▲ ▲小头刚体龙的解剖特征 小头刚体龙的解剖特征
近日，北京大学地球与空间科学学院江大勇教授国际研究团队的两篇学术论文相继在Nature（《自然》）杂志上发表，为我们了解中生代海生爬行动物起源及其古环境驱动探讨提供了新的证据。
鱼龙何物也
身形如虎豹，其首尾似龙状，其色亦金亦玉，其肩长有一对羽翼却不可展，且头生一角并后仰，此为貔貅者，中国古代风水学者视其为吉瑞之兽；吻若海豚，齿类鳄鱼，头胸似蜥蜴，四肢如鲸，脊椎若鱼，此为鱼龙者，现代科学家视其为了解演化以及大灭绝后生物复苏的典范。
二叠纪末期由于大规模的火山活动，使地球在石炭纪积累的巨大炭层被点燃，海水温度急剧升高，使得地球上生态系统混乱，最终造成了地球上95%的生物灭绝，结束了古生代，地球进入了中生代，这次灭绝事件是地史记录以来的最大规模的一次灭绝事件。在此之后，地球进入了三叠纪，生态系统经历了很长一段时间的恢复后，地球的生物圈逐渐由爬行动物所占据，而海生爬行动物则成为占地球表面积约70%的海洋中的统治者。海生爬行动物在大灭绝后生物复苏过程中早三叠世恶劣的环境中起源，这是爬行动物演化的一个重大事件，但陆地上的爬行动物为什么选择下海，在什么时候下海，在什么地方最早下海，当时的气候环境如何，它们如何适应海洋生活等，一直是国际学术界关注的重要科学问题。
江大勇研究团队在安徽巢湖发现了一件与所有已知鱼龙形动物都不同的海生爬行动物，这种生物被命名为小头刚体龙（Sclerocormus parviceps）。据江大勇介绍，小头刚体龙具有最原始的海龙的特征：肋骨宽，并不利于漂浮，但其间距较大，骨骼也比较细，这样的结构可能比较适合其生活方式，而圆柱状的关节面变为片状的退化可能也是其适应海洋生活的一种表现；它的头小，眼睛也很小，嘴巴很短，这样的结构在海龙类里是比较常见的，但也属于很原始的物种的结构；为了适应海洋生活，小头刚体龙进化出了鳍状肢，但这样的结构不利于支撑其身体，因此可能它更多的时间生活在海里；它的尾巴很长，甚至达到了体长的百分之六十以上，这样的身体构型在之前鱼龙形动物中从未被发现，它代表了一种新的生态类型和演化方向。
鱼龙下海时间争议
之前人们一直认为最早的海生爬行动物出现于斯帕斯亚期的末期（即早三叠世的末期），该系列研究则将这个年代向前推进到二叠纪末期生物大绝灭之后约三百多万年，这也是目前已知最古老的海生爬行动物出现的时间点。精确测年是准确定义龙下海的时间的保障，也是了解古气候变化和龙形态协同演化关系的基础，建立一个准确的时间标尺尤为重要。利用多学科的综合手段，该研究在测年方面取得了方法上的创新与突破。
江大勇介绍说，传统的同位素测年方法应用广泛但精确度低，精确度在百万年到千万年之间，而他希望的测年精确度目标是十万年到两万年。为了达成这个目标，研究团队通过对化石层上下的近200米厚度的碳酸盐岩地层进行高精度取样，对1300个岩石薄片进行了系统的岩相分析，测得1000多个氧同位素、无机碳同位素数据。通过系列实验论证，认为该同位素数据可以反映包括古海洋变化、古海洋深度等原始古海水信息。同时，碳同位素反映了当时生态系统的变化，生态系统的变化又和古温度变化有着密切关系；古温度来源于太阳能量，地球所接收的太阳能量因地球轨道的变化而呈现出周期性的变化，进而得知古环境的天文周期。经过以上环环相扣的事实，最终利用天文周期进行测年，从而大大提高了小头刚体龙化石的时间分辨率。
小头刚体龙所代表的新类群的发现向我们展示了三叠纪早期鱼龙家族的多样性，这也表示了在三叠纪早期，鱼龙的进化其实可能非常迅速，因此它们很快地演化出了许多类型的鱼龙形海生爬行动物，这可能和当时缺氧事件的结束、大洋垂向流动增强以及全球高温趋势有关，这也对之前关于三叠纪早期鱼龙演化速度缓慢等观点提出了质疑。
鱼龙下海启示录
对于鱼龙下海时间的追溯，有利于填补陆地与海洋之间鱼龙演化空白；而对于鱼龙下海这个演化事件的古环境驱动因子的探讨以及古气候变化和龙形态的协同演化关系的研究则更具有深远的意义。
中生代海生爬行动物这一起源和早期演化历程恰好处于二叠纪末期生物大绝灭至三叠纪生态系统复苏的过程中，同时也正处于我国古地理环境和构造格局急剧变动的时期，也处于世界上特提斯洋和盘古大洋演化的关键时期。中生代海洋生态系统、特别是以海生爬行动物为主导的海洋生态系统，在二叠纪末期生物大绝灭使地球上生物圈发生了剧烈的颠覆性的变化后，在三叠纪迅速建立起来。到晚三叠世早中期，古海洋环境趋于稳定，海洋生态系统发展到达鼎盛时期，标志着海洋生态系统完全从二叠纪末期的大绝灭事件打击下恢复。据此，江大勇表达了自己对于气候变化和生物演化的看法：“目前我们所处的地球正在经历全球变暖的格局，而这种变暖对于我们人类来说未尝不意味着一种新的挑战。回顾历史，在冰期人类的生物体与环境进行协同演化，而在间冰期，人类建立了属于自己的文明；这种气候变化与文明、生物体演化之间的关系是一个值得关注的有趣现象。过去人们谈到气候变化，无不认为这是对于人类发展的严苛挑战，但‘危机’二字拆开来看，‘危’，意味着这是重要的挑战，‘机’，则预示着新的发展途径。人类历经冰期的挑战，生物体的演化和发展达到极致；而在间冰期时期，未来的文化和社会属性得到了空前发展。所以，气候变暖、高温，并不是发展的警示牌，相反，蕴含着巨大的机遇和挑战。”
（校报记者 胡平）