毀滅恐龍的巨型小行星是如何形成現代雨林的?

大約6600萬年前,一顆巨大的小行星墜入了現在的尤卡坦半島,使地球陷入黑暗。撞擊改變了熱帶雨林,造就了花的盛世。今天的熱帶雨林是生物多樣性的熱點,在世界氣候系統中發揮着重要作用。今天發表在《科學》雜志上的一項新研究揭示了現代熱帶雨林的起源,並可能幫助科學家了解未來熱帶雨林將如何應對快速變化的氣候。

毀滅恐龍的巨型小行星是如何形成現代雨林的?

由史密森熱帶研究所(STRI)的研究人員領導的這項研究表明,6600萬年前結束恐龍統治的小行星撞擊也導致現在哥倫比亞45%的植物滅絕,它為現代熱帶雨林中開花植物的統治鋪平了道路。

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從充滿蕨類植物的森林到充滿鮮花的森林。植物開始開出誘人的花朵,它們含有糖分,獎勵昆蟲將花粉粒(基本上是植物的雄性精子) 帶到其他花朵上,幫助植物繁衍後代。這種策略非常成功,開花植物占領了熱帶森林,也占領了世界。

“我們想知道熱帶雨林在Chicxulub沖擊等劇烈生態擾動後是如何變化的,所以我們尋找熱帶植物化石,”第一作者、STRI和哥倫比亞羅薩里奧大學聯合博士後研究員Mónica Carvalho說。”我們的團隊檢查了5萬多條花粉化石記錄和6000多片葉子化石,這些化石來自撞擊前後。”

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1.25億至1億年前,在恐龍統治時期,現在哥倫比亞的大部分地區被針葉樹和蕨類植物為主的森林所覆蓋。

在中美洲和南美洲,地質學家們在大雨將化石沖走、叢林將化石再次掩蓋之前尋找暴露的化石。在這項研究之前,人們對這種滅絕對現在主宰美洲熱帶地區的開花植物進化的影響知之甚少。STRI的工作人員古生物學家Carlos Jaramillo和他的團隊,主要是STRI的研究員,其中許多人來自哥倫比亞,研究了來自39個地點的花粉粒,這些地點包括哥倫比亞的岩石露頭和為石油勘探而鑽探的岩芯,以描繪影響前後森林的大區域圖景。從比撞擊更早的岩石上獲得的花粉和孢子顯示,雨林同樣以蕨類植物和開花植物為主。針葉樹很常見,並在恐龍的足跡上投下了它們的陰影。大撞擊之後,針葉樹幾乎完全從新世界的熱帶地區消失,開花植物取而代之。撞擊後的1000萬年左右,植物多樣性沒有恢復。

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葉子化石告訴了團隊許多關於過去氣候和當地環境的信息。Carvalho和芝加哥植物園Negaunee保護科學和行動研究所的博士後研究助理Fabiany Herrera領導了對6000多個標本的研究。該團隊與史密森尼國家自然歷史博物館的斯科特-溫(Scott Wing)等人合作,發現有證據表明,撞擊前的熱帶森林樹木間距很遠,使得光線能夠到達森林地面。在撞擊後的1000萬年內,一些熱帶森林很密集,就像今天的森林一樣,樹葉和藤蔓給下面的小樹、灌木和草本植物投下深深的陰影。撞擊前森林的樹冠較稀疏,開花植物較少,與之後數百萬年生長起來的森林相比,進入大氣中的土壤水分會更少。

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該團隊在滅絕事件之前沒有發現豆科樹的證據,但之後豆科樹的葉子和豆莢的多樣性和豐富性非常高。今天,豆科植物是熱帶雨林中的優勢植物,通過與細菌的聯合,從空氣中攝取氮氣,並將其轉化為土壤的肥料。豆科植物的興起極大地影響氮循環。

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“昆蟲對植物的損害可以在一片葉子的微觀世界或植物群落的廣闊范圍內揭示熱帶森林中營養結構的基礎,”Labandeira說。”駐留在大量植物組織中的能量沿着食物鏈向上傳遞–最終傳遞給野豬、老鷹和美洲虎–始於昆蟲,它們將植物組織鏤空、咀嚼、刺穿並消化,這個消費食物鏈的證據始於昆蟲消費植物的所有多樣、密集和迷人的方式。”

“在影響之前,我們看到不同類型的植物有不同的損害:進食是宿主特異性的,”Carvalho說。”在影響之後,我們發現幾乎每一種植物都有相同種類的損害,這意味着進食植物是很普遍的。”

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撞擊的後遺症是如何將恐龍時代稀疏的、針葉樹豐富的熱帶雨林變成今天的雨林?根據來自花粉和樹葉的證據,研究小組為這種變化提出了三種解釋,它們都可能是正確的。

第一種想法是,恐龍通過進食和在遷徙來保持了撞擊前森林景象的開放性。第二種解釋是,撞擊產生的落灰豐富了整個熱帶地區的土壤,給生長較快的開花植物帶來了優勢。第三種解釋是,針葉樹種的優先滅絕為開花植物接管熱帶地區創造了機會。

來源:cnBeta