►小行星撞擊地球想像圖（圖片來源：wooster.edu）
撰文 | 廖俊棋（中科院古脊椎動物與古人類研究所）
責編 | 惠家明
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6600萬年前，一顆直徑10公裡的小行星撞擊地球，其威力連百萬枚核彈都望塵莫及。如此飛來橫禍引起地震、海嘯、森林大火以及火山的高度活躍，揚起的塵土遮天蔽日。輝煌的恐龍王朝被這一連串劇變終結，僅剩下一支後裔倖存至今——鳥類。
鳥類起源於1.65~1.5億年前的侏羅紀時期，是獸腳類恐龍的後代，至今仍有超過10000個現生種廣布全球。人們也許會好奇，同樣是經歷了小行星撞擊，憑什麼恐龍滅絕消失，鳥類反而繁衍昌盛了呢？
實際上，這是一個誤解。人們往往忽略了這樣一個事實：白堊紀末期的大滅絕也造成了部分鳥類的絕種。其中，只有「今鳥類」（Neornithes）這一類群熬過了生物大滅絕事件[1]。
那麼，今鳥類為何能一枝獨秀地倖存下來？學者們有各種推測，這其中包括了快速生長素率假說、高代謝率假說。還有研究認為，這要歸因於今鳥類擁有更強大的肌肉骨骼系統，以及它們的喙部更適合吃種子[2-6]。而Current Biology雜誌最新的封面文章則指出：地棲生活也許才是這些鳥類躲過滅絕的真正原因[7]。
在我們的印象中，多數鳥類的生活是和樹木分離不開的。但是發表上述封面文章的巴斯大學等機構的研究團隊則發現，在地球遭受行星撞擊後，鳥類幾乎「無樹可居」。
小行星撞擊地面的瞬間，光是衝擊波就剷平了方圓1500公裡的森林，高溫更造成大火蔓延。雪上加霜的是，灰燼所帶來的酸雨、粉塵所帶來的日光遮蔽，最終引發了植物生態系統的崩盤[8-10]。而該研究團隊進一步指出，此次森林災難不僅是全球性的，更維持了將近一千年的時間。
他們之所以敢下如此結論，其證據來自孢粉化石。孢粉，指的是植物的孢子及花粉。不同種類植物的孢粉形態殊異，好比人的指紋一樣。植物體大多非常脆弱，能形成化石的少之又少。但是孢粉有著堅實的外壁，易於形成化石，且數量眾多。舉例來說，歐亞槭（Acer pseudoplatanus）的一朵花裡就含有約9萬粒花粉，林山毛櫸（Fagus silvestris）甚至超過了63萬粒，數量極為驚人。所以，在植物死亡消失後，我們根據巖石中遺留下的孢粉化石，就能反推出當時的植被面貌。此外，它們的分布非常廣泛。從熱帶雨林到寒帶苔原，從高山、湖泊到海洋，孢粉化石如塵土般無處不在，這樣的豐富程度讓孢粉完全能適用於定量統計。
►不同種類植物孢粉在顯微鏡下的形態變化萬千（圖片來源：wikimedia）
因此，該團隊遠赴美國、紐西蘭等地，搜集了世界各地生物大滅絕時期巖層的孢粉數據。鑑定結果顯示，在小行星撞擊後很長一段時間裡，各地巖層中保存的孢粉構成出奇地相似，其70%以上的孢粉化石都來源於兩種蕨類植物。而裸子、被子植物則處於衰退狀態，遺留下的孢粉很少，直到千年之後才開始復甦[7]。
這種由蕨類植物主導的植被組合有個專門的名字——災害植物群（disaster flora）。今天，在火山爆發後的夏威夷也能看到蕨類植物災後稱霸一地的光景。我們知道，蕨類植物普遍低矮，而在裸子和被子植物中多見比較高大的樹木種類。這意味著，在災害植物群延續的一千年時光裡，可能全球的鳥類幾乎都找不到合適的樹梢棲息。
既然沒有像樣的樹林，樹棲的物種顯然會處於劣勢，而地棲的生物反而更有優勢。
雖然現今的鳥類絕大部分是樹棲，但演化系統分析的結果卻告訴我們，今鳥類的祖先其實是個地棲的原始類群。人們熟知的鴕鳥，以及既能飛又適應樹棲的䳍鳥都是這個原始類群關係最近的後裔。所以說，今鳥類祖先在災難發生前就已經適應了地面生活。災難發生後，它們不會因為樹林的消失而無處繁衍、覓食，從而得以逃過此劫。而新的化石發現也進一步證明，災後倖存下來的鳥類只有今鳥類，其後肢的比例、身體結構都是適應地棲生活的[7]。
►在親緣關係上，深受人們喜愛的幾維鳥也與今鳥類的原始祖先最近（圖片來源：wikimedia）
相比之下，反鳥類（Enantiornithes）本是恐龍時代最為常見的鳥類，但它們卻在那場滅絕事件中慘遭淘汰。研究者認為，反鳥類的滅絕可能與樹棲的習性密不可分。想要適應樹棲的生活，後肢必須有許多形態學的特化。例如，樹棲生活要配備善於抓握的長指爪[7]，這會對陸地行走或棲息造成不便。更遑論，長久以來的樹棲習性有不少行為學的影響，比如要在樹上築巢、哺育後代等等。研究者指出，反鳥類大多都高度適應樹棲生活，然而小行星撞擊所帶來森林生態系崩壞，導致反鳥類的棲息環境全面消失，最終斷絕了這種鳥類存續的活路。
►反鳥類生活場景想像復原圖（圖片來源：wikimedia）
總的來說，孢粉學、現代鳥類演化譜系、鳥類化石等多方面研究結果都顯示：災難後倖存的現代鳥類祖先應該是小型的、能飛的，且最重要是能適應地棲生活的物種。這場浩劫中，今鳥類祖先的地棲習性救了它們一命。而現在窗外那些盤踞樹梢，百囀千聲的鳥類，則是在森林環境恢復之後，才學會躍上枝頭的。
參考文獻
1. Brusatte, S. L., O'Connor, J. K., & Jarvis, E. D. (2015). The origin and diversification of birds. Current Biology Cb, 25(19), 888-98.
2. Brusatte, S. (2016). Evolution: how some birds survived when all other dinosaurs died. Current Biology Cb, 26(10), R415.
3. Erickson, G.M., Rauhut, O.W., Zhou, Z., Turner, A.H., Inouye, B.D., Hu, D., and Norell, M.A. (2009). Was dinosaurian physiology inherited by birds? Reconciling slow growth in Archaeopteyrx. PLoS One 4, e7390.
4. Chinsamy, A. (2002). Bone microstructure of early birds. In Mesozoic Birds: Above the Heads of Dinosaurs, L.M. Chiappe, and L.M. Witmer, eds. (Berkeley: Univ. of California Press), pp. 421–431.
5. Padian, K., and Horner, J.R. (2004). Dinosaur physiology. In The Dinosauria, 2nd Edition, D.B. Weishampel, P. Dodson, and H. Osmo´ lska, eds. (Berkeley: Univ. of California Press), pp. 660–671.
6. Grady, J.M., Enquist, B.J., Dettweiler-Robinson, E., Wright, N.A., and Smith, F.A. (2014). Evidence for mesothermy in dinosaurs. Science 344, 1268–1272.
7. D.J. Field et al. (2018). Early evolution of modern birds structured by global forest collapse at the end-Cretaceous mass extinction. Current Biology. Vol. 28, doi: 10.1016/j.cub.2018.04.062.
8. Anders, E., Wolbach, W.S., and Gilmour, I. (1991). Major Wildfires at the Cretaceous-Tertiary Boundary. In Global Biomass Burning: Atmospheric, Climatic and Biospheric Implications, J.S. Levine, ed. (MIT Press), pp. 485–492.
9. Ohno, S., Kadono, T., Kurosawa, K., Hamura, T., Sakaiya, T., Shigemori, K., Hironaka, Y., Sano, T., Watari, T., and Otani, K. (2014). Production of sulphate-rich vapour during the Chicxulub impact and implications for ocean acidification. Nat. Geosci. 7, 279–282.
10. Vellekoop, J., Esmeray-Senlet, S., Miller, K.G., Browning, J.V., Sluijs, A., van de Schootbrugge, B., Damste, J.S.S., and Brinkhuis, H. (2016). Evidence for Cretaceous-Paleogene boundary bolide 『『impact winter』』 conditions from New Jersey, USA. Geology 44, 619–622.
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