泛大陸是晚古生代-中生代時期地球上存在過的一個超級大陸，現(xiàn)在所有的大陸在當時都拼合成了一體。泛大陸形成于晚古生代，位于其東部邊緣的華北板塊在早古生代時期是一個“孤島”，隨后與塔里木板塊發(fā)生拼合，并與泛大陸的主體相連通，但連通的具體時間一直存在爭議。近日，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所劉俊課題組在《國家科學(xué)評論》(National?Science?Review)報道了位于北京郊區(qū)的早二疊世四足動物足跡動物群——門頭溝足跡動物群的最新發(fā)現(xiàn)和研究成果。新發(fā)現(xiàn)和相關(guān)研究為華北板塊與泛大陸連通的時間提供了新線索。

自板塊構(gòu)造學(xué)說創(chuàng)立以來，陸生化石記錄就一直在為陸塊的拼合連通提供最直接的證據(jù)。新發(fā)現(xiàn)的門頭溝足跡動物群為距今約三億年前的二疊紀早期，包含形態(tài)各異、大小不一的數(shù)十個足跡，研究識別出至少包括古兩棲類(離片椎類)和羊膜動物(副爬行類或真爬行類)兩大類的足跡記錄，是目前已知華北板塊最早的四足動物化石記錄。

在這一時期，陸生四足動物已遍布泛大陸，在今天的歐洲、北美、北非都有豐富的化石記錄，而在中國北方(華北板塊)仍無確鑿化石記錄。因此，新發(fā)現(xiàn)的門頭溝動物群，填補了早二疊世中國北方四足動物的空缺。而且該動物群的動物組成與同時期泛大陸主體上的動物群高度一致，說明門頭溝動物群很可能是從泛大陸上經(jīng)過動物群的遷徙擴散而來，這進一步表明二疊紀最早期存在著一條連通華北板塊和泛大陸主體的遷徙通道。雖然冰期陸橋、竹筏漂流等可能成為單一動物、尤其是小型動物的遷徙途徑，但是大小不一、屬種各異的動物群體性的擴散，兩個大陸的連通是生物地理學(xué)上最簡約、最有可能的解釋。

因此，門頭溝動物群證明了華北板塊和泛大陸在二疊紀最早期已經(jīng)連通，這對研究晚古生代的構(gòu)造歷史、古生物、古氣候提供了新的古地理模型。例如，泛大陸上的季風系統(tǒng)在晚石炭-早二疊世就已經(jīng)出現(xiàn)，但在早期的季風研究模型上均未把華北板塊并入泛大陸，這對估算季風的強度、規(guī)模和影響力均有一定的影響。

此外，門頭溝動物群在生物進化學(xué)方面也具有重要意義，即真正羊膜類動物在東亞的最早記錄。羊膜動物(包括現(xiàn)生的爬行類、鳥類、哺乳類)是真正的陸生生物，繁殖不需要水環(huán)境，其出現(xiàn)與早期演化被認為和泛大陸的形成息息相關(guān)，自其出現(xiàn)以來一直是陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的組成部分之一。最早的羊膜動物誕生于三億兩千萬年前的泛大陸西緣，體型類似蜥蜴，并在隨后的兩千萬年里迅速輻射演化，在二疊紀的最早期，已經(jīng)分化成爬行類和下孔類形態(tài)各異的諸多肉食和植食種類，遍布泛大陸。

中國北方缺少早期的羊膜動物記錄，直到約三千萬年以后的中二疊世，才在甘肅的玉門保存了多樣性較高的大山口動物群，但該動物群已經(jīng)比較進步，中間有較大的演化歷史缺失。門頭溝動物群的羊膜動物足跡形態(tài)較為原始，推測是早期的副爬行類或真爬行類留下，與大山口動物群的羊膜動物大相徑庭。這中間三千萬年應(yīng)該記錄了一次隱藏的動物群更替，即發(fā)生于約二億七千萬年前的奧爾森絕滅事件。

該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和國際合作項目的資助。

論文鏈接

門頭溝足跡群的主要四足動物腳印，包含兩棲動物和羊膜動物腳印

早二疊世門頭溝足跡群生態(tài)環(huán)境復(fù)原圖?(許勇繪制)