6600万年前的小行星撞击导致恐龙灭绝，鳄鱼为何幸存下来？一项研究表明，鳄鱼偏爱温暖环境的习性，可能让它们在小行星撞击地球后，在热带“避难所”存活下来。相关研究成果10月21日发表于《科学进展》。
英国伦敦大学学院（UCL）的研究人员发现，在2.5亿年的演化史中，鳄鱼及其远古近亲始终“追着温暖气候走”，而非适应剧烈波动的温度。地球变暖时，它们向新区域扩散，最远抵达南极洲；气温下降时，便又退回了热带地区。
该研究分析了400多种现存及灭绝物种的7000多块化石和记录，并结合计算机模型重建了2.45亿年来的地球气候与地理环境。结果显示，小行星撞击事件发生后，热带和亚热带地区依旧适合鳄鱼近亲生存，而许多恐龙的生存环境已经恶化。
研究人员还模拟了6600万年前撞击发生后的地球状况，发现赤道附近地区可能仍足够温暖，能够庇护幸存的鳄鱼近亲，支撑其种群存续并逐步恢复。
论文第一作者、UCL的Alfio Alessandro Chiarenza说：“小行星撞击并非对地球上所有物种都是致命的。鳄鱼长期偏爱温暖环境，这一特性恰好让幸存者留在了气候最适宜的地方，如赤道周边，使得它们后来得以恢复并向外扩散。”这一发现或许能解释，这种与恐龙几乎同时出现的动物，为何能挺过地球五次大灭绝中的两次。
现代鳄鱼的样貌广为人知，但它们的祖先和近亲在演化史上变化极大，既有公交车般大小的庞然大物，也有哈巴狗般长短的小巧物种。研究表明，尽管鳄鱼形态千差万别，但它们与气候的关系却惊人地一致。
为厘清这层关系，科学家结合化石证据、演化谱系树及现代鳄鱼分布地图，重建了400种鳄鱼及其远古近亲对温度和降水的偏好。随后，他们将这些偏好与古地理、古气候重建结果进行对比，从而找出地球历史上各个时期鳄鱼宜居的区域。
研究呈现出清晰的规律——鳄鱼近亲总体追随温暖环境，气候炎热时范围扩张，气温转冷时收缩。约5000万年前的始新世早期异常温暖，全球气温比今天高出约10℃，极地没有永久冰盖，鳄鱼近亲曾生活在北美、欧洲乃至南极洲的高纬度地区。此后数百万年间，全球降温逐步压缩其栖息地，它们的分布范围最终退缩到更温暖的热带。
研究人员还借助气候模拟，还原了希克苏鲁伯小行星撞击后的数十年至数百年间的情况，并探讨了几种可能的环境后果，包括尘埃遮蔽阳光及火山喷发推高二氧化碳浓度。
模拟显示，阳光减少5%或10%时，赤道附近的温暖地区仍适合鳄鱼近亲生存，成为环境紊乱期的关键避难所。但若阳光减少15%，这些地区便不再适宜鳄鱼生存。大气二氧化碳升高等其他模拟变化，则不会改变鳄鱼生存气候的分布。
研究人员强调，适宜温度可能只是鳄鱼挺过大灭绝的原因之一。体形偏小、半水生习性、食性灵活、能量需求不高等特征，同样提高了它们的存活率。作为变温动物，鳄鱼维持身体运转所需的食物远少于许多自己产热的动物。
“这些发现对今天的物种也有警示意义。如果鳄鱼过去主要靠迁往适宜栖息地来应对气候变化，那么随着地球变暖，今天的物种同样需要迁徙的空间，而道路、农田和城市蚕食适宜地区，正让这件事变得越来越难。”UCL的Philip Mannion说。
科学家重现宇宙最初20亿年景象
科学家创建了有史以来规模最大、细节最丰富的早期宇宙模型，为探索宇宙大爆炸后的演化提供了一条新的途径。这一名为Lumina的模型由美国哈佛-史密森天体物理中心的研究人员构建，旨在帮助天文学家解读来自詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）和南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（以下简称罗曼）等高性能仪器的观测数据。10月26日，相关研究成果发表于英国《皇家天文学会月报》。
Lumina通过模拟普通物质、暗物质与辐射之间的相互作用，重建了宇宙诞生之初的20亿年。通过将Lumina的预测结果与JWST、罗曼及其他望远镜的观测数据进行比较，科学家能够评估现有理论对宇宙演化的解释能力，并识别出可能挑战人类对宇宙基本规律理解的新发现。
几个世纪以来，天文学家一直在研究宇宙空间，并试图解释恒星、星系及其他宇宙结构的形成。如今，借助现代超级计算机，这些假设可以转化为详细的模拟，从而预测宇宙的运行规律。如果望远镜的观测结果与这些预测相符，便能进一步增强人们对现有理论的信心；一旦出现意料之外的差异，则可能暗示存在科学家尚未完全理解的物理过程。
“随着JWST投入使用，早期宇宙已成为天体物理学中一个激动人心的新领域。”论文第一作者、哈佛-史密森天体物理中心的Oliver Zier表示，“要理解这台望远镜观测到的现象，我们需要将理论转化为详细的预测。经过数年的努力和无数的波折，如今看到模拟结果并目睹我们的预测在视频中成为现实，真是令人无比欣慰。”
Lumina是迄今规模最大的宇宙辐射流体动力学模拟项目。它用高性能计算机计算了早期宇宙演化过程中，气体、暗物质和光之间的相互影响。通过追踪宇宙大爆炸后最初20亿年间的相互作用，研究人员得以研究最早的星系是如何形成的，以及它们的活动如何改变了周围巨大的气体云。
Lumina模拟的空间体积比此前同类项目涵盖的范围大了100多倍。它的虚拟宇宙是一个边长约15亿光年的立方体，提供的宇宙演化视角与当今最先进的望远镜相当。
Lumina对于氦再电离的处理也取得了重大进展。氦再电离是指辐射从氦原子中剥离电子的过程。这是首次模拟跟踪了这一转变过程，同时计算了它对周围宇宙的影响。这使科学家能够研究演化中的星系、辐射以及星系间气体之间的关系。
论文作者、美国得克萨斯大学达拉斯分校的Aaron Smith表示：“我们首次能够在如此广阔的宇宙空间中追踪氢和氦转变为现代形态的过程，同时还能分辨出驱动这一转变的星系及其他发光天体。”
重现如此浩瀚的宇宙历史需要非凡的计算资源。研究团队动用了美国橡树岭国家实验室的超级计算机Frontier上的1.5万多个图形处理器。Frontier是全球最快的超级计算机之一。
如此强大的算力让研究人员得以在不牺牲研究单个星系及其他重要结构所需细节的前提下，模拟异常广阔的早期宇宙区域。因此，Lumina既能捕捉宇宙的整体演化，又能追踪恒星、星系和黑洞的形成过程。
除了重现宇宙历史之外，Lumina还为研究宇宙如何演化提供了一个强大的新框架。研究人员计划用它来探索星系间气体的流动、宇宙大爆炸遗留辐射的影响，以及恒星形成率特别高的区域的涌现过程。
本版稿件均据《中国科学报》
