展奠定了基础。
地球上的生命史
新生代的自然环境和生物的总面貌与现代基本近似,被子植物大为发展,哺乳动物达到空前的繁盛,特别是在新生代末期出现了人类。人类的活动改变着地球,于是,地球的历史又掀开了新的一页。
通过以上的叙述可以看出,恐龙是经过长期的孕育才发展起来的,它是地球发展和生物进化的产物。我们人类在地球上出现要比恐龙的灭绝晚6000多万年,即使我们的祖先也不可能看见过恐龙。有人以为居住在北京周口店的“北京人”曾经与恐龙搏斗过,这是不了解恐龙生存时代与地球的历史而产生的误解。
3.恐龙在动物界的位置
我们已经知道,恐龙是灭绝了的一类生活在中生代的脊椎动物,它与其他爬行动物有着密切的亲缘关系。那么,恐龙在动物王国中,特别是在爬行动物中占据什么位置?它与其他爬行动物又有什么关系呢?
从最小的、只能在显微镜下才能看到的单细胞的原生动物到最大的鲸类都是动物王国中的成员。它们虽然大小不一,千差万别,可是按照它们的解剖特点,特别是按照身体内有无由多块脊椎骨组成的脊椎柱(即人们常说的脊梁骨),它们可分为无脊椎动物和脊椎动物。无脊椎动物种类很多,从最原始的原生动物(如现代常见的疟原虫、痢疾变形虫、草履虫等)到较高级的节肢动物(如常见的虾、蟹、昆虫、蜘蛛,化石中的三叶虫),以及棘皮动物(如常见的海星、海参等)都是无脊椎动物。
前面已经提到,最低等的脊椎动物是无颌类,由无颌类进化到有颌的盾皮鱼类,由鱼类进化到两栖类,再由两栖类进化到完全陆生的爬行类。现代生存的龟鳖类、蛇类、鳄类和蜥蜴类就是古代爬行动物遗留下来的“子孙后代”,恐龙与这4类残存的爬行动物有许多相似之处。恐龙的骨骼,特别是头骨的构造与鳄类相似,头后有一对颞颥孔;它们的牙齿着生方式也很相像,是槽生型多出齿;有些还披着类似鳞甲的骨板,这些特征告诉我们恐龙与鳄类关系密切,都属于双孔类。
为了深入了解恐龙的生活习性,我们先对爬行动物的主要特征进行简略介绍。一提起爬行动物,人们立刻会想到熟悉的蛇。许多人都知道古代的一个寓言:有一条毒蛇,在路边冻僵了。一个善良的农夫看到后,很可怜它,便把它拿来放在自己的胸口上,那条蛇苏醒以后,恢复了它的本性,一口咬死了它的恩人。这个故事告诫我们不要怜惜像毒蛇一样的恶人,另外也告诉我们一个常识:蛇是怕冷的,它的体温受外界环境的温度影响而改变,这样的动物叫“变温动物”或者叫“冷血动物”。现生的爬行动物都是变温(冷血)动物。哺乳动物就大不相同了,它们的体温是恒定的。成年人的体温如果超过37摄氏度,一般来说就是发烧了。哺乳动物的体温是不受外界环境温度影响的,它自身能调节体温,这样的动物叫“恒温动物”或叫“热血动物”。现代的爬行动物由于体温不恒定,所以只能生活在热带、亚热带和温带。越向地球的两极,爬行动物的种类和数量也就越少。因为两极气候寒冷,而它们又不能找到有效的保温办法,所以就会被很快冻死。仍以蛇为例,在外界温度降到10摄氏度时,它的运动就不很灵活了;当温度降到3摄氏度至2摄氏度时,可出现全身麻痹;当它的体温降到零下4摄氏度至零下6摄氏度时即会死亡。同样,如果天气太热,它们也必须躲到树荫下、岩缝中或其他避暑的地方,否则会因为不能忍受高温而死亡。一般来说爬行动物只能忍耐38摄氏度的“高温”。由于它们对温度的忍受比哺乳动物差得很远,因而限制了它们的地理分布。关于恐龙的体温,目前还有温血与冷血之争。
爬行动物为什么不能调节体温呢?主要是因为它们的循环系统发育不完全。爬行动物的心脏有两个心房和一个心室,虽然心室有了左右二室分化的趋势,但心室分隔不完全,心室内的动脉血与静脉血发生混合。它们体内没有控制温度的机能,体外也没有保温的毛皮。爬行动物身体裸露,或盖以甲板或披着鳞甲,皮下也不像哺乳动物那样有脂肪层。
爬行动物的繁殖方法是直接把卵产在陆地上,然后孵化出后代。卵不但有较厚的卵壳,而且还有一层养育、保护胎儿和防止干燥的羊膜,我们称它为“羊膜卵”,这样就不像两栖动物(在水中孵化幼体)那样需要经过“变态”,所以爬行动物是真正离开水的陆生动物。有些特殊的类群,如某些蜥蜴,把卵产在母体体腔中孵化,产出小的动物来。这种生殖方式也不同于哺乳动物的胎生,因为它们没有胎盘,也不吸收母体的营养,故称为“卵胎生”,鱼龙就是卵胎生的。
爬行动物的另外一个特点是,它们终生都在生长,即一辈子都在长个儿,而哺乳动物的躯体生长到一定的阶段就停止了。就因为这个缘故,龟蛋、蛇蛋、鳄蛋虽然很小,破壳后它们也能够长出很大的躯体。恐龙也是卵生的,这已经从发现的蛋化石中保存的小恐龙骨骼化石得到证明。因此,恐龙蛋虽然小,却能长出很大的恐龙来。
恐龙骨骼像现生的爬行动物。爬行动物的分类常常以头骨的构造作为主要依据,即根据头骨上有没有“颞颥孔”以及孔的位置和数目多少。颞颥孔是指位于爬行动物头骨侧面、眼睛后面的颞部存在的孔。颞颥孔的作用一般认为有两个:一个是可以减轻头骨的重量;另一个是当上下颚强壮的颞颥肌收缩时使肌肉收藏其中,使得头骨上的肌肉收缩得更有力量。特别是那些肉食者的这个孔最发达。这是爬行动物适应陆地生活的结果,两栖类就没有颞颥孔。根据这个颞颥孔,生物学家将爬行动物分为四类。
第一类:没有颞颥孔,叫无孔类,是古老的爬行动物,现代还生存的龟鳖类属于此类。这是在进化上比较原始的特征。
无孔类
第二类:头骨的颞颥孔只有一对,但孔的位置靠下,位于耳窝外缘的鳞骨和眶后骨的下方,叫下孔类。在古老的爬行动物中,这一类动物在构造上非常像哺乳动物,人们把它们叫做“似哺乳爬行动物”。
下孔类
第三类:有一对颞颥孔,孔的位置靠上,位于鳞骨和眶后骨的上方,叫调孔型头骨。幻龙、蛇颈龙等属于这一种类型。近年来,研究者认为调孔型头骨是由双孔型失去侧颞孔变来的,所以,幻龙等被归入双孔类。
调孔类
第四类:头骨每侧有两个颞颥孔,分别位于鳞骨和眶后骨的上方和下方,叫双孔类。这是种类最繁多的一个类群,蛇、蜥蜴、鳄、翼龙、恐龙等都属于这一类。
双孔类