北美有据可查的冰河时期两栖动物化石,此前只有一例。现在这个数字变成了2。新加入的是一只在约4.5万年前陷入天然沥青坑的铲足蟾,它的几块纤细骨骼在洛杉矶的拉布雷亚沥青坑里沉睡了数十个世纪,直到被古生态学家若泽·阿尔韦托·克鲁斯辨认出来。克鲁斯是墨西哥国家人类学与历史研究所的研究员,兼任拉布雷亚沥青坑的研究合作者。他在查看一批从坑里挖出的两栖动物标本时,注意到一块蟾蜍的髋骨“和我认识的铲足蟾非常不一样”。他把这块骨头和全球各地的铲足蟾骨骼做了对比,确认它属于一个从未被描述过的物种。“我非常开心,非常兴奋,因为这是我整个职业生涯里第一个新物种。”克鲁斯说。他和同事在《古脊椎动物学杂志》上发表了对这一发现的分析。
这次发现的过程像是一道需要极细致眼光的拼图题。铲足蟾自身的骨骼结构本就特殊:大多数蛙类和蟾蜍的骶骨与尾杆骨之间有一个关节连接,而铲足蟾的这两块骨头是融合在一起的,构成一个整体化了的髋部结构。这样一来,微小的骨片差异就更不容易被放大成种间的明确分界。然而来自冰河时代的这副骨骼,不仅尺寸比现生铲足蟾大出一圈——和那个时期的许多动物一样呈现出冰期大型化倾向——而且在骨缝、棱脊和关节面的轮廓上都有足够多的差别,使得研究团队可以很确定地说,这是一个独立的物种。克鲁斯甚至将化石中的五块骨骼逐一与不同大陆的现生铲足蟾标本进行形态比对,最终把鉴定结果锁定在一个新种上。他赋予它一个学名 Spea labreae,“labreae”直接指向它的发现地拉布雷亚。
这只蟾蜍的死因也许算不上离奇,但它的“墓葬”环境却极不寻常。大约在最后一次冰期行将结束的背景下,未来的洛杉矶地区还是一片阴冷潮湿的林地,美洲冷杉和云杉覆盖着山坡,地面被蕨类和苔藓铺满。这里的动物群远比今天狂野:哥伦比亚猛犸象、西部马、骆驼以及剑齿虎和恐狼在森林与灌丛间穿行。在地表的一些低洼处,天然沥青从地下缓慢渗出,形成黏稠的黑池,表层常常被雨水或落叶遮盖,看起来像是普通的水坑。一旦有动物踏入,立刻就会被黏住,挣扎越剧烈陷得越深。大型动物如猛犸象和地懒丧命于此,它们的骨骼成了拉布雷亚沥青坑闻名于世的标志性化石。而这只铲足蟾当时大概只是想找一处湿润的藏身地,却一脚踏进了沥青陷阱。它的骨骼在焦油的无氧环境里被迅速封存,连同昆虫、鸟巢残片、植物碎屑甚至古代鼠类的粪粒一起,变成了跨越数万年的时间胶囊。
拉布雷亚沥青坑的沉积层本身就是一座浓缩的冰河时代档案室。自20世纪初开始大规模发掘以来,这里已经出土了超过数百万件化石,其中以猛犸象和刃齿虎等大型哺乳动物最受瞩目。然而,两栖动物的记录几乎是一片空白。不仅因为在沥青中完整保存小型骨骼的概率本来就很低,更因为它们的骨头又细又脆,在常规的分拣和清理流程中极易被漏掉,甚至在清洗淤泥时被冲走。洛杉矶县自然历史博物馆的古爬行动物学家戴维·莱德斯马没有参与这项研究,但他指出:“两栖动物化石十分稀少,这些小家伙的骨骼非常细小且脆弱——化石化本身就少见,即使保存下来,骨头有时也会被忽略。”所以,克鲁斯能从先前挖掘出并已存放在标本储藏室里的材料中挑出这只蟾蜍的化石,既是观察力的体现,也折射出古生物学界正在给予小型脊椎动物越来越多的关注。
这只蟾蜍的精确年龄目前无法通过直接测定得出,因为对这几块独一无二的化石进行放射性碳测年会造成不可逆的破坏。研究人员转而采取了地层对比的方法:同一个沥青透镜体里出土的其他动植物标本已有多项测年数据,综合这些结果,可以估算出这只铲足蟾生活在至少约4.5万年前,对应着末次冰期中较为寒冷的一个阶段。这个时间点比拉布雷亚沥青坑里大部分哺乳动物化石略微早一些,暗示着当时的气候条件比后来还要更冷、更湿润。而一只依赖潮湿环境的铲足蟾出现在这里,恰好为这种气候重建提供了一个独立的生物学证据。
对一个物种而言,几块髋骨能讲的故事其实远比表面看起来多。两栖动物的皮肤具有高度渗透性,它们的分布和种群兴衰对温度和湿度极为敏感,因此常被生态学家视为环境变化的指示类群。找到一只冰河时期的铲足蟾,就等于在古环境地图上钉下了一枚坐标针。这意味着距今四五万年前,南加州海岸盆地仍保有不少季节性地表水体或短时存在的池塘,足以支持铲足蟾这类需要快速繁殖、蝌蚪发育期极短的物种完成整个生活史。另一方面,化石尺寸大于现今生活在同一地区的铲足蟾西部种 Spea hammondii,也暗示着当时较低的代谢速率或较短的生长季可能驱动了个体的大型化。将这些线索勾连起来,科学家就有机会从毫米级的骨骼里读出区域降水模式、季节性气温波动乃至整个生态网络的结构。
铲足蟾的化石之所以尤其值得单独对待,和它们奇特的生物学特性密不可分。现生铲足蟾是一种典型的穴居型两栖动物,后足上长有角质化的“铲状”突起,能在松软土壤里迅速下挖,白天避热,夜晚和雨后出来觅食与繁殖。它们的繁殖爆发性极强:当一场足够大的雨水灌满临时积水洼地后,数日之内就会汇集大量成蟾,交配产卵,卵块在24到48小时内孵化,蝌蚪在短短数周内变态登陆,赶在水体干涸之前逃离。这种依赖短暂水源的生活策略使得它们的化石记录天然就稀少——种群密度起伏大、个体寿命短、骨头又薄又轻,很难在常规沉积环境中保存下来。而拉布雷亚的沥青坑恰恰提供了一种违反常规的保存机制:动物一旦陷落,几乎没有机会逃脱,尸体也不大会被食腐者彻底破坏,窒息、埋藏和矿物质的渗入在数日内同步发生,就连细如牙签的趾骨都有可能被沥青充分渗透并保持结构完整。
研究者同时也指出,这些微小化石为探究古代气候提供了其他大型哺乳动物无法给出的细节。大型动物移动范围广,对气候的响应有时间滞后,而像铲足蟾这样活动半径仅数百米的小型脊椎动物,其种群存续几乎直接取决于所在地点的微环境条件。这意味着,如果把拉布雷亚不同深度的两栖动物化石按年代排列,就有可能绘制出一幅高分辨率的局域气候
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