迷人的化石

这周我们要谈论的是古生物学。在其他文字，有几亿年历史的东西，比如上议院的大多数政治家。我们这次的嘉宾是Alex Lu他研究地球上最早的生命，Stephanie Pierce研究生物是如何从水里移动到陆地上的，坐在帝国理工学院Stephanie旁边的是JT, Jon Tennant。你好,乔恩。

乔恩-你好。

克里斯:所以，你感兴趣的其实不是生命从哪里来，而是它们去了哪里，它们是如何灭绝的，它们为什么会消失。

乔恩-是的。我研究了地球上生命历史上很长很长的模式。这是一个叫做宏观进化的研究领域。所以，“macro”在拉丁语中是“大”的意思，进化论显然是每个人最喜欢的学科。在化石记录中，在过去的5亿年左右的时间里，我们被这些叫做大灭绝的灾难性时期所打断。我研究的是大约1.5亿年前的一段时期，这取决于你如何看待化石记录以及你如何解释我们在那个特定时期所得到的东西——它是否会达到大灭绝的状态。

因此，大灭绝通常是指地球上75%到95%的生命完全消失。通常有很多不同的原因。每个人都喜欢恐龙陨石撞击故事的结局，但我更详细地研究了是否有潜在的生物因素，比如动物吃什么或其他可能导致它们灭绝的因素。

克里斯:你怎么知道有过大灭绝?我的意思是，如果我现在走到剑桥，那里发生了大灭绝，这可能是显而易见的。但是你怎么从化石记录中知道75%的生命都消失了呢?

乔恩:所以，有些时期我们有很多很多的化石，有些时期我们很少有化石。大约在两亿五千万年前，我们认为发生了二叠纪-三叠纪大灭绝在此之前，我们发现了很多化石。我们周围有很多化石，陆地和海洋上都有。但突然之间，它就消失了，几乎什么都没有了。我们认为这是因为大陆融合在一起，发生了大规模的火山活动，这让地球上的生命非常不舒服，它们都灭绝了。他们能坚持下来真的很幸运。有几个挣扎者幸存下来，然后继续辐射。但大约5000万年后，又发生了另一次大灭绝，我们发现在过去的5亿年里，这些大灭绝时期在时间上被打断了。

克里斯:大灭绝的原因写在地质学里了吗?如果你研究岩石，你能发现发生了什么吗?

乔恩-是的，在某种程度上。目前有很多争论是化石中记录的生物因素导致了物种灭绝还是岩石中包含的环境和地质因素导致了物种灭绝。所以，如果你再回到非鸟类恐龙的末期，我们会发现当时地质中隐藏着流星撞击的证据。地球上有一层非常薄的岩石，如果你观察其中保存的元素和物质，我们会发现一种叫做铱的元素。每次都有一个小尖峰它告诉我们在恐龙灭绝的同时或者说大部分恐龙都灭绝了。我们在地外物质中发现了这个峰值，所以地外物质，意味着不是来自地球。如果你把它与我们在墨西哥发现的巨大流星撞击的证据结合起来，甚至可能是印度海岸附近的另一个证据，那么我们实际上在地质记录中找到了非常有力和令人信服的流星撞击的证据。我们还发现，当时化石中的生物记录已经严重枯竭。

克里斯:你说的大，到底有多大?

Jon -我想墨西哥的那个有120公里宽。所以，这是一颗大流星。

尼科-我叫尼科。我来自朗斯坦顿。我的问题是，你怎么知道流星是唯一导致恐龙灭绝的原因?

克里斯-是的，你怎么知道的?

乔恩-我们不知道。这是我正在研究的东西之一，但在不同的时期。很高兴能有这样一个故事:一颗流星划过地球，毁灭了地球上的生命。但实际上可能发生的事情更像是一系列事件的完美风暴。想象一下，生命被推到了悬崖边缘。这里发生了大规模火山活动，将大量气体和火山灰喷发到大气中。想象一下，当你在剑桥散步时，一座火山刚刚喷发。呼吸会很困难。我们认为这给动物生存带来了很大的压力，使环境变得非常不适合居住。然后，就在事情变得非常非常糟糕的时候，一颗流星飞来，把一切都粉碎了，不幸的是，那时的生活非常不愉快。

所以，这不仅仅是一件事。可能有几个不同的因素导致了生态崩溃，环境崩溃。考虑到这一点也很重要，因为当你考虑到人类今天对地球所做的事情时，我们正在向大气中排放碳。如果你认为这就像是大规模火山活动的发生，我们可以看看这些灭绝事件，看看动物是如何反应的，看看它们遭受了巨大的痛苦。我们几乎可以准确地预测未来会发生什么。

格雷登:你好。我叫格雷登，你知道流星是如何杀死所有恐龙的吗，即使它们离得很远?

乔恩-即使他们离得很远。

克里斯-我的意思是，我们可以稍微调整一下，补充一点，为什么有些东西没有消失，比如鳄鱼，它们的祖先已经存在了3亿多年了，它们还在这里，不是吗?这是一个很好的问题。为什么有些东西屈服了，而另一些却没有?

乔恩:有些东西就是为了生存而设计的。所以，如果我们再拿典型的恐龙来类比，当流星撞击地球时，恐龙非常庞大，它们非常专业化。一般来说，你的体型越大，你所处的生态系统所承受的压力越大，你就越有可能死亡，因为你需要更多的资源来生存。所以，如果生活在海洋中的小鸟和鳄鱼等生物可能没有受到那么大的影响，那么它们幸存或死亡的可能性就不同了。

马尔科姆-我叫马尔科姆，来自朗斯坦顿。我的问题是，陨石是如何影响飞行动物的，除了那些在陨石下面的动物?

乔恩:所以，当时有两种不同的飞行动物。这是翼龙，这是鸟类。它们实际上是在直接竞争，就像争夺天空一样。想象一下不列颠之战。有巨大的翼龙。其中一些是巨大的。翼展大概有10到15米。鸟类一般都变小了很多。所以，可能又是翼龙太大了，没有足够的食物或地方供它们生存。但也许飞行的能力也意味着它们可以从受流星影响最严重的地区迁徙，所以也许如果你能飞到两极。 But again, this is very much an ongoing point of research. People are just beginning to be able to assemble the data sets which enable them to ask these massive questions about extinction.

克里斯-凯特……

Twitter上的@underbundle用户Kate - Bill Pope问道:“如果二叠纪大灭绝没有发生，今天的世界会是什么样子?”

Jon -可能会好很多，因为周围可能没有人类来破坏这个星球。所以，生命实际上可能会过得很好。

克里斯-你能告诉我们什么是二叠纪吗?

抱歉，是二叠纪大灭绝。二叠纪末期的大灭绝发生在2.52亿年前，当时我们今天所知的所有大陆都撞到了一起，形成了一个巨大的超级大陆，叫做盘古大陆。与此相关的一系列因素导致了地球上大约95%的生命被消灭。所以，如果海岸线减少了，因为所有的大陆都在一起，那么海洋中动物生活的海岸环境就会减少。如果动物越来越少，那么生态系统就会退化，食物链就会崩溃，适合动物生存的地方就会越来越少。如果你喜欢生活在浅海，然后突然间，你的浅海被一个非常大的深海所取代，你在那里不会太开心，你可能会灭绝，或者辐射，或者进化成不同的东西。

凯文·内格尔问，我觉得这是一个很有争议的问题——哪个是更凶残的史前陆地动物，比如霸王龙和迅猛龙，还是鳄鱼和鲨鱼?

乔恩-嗯，如果有人想让霸王龙对抗鲨鱼。我很确定鲨鱼会赢，因为霸王龙会被淹死。这是个很有趣的问题。我们不知道迅猛龙是什么样子的。我们还有《侏罗纪公园》要拍，但这些显然被夸大了，因为导演不是科学家，他们只想要能吸引观众的东西。但我们真的不知道。我的意思是，如果你看看鸡，它们真的很友好。你捡过鸡吗?它不会过来咬掉你的头。他们通常都很友好。 Most birds are. Apart from occasionally pooping on your car, there's not that much which they do which is really life threatening. So, we really don't know that much about the actual behaviour of dinosaurs to guess. Let your imagination run riot.

克里斯:那你认为他们中的一些人真的很友好吗?你不认为他们很暴力吗?

乔恩，我可能不会再去抱霸王龙了，但也许吧。你不知道。

克里斯:那些生活在南美洲的巨型鸟呢?恐怖鸟，是吗?我的意思是，它们的喙有一米长，有些甚至更大。我不认为他们是出了名的友好。我想他们是饿了。

乔恩:可能吧。我不认为人类真的能记录那么多，但如果你考虑一下鸵鸟，再一次，今天，鸵鸟是非常原始的鸟类，可能是我们与恐龙最接近的祖先之一。他们通常都很友好。如果你开始戳它们或试图惹恼它们，它们就会变得有点生气。但总的来说，他们都很平静。

克里斯-让我们为恐龙鼓掌。你的问题是什么?

丽莎-我叫丽莎，我来自剑桥。你能发现疾病吗?

乔恩-疾病。是的，实际上我们是。我想，如果我以霸王龙为例，如果你观察霸王龙的颚骨，你可以看到细菌感染之类的证据。我认为恐龙的骨头里也可能有癌症生长的证据。你或许可以认为这是死因。他们可能没有接受化疗或其他治疗，那是为了给他们一个公平的机会。但是，你确实可以看到疾病的痕迹，这些痕迹通常只留在骨头的残骸中。这可能会很有趣。这是动物活着时发生的事情的证据。当你发现恐龙的骨头时，那只是它死亡的证据，但如果你在化石上发现这些痕迹和东西——疾病，甚至是咬伤之类的东西，你就能看到生命中发生了什么，或者是什么杀死了真正的动物，这真的很酷。

克里斯-凯特，推特上有什么消息吗?

凯特——在推特上兜了一圈的人正试图给我们所有人带来噩梦。他说，我们有什么蜘蛛化石?它们更大更毒吗?

乔恩-无脊椎动物先生，你想要那个吗?

克里斯-亚历克斯，蜘蛛会变成化石吗?是的，不是吗?我是说，我们有琥珀蜘蛛，不是吗?

亚历克斯:是的，蜘蛛确实会变成化石。我记得在剑桥博物馆的塞奇威克有一个叫做巨型蜘蛛的化石，它有3亿年的历史，直径约60厘米——非常非常大的蜘蛛化石。我认为蜘蛛的化石记录可以追溯到大约4亿年前，但有趣的是，你不仅得到了蜘蛛。也有证据表明它们的网被保存了下来，尤其是在琥珀中。我知道有一个来自苏塞克斯的白垩纪琥珀的例子如果你用显微镜观察，实际上，在琥珀里面，你可以看到这些小的盘绕起来的蜘蛛网。所以，我们不仅知道蜘蛛的存在，而且我们还看到它们的行为方式与现代蜘蛛完全相同。

Corrine -我叫Corrine，来自剑桥。你说的是安珀，这让我们想起了电影《侏罗纪公园》里那个著名的时刻。我们有可能让恐龙复活吗?

乔恩:所以，有一些非常有希望的科学家在那里。在古生物学界，它们通常被认为有点疯狂。目前在日本有一项研究正在进行，有人试图从鸡身上逆向工程出一只恐龙。所以，他想让我们做的就是把鸡胚胎弄乱，把它的基因弄乱一点，这样你就能在表面上创造出看起来有点像迅猛龙的东西。

即使在你最疯狂的梦里，你也永远不会得到一只真正的恐龙。你可能有一些你知道的东西，下蛋，咯咯叫，四处走动，发出鸡的声音，看起来像恐龙。但它永远不会是一个。他们永远消失了。除非我们创造出某种僵尸化过程，否则这是不可能发生的。

但除此之外，我想他们之前提到了一些关于蛋白质和分子的发现。这是由美国的Mary Schweitzer领导的一组科学家完成的他们相信他们已经发现了DNA的结构残留物他们使用了从生物技术和生物化学中借来的各种技术来证明我们有这种非常精细的保存水平这在5到10年前是我们做梦都想不到的。在她的一篇论文的结尾，她说:“我想大概5到10年吧。我们将能够拥有大约20%的霸王龙基因组”这就是为什么那篇论文没有真正发表的原因，尤其是在媒体上，因为她在那之后被认为是一个怪人。但是如果你放开你的想象力，我们可以在未来做一些事情。我的意思是，基因组学有了令人难以置信的发展，能够对DNA进行测序。这只是化石记录让我们做的一个例子。

Alex -我还想补充一下。在美国还有另一支队伍。我们可能无法找回恐龙，但加州有一个团队正在尝试找回猛犸象和候鸽。这是他们的第一次努力，因为它并没有灭绝太久，我想是60年左右。但从旅鸽的遗传物质中，也就是来自博物馆标本和猛犸象的遗传物质中，他们在西伯利亚发现了大约一万年前的冷冻猛犸象。他们可以从那里提取DNA。所以，尽管琥珀没有参与其中，你仍然可以获得DNA，这并不完美，但他们正在努力为猛犸象寻找宿主动物，比如大象，这样他们就可以把这些动物带回来。

Chris -我们再插一秒钟因为我们的第三个实验需要一点时间。Kate和Dave，你们有什么想法?

凯特:所以，对于一些史前生物来说，它们看起来真的很有趣，这是我最喜欢的。这是什么?

男孩——异齿龙。

凯特-你看，除了我大家都知道。我们可以看到，二齿鲨的背上有一个大帆。我可不觉得这是用来打架的。戴夫，这是干什么用的?

戴夫:再说一遍，这是化石记录，所以没有人确切知道，但其中一个理论是，这都与热量有关，以及它如何利用外部世界的温度。现在，为了弄清楚为什么在你的背上有一个大帆在外面的世界可能是有用的，我要做的是看看水是如何以两种不同的方式改变温度的。我这里有一壶水，还有一个温度计。现在，它的温度是56摄氏度我有两个相同的杯子我要在每个杯子里装满等量的水。

好的，你可以想象这是一种产生大量热量的动物，它很温暖。现在，我要考虑两种不同形状的动物。其中之一是一种很好的，紧凑的动物，比如一杯水。另一种是一种伸展开来的动物。所以，我要把水倒进托盘里。所以，它只有半厘米深。

凯特:所以，托盘里的水就像血液穿过双齿鲨的帆。

戴夫:所以，如果身体在外面的环境中是热的，它就会在帆周围抽水，那就很相似了，是的。或者如果你想到其他现代动物，它就像血液流经大象的耳朵一样。

凯特:那么，在回答更多问题之后，我们将拭目以待水会发生什么变化。

克里斯-好的，在我们等水发挥作用的时候还有问题吗?这里有一个。

麦卢卡-你好。我叫麦卢卡，来自剑桥。回到关于巨型蜘蛛化石的话题，如果你发现了一只活着的蜘蛛，它咬了你一口，而且很毒，你会怎么样?你想死还是…?

克里斯:这些蜘蛛确实有毒液，对吧?

亚历克斯:是的，我们不完全确定这种蜘蛛是否有毒液。我的意思是，现在有些蜘蛛不会，很明显，蜘蛛会，毒液的强度决定了你会发生什么，你是会被咬死，还是会有点不舒服，还是什么都不会发生。但这么大的东西，我想会留下很大的穿孔。

阿鲁沙-阿鲁沙来自剑桥。接着蜘蛛的问题，一只60厘米长的蜘蛛，它会吃什么?

Alex - Jon刚才提到了人类，但事实并非如此，因为人类并不存在。但是现在有很多大型蜘蛛。在马来西亚的热带地区，有一种以鸟为食的蜘蛛，它们的直径可以达到30到40厘米，它们确实会抓鸟。所以，如果你有这么大的东西，大概它是在吃东西，或者可以吃一些比当时任何其他蜘蛛都要强壮的东西。

但关于石炭纪的有趣的事情是，这些巨型蜘蛛和巨型蝎子似乎都存在，当时我们看到的每一种昆虫都能达到巨大的体型。有翼展70厘米的蜻蜓。有几米长的千足虫。不是几米。可能有几米长。这是地球历史上的一个时期，与现代生物相比，生物可以变得非常非常大。原因可能是，有证据表明，在那个特定的时间点，地球上的氧气含量要高得多。所以在目前的水平下，我们的大气中有21%是氧气。据估计，在石炭纪，35%的大气是氧气。如果你是一只昆虫，你呼吸的方式几乎就像扩散。 So, you're limited in your size by the amount of oxygen that's around you because the oxygen can only diffuse a certain distance before you've used it all up into your body. So, if there's higher oxygen levels, any organism that survives by diffusing in the oxygen can get to bigger sizes. We think that's what was driving this massive evolution, this gigantism at that time.

克里斯-凯特……

Facebook上的Kate - Jeremy想知道在我们的史前知识中，最让你们烦恼的是什么?我们的知识中缺少什么?

克里斯-乔恩?

乔恩:嗯，我们经常听到的一件事就是化石记录是多么的有偏见。研究现代动物和DNA的人，他们喜欢把这个问题扔给我们，“哦，你不能用化石记录做任何事情。这太有偏见了。”他们的意思是，只有在特定的时期和特定的地点，我们才能发现特定类型的化石。但是，古生物学家们，我们并不认为这是所有事物的终结。实际上，我们现在有很多不同的技术可以克服这些偏见。尽管我们的数据可能永远不会像去森林里那样好，不能对那里的每一种动物都进行采样。我们当然能够克服这些偏见，这些偏见实际上让其他科学家认为我们几乎无法在任何方面发挥作用。但是，是的，我想说，化石记录所能提供的东西有时会令人非常沮丧。我的意思是，我们可以有500万年或1000万年的时间，那里什么都没有。

克里斯-斯蒂芬妮……

斯蒂芬妮-天哪!我很想去那里找到一个神奇的早期四足动物化石。那真是太好了!对我来说，如果能在某个时间点上看到现代运动行为的进化，那就太棒了。所以，正如我说过的，我研究过的一些早期四足动物，它们并不像现代动物那样真正使用四肢。它们把自己从水里拖到泥滩上。我真正感兴趣的是，动物在什么时候把四肢放在地面上，把身体的重量抬离地面，开始一次移动一个肢体。因为在那之后，我们开始看到动物活动方式的爆炸式增长和多样化。我们不仅有单腿移动的动物。我们开始看到动物走路，跑步，在身体下面移动四肢的动物，从四肢变成四肢的动物，就像我们看到的雷克斯霸王龙，以及介于两者之间的动物。 They can gallop, they can run fast like a cheetah, and then eventually, of course, they can fly in the air. So, this point where animals start to move like a modern tetrapod is really, really important.

克里斯-凯特和戴夫，你们的水怎么样了?

凯特:戴夫身上的水怎么样了?在我们进行的过程中你一直在测量它。

戴夫:那么，如果我们测量一下放在一个漂亮的小玻璃杯里的杯子的温度……

凯特:那么，这代表什么动物呢?

戴夫:所以，这是某种球形的东西。所以，如果你想象一种非常大的脂肪动物。北极熊就是一个很好的例子，它们又大又胖，几乎是圆的。水现在的温度是51摄氏度。

凯特:所以，并没有下降那么多。

戴夫，它只下降了5到6摄氏度而那些伸展开来的动物，所以这是一种有着又大又长又细的四肢的动物或者是一种大型扁平动物，温度一直下降到36摄氏度。这是因为基本上，物体只能在表面散失热量。所以，无论是动物还是水，如果你有一个小的表面，你是一个非常紧凑的东西那么你就不能很好地失去或获得热量。如果你是展开的，你有更多的表面，所以你可以获得或失去热量，同时在更多的地方。

凯特-好了，我们来谈谈这场战争。它是想让自己降温还是升温?

戴夫:嗯，理论认为它可能是想让自己暖和起来，因为它是捕食者。它试图抓住东西。如果它能在阳光下游荡，有一个巨大的帆来加热它的血液，那么所有的化学反应都进行得更快，这意味着它能跑得更快，这样它就能抓住其他动物，这些动物在早上仍然有点冷，有点困。你可以跟在它们后面，抓住它们，很有效率地给它们吃早餐。

凯特:所以，我想是早期的恐龙抓住了恐龙。