一具遗骸侧卧,头部和颈部向骨盆方向拉回——这是一个典型的死亡姿势。手臂和腿仍然处于解剖学上的正确位置,但仔细观察会发现手和脚的骨骼脱臼,尽管大部分部件都存在且有记录。头骨也有些脱节,同样地,各个碎片也彼此靠近。奇怪的是,尾巴的尖端完全不见了。附近还躺着更多尸体,它们的保存状态和散乱程度明显不同。有些仍然基本完整,有些只剩下一个头骨、一块肩胛骨、一根肢骨。这些不幸的生物是死在这里的,还是死后被带到一起的?它们是同时死亡的,还是死亡是随着时间推移发生的?是什么杀死了它们?
我们的马达加斯加和美国古生物学家及地质学家团队在2005年夏天于马达加斯加西北部的古老沉积物中发现这个乱葬岗时,就开始提出这样的问题。马达加斯加岛屿的威尼斯红土壤赋予了它“大红岛”的绰号。当我们在寻找答案时,我们发现了一些有趣的信息,但我们完成这项任务的方式可能和我们的发现一样有趣。
在做任何事情之前,我们为这个地点命名,将其命名为MAD05-42,以指示发现年份以及它在该地区化石地点发现序列中的位置。第二项任务是识别死者,根据我们在该地区其他地方的发现,我们很快辨认出大部分遗骸是各种恐龙的。
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这个恐龙墓地在马达加斯加西北部并非独一无二。它与我们在贝里沃特拉偏远村庄附近的半干旱草原地区十多年的地质调查中反复看到的模式相符。在那里,我们发现了一层又一层的集体死亡,大大小小、老老少少的动物遗骸壮观地埋藏在骨床中。因此,当我们努力揭示是什么杀死了MAD05-42中的动物时,我们也不禁想知道为什么我们在这里发现了如此多的骨床,以及为什么它们保存得如此完好。
开启一桩非常古老的案件
我们迟到了数百万年,无法使用现代验尸官的大部分工具。为了从骨骼和岩石中挖掘出隐藏的线索,我们不得不求助于地质年代测定技术,以及被称为埋藏学的研究领域,该领域探索有机遗骸从生物世界到死亡世界的命运。
在为该地点命名后,我们从骨骼嵌入的岩石中挖掘出骨骼。我们首先使用铲子和岩石锤去除覆盖的沉积物,然后改用牙科探针和精细刷子来暴露骨骼本身。我们非常小心,不要损坏脆弱的骨骼表面。一旦我们完全暴露了骨骼遗骸,我们就绘制并拍摄了它们被发现的确切位置,以记录任何重要的空间关系。接下来,我们用固化胶浸泡脆弱的骨骼,并用粗麻布和石膏的保护层小心地包裹它们。石膏凝固后,我们对骨骼进行编目,并包装好,以便长途跋涉到我们在美国的实验室,在那里,我们稍后会费力地去除任何剩余的沉积物,并详细研究骨骼,特别注意表面上可能揭示凶手身份的任何痕迹。
在该地点,我们确定死者保存在一个独特的沉积岩体中,该岩体被称为梅瓦拉诺组,位于白垩纪-古近纪界线以下几十米处——大约在6600万年前,所有恐龙(除了鸟类)和许多其他生物在全球范围内遭受灭绝。墓床位于大规模灭绝层位下方44.5米处,梅瓦拉诺组当地顶部下方14.5米处。测量地层下方岩层中火山岩矿物的放射性衰变,得出的年龄约为8800万年。地层上方和夹层中的海洋沉积物,是由沿着该岛西海岸涨落的海洋沉积下来的,其中含有贝壳和单细胞微生物的微小骨骼,这些微生物在其他地点的年代测定结果表明接近白垩纪末期,但并非真正末期。因此,所有时间证据都表明死亡发生在约7000万年前。无论是什么杀死了MAD05-42采石场的恐龙,都与数百万年后发生的全球大灭绝无关。
埋藏学也推动了我们的调查。埋藏学研究骨骼修饰(骨骼是被烧焦、折断还是被咬过?)、尸体扰动(食腐动物或掠食者肢解和选择性移除身体部位)以及埋葬历史(尸体是如何被埋葬的以及埋葬后发生了什么)。化石化过程的研究——本质上,是什么使骨骼变成石头——也属于这门科学的范畴。
当我们从埋藏学的角度考虑MAD05-42采石场的死者时,我们可以看出它们是在一段较长的时间内死亡的,可能持续数周或数月,因为它们的尸体揭示了不同的死后历史。例如,一些尸体基本完整,另一些则被肢解并广泛散布,这不会是瞬间发生的。此外,一些骨骼状况极佳,而另一些则显示出高级风化和表面退化的迹象。当古代骨床中的动物在不同时间死亡时,我们将该地点描述为“时间平均”,并使用埋藏学线索来评估第一次死亡和最后一次死亡之间的时间量。尽管我们无法准确确定形成这个特殊墓床经过了多少时间,但我们确实知道,对于埋葬在这里的动物来说,死亡并非在同一瞬间降临。
犯罪现场
马达加斯加陆块的地质历史也为是什么杀死了这些恐龙提供了重要线索。在中生代初期(2.52亿年前),马达加斯加位于冈瓦纳大陆(盘古超大陆的南半部分)的中心,夹在非洲和印度之间,南极洲靠近其南端。构造活动很快大规模地重新排列了岩石圈板块,到侏罗纪晚期(1.6亿年前),马达加斯加已经从非洲裂开并向南移动,印度紧随其后。到8800万年前,在白垩纪晚期,马达加斯加重新缝合到非洲板块,尽管距离大陆约400公里,而印度次大陆和南极洲已经裂开,使世界第四大岛屿孤立在印度洋中。
在与非洲板块重新结合后,马达加斯加向北移动到其目前在南半球热带地区的位置。但是,当正在调查的死亡事件发生时,大约在7000万年前,马达加斯加北部位于南纬30度附近——仍然远离南回归线(现在穿过马达加斯加南部),并且可以说完全在亚热带天气模式的影响范围内[参见第69页的方框]。今天,主要的沙漠和半沙漠分布在赤道南北纬15至35度之间的地带。这些干旱带反映了大规模的大气环流模式(称为哈德莱环流圈),这些模式将大量炎热干燥的空气带到地球表面,此前这些空气在赤道附近释放了水分。由下降气流形成的的高压区往往使降雨在大部分时间里处于停滞状态,但当降雨来临时,可能会非常强烈。
梅瓦拉诺组的岩石提供了令人信服的证据,证明白垩纪晚期气候为半干旱和季节性气候。最能说明问题的是红色氧化古土壤(古代土壤),其中含有保存完好的垂直定向根系铸型。今天,垂直根系在植物已适应干旱条件,通过寻找更深的水分和养分来源的地方很常见。此外,梅瓦拉诺组的许多遗迹根系都覆盖着碳酸钙,或者散布着被称为碳酸盐结核的不规则矿物质团块。在现代世界中,富含碳酸钙的氧化土壤往往出现在半干旱到干旱地区,那里的蒸发和蒸腾作用限制了降水的影响。
这种古代地形的其他沉积物是在浅而多沙的河流中沉积下来的。这些沉积物也提供了亚热带历史的有力证据,清楚地表明水流波动剧烈,而且可能是季节性的。当河流流动时,水流驱动波纹和沙丘向下游移动,从而形成堆叠的倾斜分层组,地质学家将其称为交错层理。
毫无疑问,恐龙和许多其他动物经常光顾这些河流,以寻找水源、食物或避难所。事实上,MAD05-42采石场的骨骼就散落在这些古代河道之一中。河流有时是干涸的;有时则汹涌澎湃,泥浆和沙子像浓稠的奶昔一样。我们将回到这些泥浆——它们在我们的故事中扮演着重要的角色。
确定凶手
单个动物可能会以多种方式死亡——如果目标是在化石记录中确凿地确定凶手,那么方式可能太多了。但在集体死亡的情况下,例如梅瓦拉诺组中的那些情况,选择会大大减少。为了帮助将可能性缩小到一个,我们再次求助于埋藏学。马达加斯加的骨床通常保存着不止一种动物的遗骸,无论是多种恐龙,如MAD05-42,还是更多样化的组合,如MAD93-18采石场[参见第65页的方框],该采石场已出土鱼类、海龟、蛇、鳄鱼、三种不同的非鸟类恐龙、鸟类和哺乳动物的骨骼遗骸。这个凶手是不分青红皂白的,不注意大小、年龄、分类或栖息地——这一事实倾向于排除掠食者,如食肉恐龙或鳄鱼,因为现代掠食者通常至少表现出一定程度的猎物选择。
也没有任何证据支持基于疾病的情景(尽管用化石骨骼很难检测疾病)。由于这些生物在不同时间死亡,我们不怀疑戏剧性的瞬时事件,如地震、洪水或火灾。无论是什么杀死了这些动物,都是随着时间推移发生的,并且在受害者自行到达河流后单独袭击它们。我们也有无可辩驳的证据表明,凶手在不同的地点反复袭击,但基本作案手法相同。这些动物不是在白垩纪晚期糟糕的一天中倒下的——而是有很多糟糕的日子。
当所有证据都摆在眼前时,我们可以自信地确定一个凶手:干旱。机会肯定存在;这是一个亚热带生态系统,有明显的干旱和季节性迹象。此外,我们可以看到动物聚集在干涸的河床中,可能在剩余的水池周围,在那里它们一次又一次地死亡,因为优质饮用水和食物消失了。今天,致命的干旱,尤其是在非洲和澳大利亚内陆地区的部分地区,促使动物聚集在剩余的资源周围。在长期干旱期间,数千只动物可能会在它们最后的饮水希望之地死亡,它们的尸体可能会在几年内聚集在局部“死亡区”。
对现代与干旱相关的死亡率的研究表明,保存在梅瓦拉诺骨床中的不幸动物最终可能死于多种原因:脱水、热应激、营养不良,甚至可能是中毒,因为它们日益减少的水源变得污浊和有毒。事实上,我们有一些诱人的证据表明,在吸引动物聚集在一起的停滞水池中发生了藻类大量繁殖。来自东田纳西州立大学的白垩纪花粉专家迈克尔·扎瓦达从与骨骼相关的岩石中分离出了微小的藻类孢子;然而,这些孢子是否代表有毒藻类大量繁殖的明显线索,还有待证实。
但是,动物的尸体是如何保存下来的,其中许多保存得如此精美?生物遗骸在地面上往往保存不佳,在那里,食腐动物占据主导地位,阳光缓慢但无情地漂白即使是最大的骨骼,直到它们裂开并最终变成尘土。当长期保存在化石记录中至关重要时,埋葬应在死亡后尽快发生。事实上,可以认为,从化石的角度来看,快速埋葬是通往永生的最关键钥匙。
对于我们这些研究这些化石的人来说幸运的是,一位非常高效的承办人在与恶劣的天气协同运作。周期性地在干涸的河床中造成灾难的干旱条件最终不得不结束,当降雨返回时,就像猛烈的报复一样,它们引发了泥石流。由降雨引起的侵蚀动员起来的粘稠的绿色泥浆和沙浆倾泻在骨骼上并将其包裹起来。掩埋床的沉积特征反映了一种特殊类别的流体流动,其中湍流受到抑制,水和沉积物都以基本上是塑性的方式整体移动。这种类型的质量流,通常被称为泥流,在今天并不少见。2005年危地马拉致命的泥石流,是由斯坦飓风的暴雨引发的,就是一个现代例子。
在致命的干旱造成损失之后,一次又一次,厚厚的泥浆和沙床流过尸体和散落的骨骼,无论它们属于几分钟前还是几个月前死亡的动物,并将它们有效地打包在一起,放入一个保护性的永久沉积墓穴中。这将再过7000万年,这些墓穴才会被打开,其中的惊人故事才会被揭示出来。