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      科學(xué)家用一只貝殼窺見(jiàn)7000萬(wàn)年前的日夜

      想象你乘坐時(shí)光機(jī)穿越到了白堊紀(jì),經(jīng)過(guò)艱辛的掙扎求生,你看了眼表,感嘆終于到了23:30,還有半小時(shí)就成功存活到第二天了!就在這時(shí),一只霸王龍從身后靠近了你,用它的小短手戳了戳你后背:“兄弟你想啥呢,這不都已經(jīng)第二天了?”

      你一路逃跑,邊跑還邊納悶:“怎么回事啊,說(shuō)好的一天24小時(shí)呢,怎么不一樣了?”不用慌張,你應(yīng)當(dāng)還在地球上。最近一項(xiàng)發(fā)表于《古海洋學(xué)與古氣候?qū)W》的研究顯示,在7000萬(wàn)年前的白堊紀(jì)晚期,地球的一天只有約23.5小時(shí)。

      一年372天

      地球的自轉(zhuǎn)速率是如何隨時(shí)間變化的,這對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)。畢竟,我們無(wú)法回到過(guò)去直接體驗(yàn)并記錄當(dāng)時(shí)的環(huán)境。想要了解這些信息,研究者只能像偵探一樣,從可能的地質(zhì)證據(jù)中尋找蛛絲馬跡。

      一種名為T(mén)orreites sanchezi的雙殼動(dòng)物的化石,就為遠(yuǎn)古地球環(huán)境的復(fù)原提供了高清證據(jù)。雙殼動(dòng)物是一種在身體左右兩側(cè)具有兩瓣對(duì)稱外殼的軟體動(dòng)物,我們現(xiàn)在吃的蛤蜊、扇貝等都屬于雙殼類。

      科學(xué)家用一只貝殼窺見(jiàn)7000萬(wàn)年前的日夜

      貽貝也屬于雙殼動(dòng)物(圖片來(lái)源:pixabay)

      雙殼類一直是古氣候與古環(huán)境學(xué)中經(jīng)常使用的研究對(duì)象。就像樹(shù)木擁有年輪一樣,它們的殼體也有生長(zhǎng)線或生長(zhǎng)紋。由于地理位置、氣候等因素的不同,樹(shù)木的生長(zhǎng)速度會(huì)發(fā)生變化,從而影響年輪的疏密及清晰程度。同樣,雙殼類的生長(zhǎng)線也能反映類似的環(huán)境條件。

      這篇論文研究的化石非常特別,它的生長(zhǎng)線精度極高,且保存完好。研究者通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),T。sanchezi的殼體中,淺色和深色紋層交替出現(xiàn),每一組淺色與深色的紋層僅有約40微米厚。這就是它晝夜生長(zhǎng)的痕跡——白天長(zhǎng)出的殼體顏色淺,夜晚長(zhǎng)出的顏色深。日復(fù)一日,這些紋層記錄下7000萬(wàn)年前的每一天。研究者還發(fā)現(xiàn),淺色和深色紋層的厚度比例呈現(xiàn)出以15天和30天為周期的變化,這很可能代表了潮汐和月度的周期。在此基礎(chǔ)上,研究者進(jìn)一步識(shí)別出了季度和年度周期。研究顯示,該個(gè)體至少生存了9年,其中4年的生長(zhǎng)線非常清晰、完整,提供了絕佳的研究材料。

      科學(xué)家用一只貝殼窺見(jiàn)7000萬(wàn)年前的日夜

      化石中清晰可見(jiàn)淺色和深色互層(圖片來(lái)源:AGU)

      除了肉眼可以看見(jiàn)的顏色變化,研究者還測(cè)量了殼體不同紋層中的穩(wěn)定同位素(δ18O與δ13C)及微量元素(Ca、Mg、Sr、Li)含量,同樣從這些化學(xué)指標(biāo)中檢測(cè)出變化周期。綜合兩種手段,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步校準(zhǔn),研究者數(shù)出在該個(gè)體生存的時(shí)代,一年中有372±8.4天。考慮到地球公轉(zhuǎn)軌道相對(duì)穩(wěn)定,即每一年的總時(shí)長(zhǎng)基本不變,由此可以算出,7000萬(wàn)年前的一天只有約23.5小時(shí)。

      與藻類共生的蛤

      T。sanchezi生存于熱帶淺海,是一種底棲固著生存的蛤類,因此也被稱為“固著蛤”,但它們?cè)诖蠹s6600萬(wàn)年前,白堊紀(jì)末期的大滅絕事件中,就和恐龍一起滅絕了。論文通訊作者,比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)(Vrije Universiteit Brussel)的地球化學(xué)家尼爾斯·德溫特(Niels de Winter)介紹道:“固著蛤是一種獨(dú)特的動(dòng)物,現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有任何類似的雙殼類動(dòng)物了。在白堊紀(jì)晚期,這種雙殼動(dòng)物分布非常廣泛,而且是重要的造礁生物。它們當(dāng)時(shí)在生態(tài)系統(tǒng)中的作用,類似于我們現(xiàn)代的珊瑚。”

      科學(xué)家用一只貝殼窺見(jiàn)7000萬(wàn)年前的日夜

      某種固著蛤類的化石,并不是本文所研究的化石。(圖片來(lái)源:Wikipedia, Wilson44691)

      研究使用了激光刻蝕-電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS),該設(shè)備能用激光從殼上打下一連串直徑只有10微米的小點(diǎn),從而對(duì)殼體的不同部位連續(xù)取樣,以分析微量元素的含量。在殼體生長(zhǎng)時(shí),環(huán)境溫度及海水的成分都會(huì)影響其微量元素的比例。因此通過(guò)測(cè)量微量元素,甚至能夠還原出當(dāng)時(shí)每一天的環(huán)境變化。德溫特對(duì)此感到非常驚喜:“我們?cè)诿刻斓纳L(zhǎng)帶中都能采到4、5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),這種精度在地學(xué)研究中是很難達(dá)到的。我們基本上看到了7000萬(wàn)年前的每一天,這太神奇了!”

      科學(xué)家用一只貝殼窺見(jiàn)7000萬(wàn)年前的日夜

      LA-ICP-MS測(cè)得的微量元素?cái)?shù)據(jù),藍(lán)色和綠色的陰影代表15天一組的周期,紅色框代表30天一組的周期。

      研究顯示,白堊紀(jì)晚期的海洋溫度比以前認(rèn)為的還要高,夏天可以達(dá)到40℃,冬天也超過(guò)了30℃。作者在研究中提出,夏季的高溫可能已經(jīng)接近了軟體動(dòng)物的生理極限。

      LA-ICP-MS帶來(lái)的另一個(gè)有趣的結(jié)果是,相比起不同季節(jié)的差異,殼體的成分在白天與夜晚的差異更大。白天殼體的生長(zhǎng)速度很快,而夜晚則較慢。在研究中,作者指出,這種雙殼對(duì)日周期有很強(qiáng)的依賴性,這代表它的生長(zhǎng)與光合作用有關(guān)。研究提出,這種蛤很可能與某種能進(jìn)行光合作用的生物共生。這種現(xiàn)象類似于現(xiàn)生的硨磲,它會(huì)與蟲(chóng)黃藻共生——蟲(chóng)黃藻可以借助硨磲的外套膜有效覓食及繁殖,硨磲則可以拿蟲(chóng)黃藻當(dāng)“小灶”,以維持巨大體型的消耗。

      英國(guó)公開(kāi)大學(xué)(Open University)的退休教授,研究固著蛤的專家皮特·斯凱爾頓(Peter Skelton,并未參與本研究)評(píng)價(jià)道:“目前,關(guān)于固著蛤是否與光合生物共生的討論只存在形態(tài)學(xué)證據(jù)。而這一發(fā)現(xiàn),為這一猜測(cè)首次提供了有力的證據(jù)。”不過(guò)他也提醒,這一結(jié)論只適用于T。sanchezi,并不能推廣到其他固著蛤類。

      月亮正在遠(yuǎn)離我們

      在地球歷史上,一年的天數(shù)一直在減少,或者說(shuō),每天的時(shí)間在持續(xù)增加。這是因?yàn)樵铝烈?dǎo)致的潮汐摩擦力會(huì)使得地球的自轉(zhuǎn)速度變慢,這也被稱為“潮汐摩擦”。相對(duì)的,潮汐的拉動(dòng)會(huì)使月球在其軌道上略微加速,因此在地球自轉(zhuǎn)變慢的同時(shí),月球的軌道也正在遠(yuǎn)離地球。通過(guò)月球表面的激光測(cè)量?jī)x器,測(cè)得月球遠(yuǎn)離我們的速度目前約為每年3.82厘米。

      但科學(xué)家提出,在歷史上,月球遠(yuǎn)離地球的速度并非保持不變。道理很簡(jiǎn)單——如果按照現(xiàn)有速度回推的話,那么14億年前,月球應(yīng)當(dāng)在地球內(nèi)部。顯然,目前對(duì)月球年齡的推測(cè)遠(yuǎn)大于14億年(普遍認(rèn)為是45億年)。而本文提到的這項(xiàng)研究,幫助我們了解了地月系統(tǒng)漫長(zhǎng)演化歷史中的一個(gè)瞬間。

      德溫特及其同事表示,希望未來(lái)能將這一方法應(yīng)用于更多、更古老的化石中。如果能夠憑借類似方法,得知地球歷史上每天時(shí)長(zhǎng)的變化,或許能夠幫助重建地月間距離變化過(guò)程,以及地月系統(tǒng)演化的歷史。

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