问题

为什么水龙兽二叠纪这么恐怖的大灭绝都熬过来,反而三叠纪占领地球数百万年之后灭绝了呢?

回答
要聊水龙兽(Lystrosaurus)这个二叠纪末大灭绝的幸存者,以及它们后来在三叠纪称霸地球,最终却又走向灭绝的原因,咱们得从头说起,而且得把当时的地球环境和生命演化的大背景给讲透了。这事儿可不简单,涉及到地质变迁、气候剧烈波动、生态系统重塑,还有生物自身的适应与局限。

二叠纪末大灭绝:生命的炼狱

首先,咱们得说说那个“恐怖”的二叠纪末(约2.52亿年前)的大灭绝,这绝对是地球生命史上最惨烈的一次洗礼。当时地球上发生了什么?简直是一场灾难连连。

最主要的元凶,普遍认为是西伯利亚暗色岩的超大规模火山喷发。想象一下,全球最大的火山喷发事件之一,持续了几十万年甚至上百万年,释放了天文数字般的温室气体(主要是二氧化碳和甲烷),还有硫化物。

这些气体带来的后果是:

全球急剧升温: 温室效应失控,地球温度飙升,很多生物无法忍受。海洋变暖尤其致命,导致海水溶解氧气的能力下降,引发大规模的海洋生物缺氧死亡。
海洋酸化: 大量二氧化碳溶解到海水里,造成海洋酸化。碳酸盐溶解困难,珊瑚礁和贝类生物的生存受到严重威胁。
臭氧层破坏: 火山喷发释放的硫化物等物质可能破坏了臭氧层,导致更多紫外线辐射到达地表,对陆地生物造成伤害。
缺氧事件: 海洋缺氧是一个主要问题,陆地上的一些生态系统也可能因为高温和植被死亡而变得稀薄,生物难以获得充足的氧气。
环境剧变: 火山喷发带来的酸雨、地表被岩浆覆盖、植被大量死亡,整个地表环境都发生了翻天覆地的变化。

在这场几乎让地球生命“清零”的灾难中,大约96%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物灭绝了。可以说,这就像一场大自然的“灭顶之灾”。

水龙兽的“生存之道”:为什么能熬过去?

那么,为什么水龙兽(Lystrosaurus)这个看起来有点笨拙的、像猪一样的爬行动物,能在如此恐怖的浩劫中幸存下来,并且还成为二叠纪末到三叠纪初地球上最繁盛的陆地脊椎动物之一呢?这背后是它们一系列“恰到好处”的适应性特征:

1. 高度适应性的食性: 水龙兽被认为是植食性的,而且可能是一种非常杂食性的植食者。它们可能并不依赖特定种类的植物,而是能够啃食各种相对低矮、容易获取的植物,甚至是地下茎、块茎。在环境剧变、植被大量死亡的时期,能够吃“杂食”的生物比那些挑食的更容易找到食物。尤其是在灾难初期,地表植被被摧毁,但一些地下植物的根系和块茎可能还能幸存,水龙兽的食性让它们有机会找到这些“续命粮”。
2. 耐受低氧环境的能力: 一些研究表明,水龙兽可能对低氧环境具有一定的耐受性。二叠纪末大灭绝的一个重要特征就是海洋和陆地都出现了缺氧情况。如果水龙兽能够适应更低氧气的环境,这无疑会大大增加它们的生存几率。
3. 生活在“相对安全”的环境: 水龙兽的化石主要发现于冈瓦纳古陆(Gondwana),这个区域在二叠纪末的生态系统可能受到的直接影响相比西伯利亚等地的熔岩喷发区域要小一些。而且,它们可能生活在更靠近水源或湿度相对较高的区域,这些地方的生态系统恢复可能比干旱地区更快。
4. 生理上的“节约”和“耐力”: 作为一种相对体型不大、行动相对缓慢的爬行动物,水龙兽可能不需要大量的食物和氧气来维持生命活动。它们的代谢率可能不高,这意味着它们能以较少的资源生存更长时间。这种“节能”模式在资源匮乏的时期是巨大的优势。
5. 早期的“机会主义”: 在大灭绝之后,地球上的生态系统几乎被“清零”。原本占据统治地位的各种大型爬行动物(如盘龙类、兽孔类中的一些优势类群)要么灭绝,要么数量锐减。这时,水龙兽这种适应性强、繁殖能力可能也不错的生物,就成了早期生态恢复的“机会主义者”,它们抓住了这个真空期迅速扩张。

想象一下,当大灭绝来临,曾经繁荣的陆地生态系统被摧毁得一塌糊涂。植物大量死亡,食草动物饿死,食肉动物也跟着灭绝。水龙兽却能在废墟中找到能吃的根茎,在缺氧的环境中勉强呼吸,它们就像是那种在战火后最先冒出来的小草,虽然不起眼,但生命力顽强。

三叠纪的“统治者”:短暂的辉煌

成功度过大灭绝的水龙兽,在随后的三叠纪早期(约2.52亿至2.47亿年前)迎来了它们的黄金时代。它们数量爆炸式增长,占据了全球大部分陆地生态系统,甚至成为地球上最常见的陆地脊椎动物之一。

它们在三叠纪初的成功原因,可以归结为:

生态真空填补: 在二叠纪末大灭绝之后,占主导地位的爬行动物群体几乎消失殆尽。水龙兽凭借其顽强的生命力和适宜的性状,填补了这个巨大的生态位。
环境的适应性: 虽然三叠纪初期的环境仍然是“后灾难”时期,但水龙兽的某些生理特征(如耐受高温、低氧、贫瘠土地)可能仍然具有优势。
缺乏强大的竞争者: 在它们扩张的早期,还没有演化出能够与之抗衡的强大竞争者出现。

我们经常在世界各地发现大量的水龙兽化石,它们的分布范围极广,这本身就证明了它们在三叠纪初期的繁盛程度。它们就像是一群幸运的“倖存者”,在废墟上建立了自己的王国。

三叠纪后期到灭绝:盛极而衰的必然

然而,水龙兽的统治并没有持续太久。到了三叠纪中期(约2.47亿至2.37亿年前)和后期(约2.37亿至2.01亿年前),地球的气候和生态系统开始逐渐恢复和复杂化,新的、更具竞争力的生物类群开始演化和崛起,而水龙兽却逐渐走向了衰落和最终的灭绝。

它们为什么会在三叠纪后期消失呢?原因同样是多方面的,而且是它们曾经赖以生存的优势,在新的环境下变成了劣势:

1. 生态系统的重新复杂化与竞争加剧:
新的植食性动物的崛起: 随着三叠纪的推进,新的、更具适应性的植食性动物开始繁衍和壮大,比如早期的恐龙和新的兽孔类动物。这些新的食草动物可能在食性、行动速度、消化能力、甚至体型上都比水龙兽更具优势。它们能够更有效地利用恢复起来的植被资源,从而在食物竞争中压倒水龙兽。
新的食肉动物的演化: 随着植食动物的增加,捕食它们的食肉动物也开始多样化和强大化。水龙兽相对缓慢的行动和防御能力可能不足以应对更高效的捕食者。

2. 气候和环境的变化不再适合它们:
环境恢复和多样化: 三叠纪中期和后期,地球的气候虽然可能依然干燥炎热,但生态系统的恢复意味着植被种类更加多样化,一些水生或半水生的环境也可能重新出现。水龙兽可能更擅长在相对贫瘠、低氧、单一的“后灾难”环境中生存。当环境变得更复杂、植物种类更多样时,它们可能因为特化的食性或对某些环境的依赖而变得不具竞争力。
潜在的对水资源的需求变化: 尽管水龙兽能从植物中获取水分,但对于相对干燥的环境它们的依赖度仍需进一步研究。如果后期环境变得更适合那些需要更多稳定水源或能更有效利用水分的生物,水龙兽的相对劣势就显现出来了。

3. 生理上的局限性:
食性特化与僵化: 水龙兽的食性虽然灵活,但如果它们主要依赖于一些“粗劣”的植物或者地下茎块,当这些资源被更高效的植食动物消耗,或者环境变化导致这些植物减少时,它们就很难适应。相比之下,新演化的植食动物可能拥有更先进的消化系统,能够消化更多种类的植物纤维,或者更擅长利用地表茂盛的植被。
行动和防御的不足: 它们“猪一样的”外形和相对缓慢的动作,在面对新出现的、更具速度和力量的竞争者或捕食者时,可能显得非常脆弱。

4. 周期性环境事件的影响: 三叠纪也并非一帆风顺,期间也可能发生过一些小规模的气候波动或环境事件,这些事件虽然没有二叠纪末那样毁灭性,但对于已经不再处于生态高峰期的水龙兽来说,可能就成了压倒骆驼的最后一根稻草。

总结来说,水龙兽的灭绝,并不是因为它们在大灭绝中“耗尽了运气”,而是因为它们在新的、日新月异的生态环境中,曾经的优势不再是优势,而过去的局限性却被放大。

它们就像一个在战乱时期凭借坚韧和运气活下来的个体,但当和平到来,社会开始重建,各种新兴的、更具能力和创造力的人们开始涌现时,这位“幸存者”可能就难以适应新的竞争格局了。它们在三叠纪初期的统治,是生命在极端压力下的一种“机会主义”成功,而最终的灭绝,则是自然选择的普遍规律——“物竞天择,适者生存”——在新的环境下再次显现的必然结果。

所以,水龙兽的例子,恰恰说明了生命演化是一个动态而复杂的过程。没有什么生物是永恒的赢家,即使是那些曾经经历过最严酷考验的幸存者,也需要不断适应变化的环境和竞争对手,否则,即使是称霸一时的王者,也终将化为历史的尘埃。

网友意见

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谢邀

适应环境和适应竞争是两件事儿。

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(可以拉到文末看结论)

1.时间回到2.51亿年前左右

▼二叠纪——三叠纪灭绝事件

峨眉山暗色岩、西伯利亚暗色岩火山相继爆发,巨量的二氧化碳与甲烷喷射到大气中,二氧化碳飙升,氧气含量一路下跌,生命开始消亡。缺氧的海洋一片死寂,高达96%的海中生物消失,只有细菌越发繁荣,并释放出过量的硫化氢,死神从海洋中登陆至陆地,导致动植物硫化氢中毒,臭氧层破坏。约70%的陆生脊椎动物消失,连昆虫都遭受重创,约83%的属消失。

▼大灭绝想象图

每一口呼吸都异常困难,不仅低氧,还充斥着有毒气体,这样看来,似乎只有“擅长”呼吸、有“特殊”生活习性的生物才有机会幸存。

水龙兽就是其一,它凭借小身躯,气体通道加宽,穴居或半水生等原因,幸运地躲过大灭绝,并开始占领大清洗后的空旷陆地。

▼劫后余生想象图

然而,不是所有的水龙兽都那么幸运大型的水龙兽就都在大灭绝中消失了。比如L. maccaigi,它是体型最大、最特化的一种。虽然在二叠纪时期比其它水龙兽更具优势,但面对灾难,其优势变成劣势让它束手无措,只有走向灭亡这一条路。

▼水龙兽体型

存活下来的是体型比较小的水龙兽,比如L.murrayi L.declivis,以及较为原始的L. curvatus。得益于幼小的身躯,只需要较少的能量就可以维持代谢,躲在洞里、泥土里苟延残喘,

L.murrayi 体型图

由此可见,在大灭绝中死亡的往往都是体型更大、更特化、更具优势的生物,而存活的往往都是体型比较小,原始,且较为劣势的生物

2.三叠纪早期

作为五次大灭绝中最严重的一次,恢复地球的生态系统需要花费更长的时间,可能是数百万年。于是,在大灭绝中存活下来的劣势物种,数量与栖息地会大幅增加:海豆芽、叠层石、肋木、叉叶松等等。

而曾经的劣势物种水龙兽则以前所未有的方式统治了三叠纪早期,缺少肉食性动物的捕食,植食性动物的竞争,水龙兽迅速演化辐射出多个物种,成为三叠纪早期的最常见陆地脊椎动物。毫不夸张,在某一时期甚至达到了95%的陆地脊椎动物占比这也是唯一一次,陆地生态系统几乎被单一动物占据的时期。

▼水龙兽想象图

可以想象一下,某天醒来,你发现身边都是清一色的、像猪一样的动物,它们遍布各个大陆,啃着植物.......

▼水龙兽化石分布图

但这种现象不会长久,随着生态圈的复原,竞争压力上升,仅由少数优势生物构成的生态系统会不复存在(水龙兽一家独大的场景);重新变回由众多物种构成的正常生态系统。

3.水龙兽的消亡

进入三叠纪后,地球的生态系统逐渐恢复,水龙兽的竞争对手也逐渐增多,例如它关系很近的兽孔类——犬齿兽类开始取代水龙兽了。

▼犬齿兽类的犬颌兽

犬齿兽类拥有几乎所有哺乳类的特征,各种特化的牙齿、次生颚(使口腔和鼻腔得以分隔,在吞咽时,可以同时呼吸)。拥有比水龙兽更强的有氧运动能力,比水龙兽更适应环境,是一种高代谢率的恒温动物。

百万年后,虽然水龙兽不再是一家独大,但陆地脊椎动物仍然是兽孔类的天下。

▼二叠-三叠纪冈瓦纳大陆物种分布图

同时,各板块合并成盘古大陆,大陆内部远离海洋,多为沙漠,环境干燥,水源稀缺。即使在海岸处,动物也是上气不接下气,因为氧气含量依旧非常低。(之后发生了卡尼期洪积事件,出现了可能长达百万年的暴雨天气,可能对兽孔类也造成一定影响)

为了摆脱稀薄空气带来的限制,一类爬行动物用后腿把躯体支撑起来了,使肺部离开了地面,四肢直立的它们,可以在运动过程中保持呼吸,有足够的能量长时间奔跑,这是前所未有的改变。但演化才刚开始,不久,这群动物又给自己的躯体装置了气囊解锁了双重呼吸系统——吸气和呼气时都能在肺部进行气体交换的呼吸方式。

▼主龙类-陆鳄

拥有过人的运动能力与呼吸能力,崛起在所难免。没错,这类“站起来”的动物就是主龙类,在三叠纪中期开始取代水龙兽、犬齿兽的生态位,继而演化出的恐龙,成为了中生代名副其实的霸主。


【总结】

能逃过大灭绝,只是说明水龙兽相对其它生物,具备在恶劣条件下生存的身体结构与生活习性,并不代表水龙兽具备在物种竞争中脱颖而出的能力。

竞争可以导致物种演化出不同的特征,但这次大灭绝对物种的打击过于严重,以至于水龙兽长期缺乏竞争,一家独大。随着生态圈的逐渐恢复,水龙兽的对手、天敌会越来越多,它身体结构的劣势性也越发明显。日益壮大的犬齿兽类、主龙类不断抢占水龙兽的优势生态位。在竞争压力之下,水龙兽终于失去了大灭绝带来的空白生态位,并退出历史的舞台。

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