泛大陸是晚古生代-中生代時(shí)期地球上存在過(guò)的一個(gè)超級(jí)大陸，現(xiàn)在所有的大陸在當(dāng)時(shí)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(shí)期是一個(gè)“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(shí)間一直存在爭(zhēng)議。近日，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所劉俊課題組在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National?Science?Review)報(bào)道了位于北京郊區(qū)的早二疊世四足動(dòng)物足跡動(dòng)物群——門(mén)頭溝足跡動(dòng)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(shí)間提供了新線索。

自板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)創(chuàng)立以來(lái)，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(mén)頭溝足跡動(dòng)物群為距今約三億年前的二疊紀(jì)早期，包含形態(tài)各異、大小不一的數(shù)十個(gè)足跡，研究識(shí)別出至少包括古兩棲類(lèi)(離片椎類(lèi))和羊膜動(dòng)物(副爬行類(lèi)或真爬行類(lèi))兩大類(lèi)的足跡記錄，是目前已知華北板塊最早的四足動(dòng)物化石記錄。

在這一時(shí)期，陸生四足動(dòng)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(guó)北方(華北板塊)仍無(wú)確鑿化石記錄。因此，新發(fā)現(xiàn)的門(mén)頭溝動(dòng)物群，填補(bǔ)了早二疊世中國(guó)北方四足動(dòng)物的空缺。而且該動(dòng)物群的動(dòng)物組成與同時(shí)期泛大陸主體上的動(dòng)物群高度一致，說(shuō)明門(mén)頭溝動(dòng)物群很可能是從泛大陸上經(jīng)過(guò)動(dòng)物群的遷徙擴(kuò)散而來(lái)，這進(jìn)一步表明二疊紀(jì)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(dòng)物、尤其是小型動(dòng)物的遷徙途徑，但是大小不一、屬種各異的動(dòng)物群體性的擴(kuò)散，兩個(gè)大陸的連通是生物地理學(xué)上最簡(jiǎn)約、最有可能的解釋。

因此，門(mén)頭溝動(dòng)物群證明了華北板塊和泛大陸在二疊紀(jì)最早期已經(jīng)連通，這對(duì)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(fēng)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(fēng)研究模型上均未把華北板塊并入泛大陸，這對(duì)估算季風(fēng)的強(qiáng)度、規(guī)模和影響力均有一定的影響。

此外，門(mén)頭溝動(dòng)物群在生物進(jìn)化學(xué)方面也具有重要意義，即真正羊膜類(lèi)動(dòng)物在東亞的最早記錄。羊膜動(dòng)物(包括現(xiàn)生的爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳類(lèi))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(rèn)為和泛大陸的形成息息相關(guān)，自其出現(xiàn)以來(lái)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(dòng)物誕生于三億兩千萬(wàn)年前的泛大陸西緣，體型類(lèi)似蜥蜴，并在隨后的兩千萬(wàn)年里迅速輻射演化，在二疊紀(jì)的最早期，已經(jīng)分化成爬行類(lèi)和下孔類(lèi)形態(tài)各異的諸多肉食和植食種類(lèi)，遍布泛大陸。

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

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

論文鏈接

門(mén)頭溝足跡群的主要四足動(dòng)物腳印，包含兩棲動(dòng)物和羊膜動(dòng)物腳印

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