關於熱河生物群的一系列科學論爭

2020-09-11 熱河生物群燕遼生物群

即將到來的千禧年伴隨著熱河生物群的一系列重大發現，也引來了一系列的科學論爭，給熱河生物群研究蒙羞的古盜鳥化石造假事件剛剛過去，關於熱河生物群化石層位引起的年代論爭在科學家們之間也在進行著，另外關於熱河生物群是「子遺生物群的避難地」的假說被提出，也引發了關於熱河生物群性質的大討論。

上個世紀九十年代以來，遼西地區熱河生物群發現了大量以鳥類、帶羽毛恐龍、哺乳類等為代表的重要脊椎動物以及無脊椎動物和被子植物化石，為鳥類及其飛行起源、早期哺乳動物的演化以及被子植物起源等生物進化史上的重大理論問題的解決提供了重要的化石證據，在國際上引起強烈反響。熱河生物群的研究也因此成為國際古生物學研究的熱點和前沿。但隨著化石研究的不斷深入，地層學研究相對滯後的情況越來越突出，有些化石地點和層位還存在著明顯的爭議。比如發現了孔子鳥、嬌小遼西鳥、帶毛恐龍和凌源潛龍等古生物化石的北票和凌源的義縣組地層的地質時代，長期以來就存在著爭議。一種觀點認為屬於株羅紀晚期，距今1.45億年早於德國始祖鳥的化石層位；而另外一種觀點認為屬於白堊紀早期，距今1.25億年晚於德國始祖鳥的化石層位。這就是所謂的「晚株羅」和「早白堊」之爭。許多人都內心都渴望遼西熱河生物群的化石層位更早，這樣化石研究的意義和價值就更大，但是畢竟科學就是科學，它是不以人的意志為轉移的，

其實早在1998年汪筱林發表第一篇有關四合屯地區發掘剖面上準確地層層序和化石層位的論文發表後就引起了關於熱河生物群地層年代的爭議。最終通過同位素年齡測定可謂一錘定音，發現了諸多帶毛恐龍的熱河生物群化石層位屬於早白堊，為1.25億年前。

另外關於熱河生物群是不是「子遺生物群的避難地」的論爭，涉及到為什麼1.25億年前的熱河生物群保存著這麼多中生代的古生物化石，這就得從熱河生物群的地質歷史年代的地質環境談起。

在晚株羅世晚期至早白堊世中期，在西伯利亞板塊和華北板塊基本固結的基礎上，包括遼西地區在內的我國北方、蒙古、西伯利亞、哈薩克斯坦和朝鮮等地發展成為一個比較完整的暴露於海平面之上的陸地，而此時世界上其他地區大多被海水淹沒或者經常受到海水的侵襲。

早白堊世早期，區域應力場的擠壓作用變為近南北向擠壓，造成地殼表面的伸展作用。盆地性質也由凹陷為主轉為以伸展斷陷作用為主，因此發生了大規模的階段性火山噴發。火山活動是遼西熱河生物群時期重要的地質事件，頻繁的火山活動造成以河湖相為主的遼西古地理條件頻繁改變，火山活動間歇期氣候變得更加溫暖或炎熱；火山噴發導致的集群死亡和迅速埋藏為熱河生物群生物化石的形成帶來有利條件。

當時由於相對封閉的地理環境，使熱河生物繁茂的森林植被為植食動物（如蜥腳類恐龍等）提供了充足的食物來源；植食動物的繁盛又為以獸腳類為代表的肉食恐龍等提供了充足的食物來源。森林等植被為昆蟲類的繁衍創造了條件，而昆蟲類中的「訪花昆蟲」的出現為早期被子植物的出現和分異提供了協同進化的條件等等。火山活動也為這一地區帶來水體上的變化，大量河湖中的水生無脊椎動物動物的繁盛使整個熱河生物群的生態鏈更加完整。

熱河生物群復原圖(趙闖繪製）

地質的變遷打亂了生物生存的平靜，火山爆發後形成的熱河生物群化石群真實地記錄了火山噴發導致的生物的死亡。這一現象不能不讓我們想起兩千多年前義大利的威蘇威火山爆發，導致了龐貝城的悲劇。

如前所述，古植物學的證據以及沉積學的研究表明，當時這一地區總體氣候溫暖、植被繁茂，半乾旱和潮溼的氣候呈現季節性的交替變化。很多分割的山間中、小盆地。形成寧靜水體的湖泊以及沼澤和溪流等淡水的環境，為各類生物的生存繁衍提供了良好的條件。頻繁的火山活動，導致一些生物滅亡的同時，還把大量的火山顆粒沉降到水體中，為水中的食物鏈提供了豐富的礦物質元素。另外，由於部分盆地之間的相對隔絕，地勢變化較大，因此存在複雜多變的小環境和生態灶。而且由於異常的外部環境條件，如火山的噴發等因素的不斷發生。可能更容易引發基因的突變。在以上因素的共同作用下.形成豐富生物種類的機率便大大增加。這可能也是為什麼熱河生物群如此繁盛的原因之一。

熱河生物群濃厚的區域和土著色彩早就為人們所了解。許多熱河生物群的生物只有在東亞地區發現。而在同期的世界任何地區都沒有發現。這些化石包括狼鱗魚、鸚鵡嘴龍、孔子鳥、張和獸等等。這些現象無疑和熱河生物群與外界的地理隔絕有一定的關係。

熱河生物群因為保留了許多更早地質時期延續下來的古老生命，因而可能是一個中生代子遺生物的避難所。然而。這一說法卻並不能完全地解釋熱河生物群的組成特徵。事實上，儘管由於東亞地區和外界的地理障礙，熱河生物群中存在一些古老的子遺分子（如中華龍鳥和樹翼龍），但是這一生物群在大多數方面，與同期西歐、北美、南美、非洲和澳洲的生物群可以進行很好的對比，總體上具有典型的早白堊世生物群的面貌。例如，一些恐龍（如禽龍、馳龍、甲龍等）、鳥類（如反鳥）、古蛙（如盤舌蟾）、哺乳類（如多瘤齒獸）等在早白堊世都具有世界性的分布；而且植物群的面貌也和其它地區早白堊世的植物群類似。

如前所述，初始期和主期兩次大的火山活動，在構造運動和火山活動共同作用下，形成盆嶺相間、相對隔絕而又十分動蕩的古地理環境，各類群物種均發生了輻射，遼西成為了熱河生物群許多物種的起源和輻射的中心。晚期的火山活動開始，沉降中心遷移，盆地擴展，脫離火山區，形成大型湖泊，地理隔絕逐漸被打破，部分屬種絕滅。由於食性分化導致的生態隔離，鳥類和翼龍也發生了輻射，同時熱河生物群發生雙向交流，本地起源的物種由於氣候的變化向外遷移。

值得一提的是，熱河生物群分布的東亞地區可能還是許多重要生物門類進化的搖籃和輻射的中心。例如，其中的恐龍化石都是晚白堊世恐龍類型的早期代表，如懶龍類、竊蛋龍類、新角龍類等等；這裡發現的今鳥類和反鳥類化石都是這些門類最早的代表，而且早期的鳥類在很短的時間內，在種類、形態、飛行、食性和生態等方面，出現了許多不同的類型，代表了鳥類歷史上第一次大的輻射。

然而熱河生物群與外界的隔絕可能是相對的，而且這種隔絕可能在白亞紀的早期便已經結束，例如伴隨圖爾蓋海峽的退縮，歐亞「陸橋」的建立，一些新興分子加入到了熱河生物群。這些世界性分布的生物和本地業已存在的古老分子以及原地出現的新類型融合在一起，從而形成了熱河生物群的獨特的生物組合面同時，熱河生物群的一些生物也得以向外擴展到世界的其它地區。

總之，熱河生物群的組合面貌中既有許多原始的絕滅的類群，同時還包含了許多現代生物的類群的代表或者與之親緣關係較近的祖先。前者包括各類恐龍、翼龍、熱河鳥等原始鳥類、水生的爬行動物等等。後者包括了鱘魚、弓鰭魚類、真獸類哺乳動物、今鳥類、買麻藤類和被子植物等。因此熱河生物群是一個名副其實的承前啟後的生物群和化石寶庫。

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