陨石毁灭了恐龙重塑了森林

2020-09-18 95被子植物

根据UA研究人员领导的一项研究,陨石毁灭了恐龙重塑了森林,6600万年前陨石撞击对开花植物中的常绿植物造成的破坏程度远远大于落叶植物。研究结果发表在《公共科学图书馆生物学》杂志上。

陨石毁灭了恐龙重塑了森林

研究小组将生物力学公式应用于成千上万的被子植物化石叶子的宝库中——开花植物不包括针叶树——能够重建出一个多样化的植物群落的生态,在这场灾难性的撞击事件中,有220万年的时间,人们相信这场灾难摧毁了一半以上的植物生活在当时的物种。

研究人员发现证据表明,在事件发生后,快速生长的落叶被子植物在很大程度上取代了生长缓慢、常绿的同类植物。常绿被子植物的实例,如冬青和常春藤,往往喜欢阴凉,生长不快,叶子颜色深。

研究报告的主要作者本杰明·布朗德(Benjamin Blonder)去年毕业于UA教授布莱恩·恩奎斯特(Brian Enquist)的实验室,获得了UA生态和进化生物学系的博士学位,他说:“当你观察当今世界各地的森林时,你不会看到很多森林以常绿开花植物为主。”UA天空学校。”取而代之的是落叶植物,这些植物在一年中的某个时候会掉叶。”

研究意义

布朗德说,这项研究为物种灭绝事件在当时的植物群落中如何展开提供了急需的证据。虽然人们知道,在撞击之前存在的植物物种与之后的植物物种不同,但关于植物组合的变化究竟是随机现象还是事件的直接结果的数据却很少。

“如果你想一想陨石撞击地球等灾难性事件造成的大规模灭绝,你可能会想象所有物种都有同样的死亡可能性,”布朗德说适者生存并不适用——这种影响就像一个重置按钮。然而,另一种假设是,某些物种具有使它们得以生存的特性。

“我们的研究提供了从缓慢生长的植物到快速生长的物种的戏剧性转变的证据,”他说它告诉我们,在这种随机性的干扰下,植物是如何不受干扰的,陨石毁灭了恐龙重塑了森林。这也潜在地告诉了我们为什么现代森林通常是落叶的,而不是常绿的。”

此前,其他科学家发现了撞击产生的尘埃导致温度急剧下降的证据。在这样一个“冲击冬季”的条件下,许多植物将难以获得足够的阳光来维持它们的新陈代谢和生长。

布朗德说:“假设是冬季的影响带来了一个非常多变的气候。”这将有利于那些生长迅速并能利用不断变化的环境的植物,例如落叶植物。”

研究内容

来自卫斯理大学的布朗德、恩奎斯特和他们的同事丹娜·罗耶、史密森国家自然历史博物馆的柯克·约翰逊和丹佛自然与科学博物馆的伊恩·米勒研究了从北达科他州南部一个地点收集的大约1000个植物叶子化石,埋在被称为地狱溪地层的岩层中,在当时是一个由河道纵横交错的低地漫滩。这批藏品包括10000多个已确认的植物化石,主要存放在丹佛自然与科学博物馆。

通过分析叶子,叶子将大气和水中的二氧化碳转化为植物的营养物质,研究人员采用了一种新的方法,使研究人员能够预测植物物种如何利用碳和水,从而揭示出植物群落早已消失的生态策略,隐藏在沉积物下数百万年。

布朗德解释说:“我们测量了一片给定叶子的质量与面积的关系,这就告诉我们,这片叶子是一片矮胖、昂贵的叶子,还是一片更脆弱、更便宜的叶子。”换句话说,就是植物在叶子上投入了多少碳。”

除了树叶的单位面积质量比之外,布朗德和他的同事还测量了树叶静脉网的密度。

“当你拿着一片叶子对着光,你会看到一种纹理图案在它上面流淌,”布朗德说这个网络决定了有多少水通过树叶移动。如果密度很高,植物能够放出更多的水,这意味着它可以更快地获得碳。

“通过比较这两个参数,我们得到了资源投入与资源回报的概念,这使我们能够捕捉到我们研究的植物在灭绝很久之后的生态策略。”

布朗德解释说,常绿植物更有可能投资于建造成本高昂但结构良好、寿命长的叶子,而落叶植物的叶子寿命往往很短,但代谢率很高。

“在快速生长和缓慢生长的物种之间有一个光谱,”他说有“活得快,死得早”的策略,也有“慢而稳”的策略。你可以把它比作投资股票和债券的金融策略。”

研究结果

分析表明,在物种灭绝之前,生长缓慢的常绿植物占据了植物群落的主导地位,而快速生长的常绿植物则在之后取代了它们的位置。

美国国家科学基金会授予布朗德一个研究生奖学金来从事这项研究。美国地质学会提供了额外的资金。

布朗德说,在观看了美国陆军大学的古生物学讲座后,他受到启发,开始从事这项研究项目。

他说:“我对植物如何基于叶子的功能产生了浓厚的兴趣,我对如何应用这些生物力学原理来重建过去的生态功能很感兴趣。”当你拿着一片保存得如此精美的叶子,知道它已经有6600万年的历史了,那是一种谦卑的感觉。”

引用

University of Arizona. "Meteorite that doomed dinosaurs remade forests." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 September 2014. www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140916141525.htm.

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