小行星撞擊地球（圖片來源：Pixabay）
大約6600萬年前，在墨西哥的尤卡坦半島，一顆12公里寬的小行星撞擊了地球。這一撞擊導致的爆炸規模在如今是難以想象的，其威力比投在廣島的原子彈的威力還要大幾十億倍。
美洲大陸上的大多數動物都迅速死亡。這次撞擊還引發了全球海嘯。成噸的塵土進入大氣層，使地球陷入了黑暗。這個"核冬天"導致了許多植物和動物的滅絕。
在這些滅絕的動物中，最具代表性的就是恐龍。不過，恐龍在這場大災難發生之前的情況如何？這是我們在新的研究中試圖回答的問題，這項研究的結果剛剛發表在科學雜誌《自然·通訊》（Nature Communications）上。
我們關注的六個恐龍家族是在小行星撞擊之前的4000萬年中最具代表性，也是最多樣化的恐龍家族。
其中三個家族是肉食性的：暴龍科、馳龍科（包括因電影《侏羅紀公園》而聞名的迅猛龍）和傷齒龍科（類似鳥類的小型恐龍）。
另外三個家族是草食性的：角龍科（尤其以三角龍為代表）、鴨嘴龍科（在所有恐龍家族中最具多樣性）和甲龍科（尤其以披著骨甲、有著棒狀尾巴的甲龍為代表）。
我們知道，所有這些家族都存活到了以小行星墜落為標誌的白堊紀末期。我們的目標是確定這些家族以怎樣的速度進行多樣性演化，是產生新物種還是瀕臨滅絕。
基於骨骼重建和化石照片（Carpenter ，2004）的甲龍復原圖。圖片來源： Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats/Wikimedia
五年來，我們收集了關於這些恐龍家族的所有已知資訊，試圖計算出處在特定時間的地球上有多少個恐龍家族，以及每個恐龍家族中有哪些物種。在古生物學中，為了便於追溯，每個化石都有唯一的編號，這使我們能夠透過科學文獻來長期追蹤它。
這項工作很乏味，我們為這六個家族清點了大部分已知的化石，它們代表了來自大約 250 個物種的 1,600 多個恐龍個體。要正確分類每個物種並確定它們的年代並不容易：可能一位研究人員已經給出了包含一個特定日期和物種的報告，而另一位研究人員可能會重新檢查它並做出不同的分析。在這種情況下，我們不得不自己決定，如果有太多的不確定，我們就會將這個化石從研究中排除。
每個化石都正確歸類後，我們就會使用統計模型來估計每個家族隨時間進化的物種數量。我們因此能夠追蹤1.6億年前至6600萬年前消失的物種，並再次估計每個恐龍家族的物種形成率，也就是新物種的進化率以及隨時間的滅絕率。
要估計這些比率，我們必須考慮幾個混雜因素。化石記錄具有偏向性：它在時間和空間上是不均勻的，並且某些型別的恐龍根本沒有像其他型別的恐龍那樣形成化石。這是古生物學中估計過去多樣性的動態時一個眾所周知的問題。
複雜的模型可以解釋在時間和物種之中儲存不均勻的化石。這使得化石記錄在估計任何時刻的物種數量方面變得更加可靠。但仍需謹慎，因為我們談論的是估計，如果我們發現了更多的化石或者新的分析模型，這些估計可能會發生變化。
急劇下降
我們的研究結果表明，從小行星撞擊前的 1000 萬年開始，直到恐龍滅絕，物種數量一直在急劇下降。這個下降格外令人關注，因為它是全球性的，並且影響了霸王龍等食肉動物和三角龍等食草動物。
有些物種急劇減少，比如甲龍和角龍，而在上述六個恐龍家族中，只有一個家族的數量在恐龍存在的最後500萬年中出現了非常小的下降，那就是傷齒龍科。
（a)六個恐龍家族物種形成率（藍色）和物種滅絕率（紅色）隨時間的動態變化。(b)分化速率隨時間的變化。（圖片來源：Fabien Condamine）
是什麼導致了這種劇烈的下降？有一種解釋是氣候變化：當時，地球經歷了7至8°C的全球降溫期。
我們知道，恐龍的新陳代謝在溫暖的氣候條件下才能正常運轉。正如我們經常聽到的，它們不是像鱷魚或蜥蜴這樣的變溫動物（俗稱冷血動物），也不是像哺乳動物或鳥類那樣的恆溫動物（俗稱溫血動物）。它們是中溫動物，具有介於爬行動物和哺乳動物之間的代謝系統，需要溫暖的氣候來維持它們的溫度，從而發揮基本的生物功能。當時的溫度下降一定對它們產生了非常劇烈的影響。
值得注意的是，我們發現食草動物和食肉動物的數量出現了交錯下降，前者在後者減少之前就略有下降。很可能是食草動物的減少導致了食肉動物的減少。也就是我們所說的級聯滅絕。
致命一擊
還有一個大問題：如果小行星沒有撞擊地球，會發生什麼？恐龍會因為已經開始的衰退而滅絕，還是會反彈呢？
這很難說。許多古生物學家認為，如果恐龍倖存下來，那麼靈長類動物以及人類就永遠不會出現在地球上。
一個重要的事實是，多樣性的反彈可能具有很高的異質性和群體依賴性，因此一些群體會倖存下來，而另一些則不會。以鴨嘴龍為例，它們對這種衰退就表現出某種形式的復原力，因此在衰退後可能會反彈。
我們只能說，由於氣候惡化和植被的重大變化，白堊紀末期的生態系統受到了巨大的壓力，小行星進行了最後的致命一擊。
物種消失的情況往往如此：首先它們處於衰退和壓力之下，然後另一個事件介入並終結了這個可能已經瀕臨滅絕的群體。
撰文：Fabien Condamine
翻譯：譚婕
審校：張乃欣
引進來源：theconversation
本文來自：中國數字科技館
