想象一下蒙大拿州东部的荒地，那是一片贫瘠、严重侵蚀的景观，有陡峭的冲沟、砂岩露头和布满巨石的冲刷区。植被稀疏，只有鼠尾草、丛生草、零星的灌木松和偶尔出现的丝兰植物。就在这里，在佩克堡水库以南，一个阳光明媚的春日下午，你可能会看到杰克·霍纳趴在希尔克里克组（世界上最著名的恐龙墓地之一）的一座荒山顶上。这位古生物学家身材高大，身高6英尺4英寸，但他可能又回到了小时候，偶然发现了他人生中的第一块恐龙化石，他全神贯注地探索着距离他脸部仅几英寸的微小物体。霍纳最著名的发现是大型骨架、筑巢群落和恐龙群死亡的巨大骨床，他在这里的挖掘工作发现了一些杰出的标本，其中包括八具霸王龙骨架，其中一具是世界上最大的。今天他趴在泥土里，耐心地筛选着在未经训练的眼睛看来可能是日常碎屑的东西，但这些碎屑可能隐藏着对恐龙灭绝原因的新理解的线索。到底是什么吸引了他的注意力？
专业术语是“微型遗址”，指的是小化石的集合，有些小到没有显微镜就看不见。微型遗址通常包含各种生物的遗骸，古生物学家用它们来重建古代日常生活的一部分。例如，在这个地点，霍纳和两位同事收集了蜥蜴头骨碎片；龟壳碎片；鱼牙、鱼鳞和椎骨；甚至还有一把恐龙脚趾骨。在邻近的微型遗址中，还挖掘出了蜗牛、蛤蜊、青蛙、鳄鱼、老鼠大小的哺乳动物和其他动物的遗骸。这些化石之所以被发现，是因为它们曾被一条湍急的溪流或河流携带，并在水流减缓或停止时沉积下来。这些微型动物园之所以重要，是因为它们包括了在同一时间生活在特定溪流中或附近的物种。“仅仅通过筛选其中一个遗址，”霍纳解释说，“我们就能找出哪些动物占据了相同的生态空间。”
以前所未有的规模探索生态空间，将霍纳带到了美国西部这个偏远地区。他和为这次考察召集的十几位资深科学家正在重建希尔克里克组的古代生态系统。在希尔克里克组的众多研究兴趣中，最重要的一点可能是该地层揭示了那个世界是如何消失的。虽然底层地层的年代有些不确定，但顶部或最新地层的年代却精确已知——6450万年前。这个日期标志着所谓的K-T界线，即白垩纪结束和第三纪开始的时候，也是长达1.6亿年的恐龙传奇落下帷幕的时候。换句话说，希尔克里克组代表了进化史上最成功剧目之一的第三幕的最后一幕。这套沉积岩中记录的事件表明，恐龙灭绝的常见解释——小行星大规模撞击——并不能完全解释它们的灭亡。更重要的是，希尔克里克组可能告诉我们一些关于当今生命脆弱性的信息。
牛角龙之巅
蒙大拿州地狱溪地层最珍贵的发现之一是迄今为止发现的最大的恐龙头骨。这个9英尺长的头骨属于一头成年牛角龙。这种物种的成年个体可能至少达到25英尺长，体重可能达到4到5吨。拍立得照片边缘的注释指出了眼睛（眼眶角）、鼻角、鼻孔和褶边，即颈盾。霍纳说，虽然牛角龙与三角龙相似，但它们的褶边上有三角龙所没有的孔。牛角龙在拉丁语中意为“穿刺爬行动物”。1.8万年前，当最后的大陆冰盖退却时，蒙大拿州东部广阔的含化石岩石暴露并被冲刷，使其在恐龙古生物学发展早期就崭露头角。1855年，美国地质调查局的地质学家费迪南德·范迪维尔·海登在佩克堡水库上游，密苏里河和朱迪思河交汇处，发现了一系列牙齿。后来它们被确认为恐龙牙齿，这是西半球首次发现此类化石。随后在19世纪后半叶在该地区进行的挖掘工作，发现了鸭嘴龙、角龙和甲龙的近乎完整的骨架。1903年，美国自然历史博物馆的收藏家巴纳姆·布朗在勘测地狱溪地层时，偶然发现了一种前所未见的非凡动物——霸王龙。五年后，在同一地区出土了第二具霸王龙的部分骨架。此后，又发现了其他几具骨架，其中包括1988年发现的一具，被称为万克尔霸王龙，这是第一个包含动物微小两爪手臂的标本。
地狱溪项目已经进行了三年，总共计划进行五年。霍纳和他的团队以及志愿者们加快了发现的步伐。他们的发现包括世界上最大的鸭嘴龙，迄今为止挖掘到的最大的恐龙头骨，以及大约60个独立的三趾恐龙（当时北美洲常见的有三只角的巨兽）的部分遗骸。然而，最令人印象深刻的是霸王龙。其中一只是苏（有争议的南达科他州恐龙，迄今为止是发现的最大的霸王龙）的至少10%大。另一只保存完好，是最古老的。还有一只是世界上最小的，这意味着它是一只幼年霸王龙，这可以帮助我们了解霸王龙是如何成熟的。
然而，尽管恐龙可能很迷人，但它们只是这里综合图景的一部分。霍纳和他的经验丰富的同事们——一位构造地质学家；一位地层学家；一位埋藏学家（研究动物死后发生的事情的人）；专门研究脊椎动物、哺乳动物、植物和软体动物化石的古生物学家；一位分子古生物学家；以及一位古地磁学专家——正在调查希尔克里克时期存在的所有动植物（并以化石形式保存下来），它们如何相互作用，以及它们如何进化的。此外，他们还在寻找河流、湖泊和咸水湾的痕迹，这将揭示该地区2到3百万年间的气候。
传统认为，地狱溪组代表了地球历史上一个平淡无奇的时期。在白垩纪时期，海洋多次上升，淹没了大陆。其中一次洪水是西部内陆海道，它从墨西哥湾一直延伸到加拿大，将北美洲一分为二。几千万年来，海道不断退缩和前进，其西部边缘曾推进到离落基山脉50英里以内。就在地狱溪沉积物沉积之前，大约6800万年前，海道永久性地退缩了，留下了今天大陆和周围海洋的格局。许多科学家认为，在随后的2到3百万年间，该地区的环境以及动植物种群保持稳定。
6450万年前，这一切都发生了剧烈而猛烈的变化，一颗巨大的小行星撞击了尤卡坦半岛以北的地球，显然造成了全球性的尘埃、火山灰和碎屑。在接下来的三到六个月（有些人推测余波持续了一年）的黑暗、严寒和持续的酸雨中，发生了一场灾难性的物种灭绝，影响了海洋和陆地生物。许多受害者中就包括恐龙。
微型遗址化石
在希尔克里克组发现的巨大恐龙骨架往往会占据所有新闻头条，但它们并不能说明全部情况。因此，霍纳和他的团队正在仔细挖掘更小的化石，以重现希尔克里克恐龙所生活的环境。左图包括（从上到下顺时针方向）鱼椎骨和头骨碎片、蜥蜴肢骨、硬鳞（来自雀鳝）和长吻鳄椎骨。中央是恐龙脚趾骨。最大的一块有三英寸长。这长期以来一直是公认的场景。但没有人详细研究沉积物记录，以确定动植物在地球外撞击之前是否真的没有变化地存活下来。每个人都只是简单地假设了这一点。所以当霍纳寻找一个可能有成果的地点来重建一个古代生态系统时，他认识到地狱溪提供了追溯许多相关探究线索的机会，包括重新审视导致大规模灭绝的因素。“我寻找了全世界紧凑且相对简单的东西，”霍纳说。一个300万年的部分将符合要求，因为它包含了足够的时间发生显著变化，包括进化，但从研究角度来看仍然是可管理的。此外，霍纳想要含有足够数量、种类和分布的化石的沉积岩，以便在不同层次——也就是说，不同年代——之间进行比较。地狱溪具备了这一点，甚至更多。“另一个它如此好的原因，”霍纳说，“是因为伯克利团队已经从顶部收集了。”
霍纳所说的“伯克利小组”指的是加州大学伯克利分校的古生物学家威廉·克莱门斯，他是地狱溪项目的主要成员之一。去年夏天是克莱门斯和他的团队在该地区工作的第29个年头，他们一直在寻找脊椎动物，特别是哺乳动物，这是恐龙灭绝后最繁盛的动物群。“我真正感兴趣的是恢复机制，”克莱门斯说。这就是他将重点放在K-T界线以上第三纪沉积物的第一百万年以及紧邻其下的地狱溪地层部分的原因。出现的灭绝模式出乎意料。虽然最后一部分非鸟类恐龙确实在6450万年前灭绝了，但许多其他动物却幸存下来——例如鳄鱼，以及几乎所有的哺乳动物，它们当时都很小，有些头骨只有顶针大小。地狱溪地层的顶部，就在小行星撞击之前，含有约16种龟类化石，其多样性可与今天佛罗里达州的龟类相媲美。除了其中一种巨大的加拉帕戈斯式陆龟外，其余所有都幸存了下来。“这些证据确实让你停下来思考，”克莱门斯说。
克莱门斯还提到了他的研究生托马斯·斯蒂德姆最近的一项发现。斯蒂德姆在怀俄明州的一个晚白垩世遗址工作时，发现了一个似乎是原始鹦鹉喙的化石。这一发现，结合北美洲其他与鸡、火鸡、火烈鸟和潜鸟等相关的化石，表明大多数现代鸟类的主要类群在K-T界线之前就已经起源并开始多样化。然而，它们也幸存了灭绝事件。最后，在地狱溪组发现的所有青蛙和蝾螈也出现在更新世的第三纪沉积物中。“当你思考当今全球性扰动时，”克莱门斯问道，“我们的标志是什么？”由于其脆弱性，青蛙和蝾螈常常是第一批因环境恶化而灭绝的动物，因此它们现在被视为生态学上“矿井中的金丝雀”的象征。然而，它们，像鳄鱼、乌龟、哺乳动物和鸟类一样，都幸免于小行星撞击，这表明当时的大规模灭绝可能不像之前认为的那么大规模。
克莱门斯的发现激发了南·克里斯特尔·阿伦斯（Nan Crystal Arens）的想象，她是伯克利的一位同事，最近转到了纽约日内瓦的霍巴特和威廉史密斯学院。几年前的一天，喝咖啡时，克莱门斯描述了许多神秘地幸存下来的一群动物——简直是诺亚方舟——它们度过了地球历史上最创伤性的事件之一。对于阿伦斯这位植物古生态学家来说，她认为化石记录应该通过现代生物学视角来审视，这些发现可以用来调查一个长期令人困惑的问题。“现在的美洲鳄和鳄鱼对低温非常敏感，”她说。“而酸化会扰乱青蛙和蝾螈的繁殖。”如果它们的古老祖先 somehow 幸存下来，但像三角龙和霸王龙这样的动物却没有，那么也许某种形式的环境压力正在不成比例地作用于恐龙。
(A) 在地狱溪的野外考察季节，团队大约在早上7:30出发，每个团队前往不同的地点。(B) 霍纳，在蒙大拿州挖掘恐龙已有30年，负责该项目的研究。他说，团队独立工作：“我们不希望影响其他团队的解释。”(C) 李·霍尔记录并绘制了一具霸王龙骨架的骨骼位置。(D) 这个特定的地点，名为C.雷克斯，包含一具45英尺长的霸王龙骨架——世界上最大的。该地点由杰克·霍纳的妻子塞莱斯特于2000年发现。地点以发现者命名。阿伦斯认识到这是一个检验假说的机会，欣然接受了霍纳的邀请，参与地狱溪的工作。经过五个季节的现场研究，她开始相信，她和克莱门斯一样，可能会把余生的职业生涯都投入到地狱溪的挖掘中。她和她的学生们已经发现的线索，为我们提供了关于为什么恐龙家族中唯一存活至今的成员拥有翅膀和羽毛的有趣线索。首先，从K-T界线下方地层中挖掘出的化石叶片和花粉表明，在地球外撞击发生之前，该地区部分区域开花植物的多样性就已大幅下降。其次，并非所有植物和树木都受到了影响：蕨类、针叶树和被称为苏铁的棕榈状植物存活了下来，进入了另一个地质时代。但被子植物——开花植物——遭受了毁灭性的损失。“在小行星事件发生前三米（10英尺）的地方，”阿伦斯说，“我们看到多达100多种物种。在一米半到两米（5到6.5英尺）之后，这个数字下降到10。”在我们当代景观中存在的植物和树木中，被子植物几乎包括除了针叶树、蕨类、苏铁和银杏之外的所有植物。试想一下，如果90%的植物物种消失，将会产生一系列怎样的后果。
现在想象一下这发生在6500万年前。根据阿伦斯的说法，保护生物学家从对现有生态系统的研究中获得的许多见解之一是，不同的生物对环境压力有不同的反应。众所周知，恐龙在物种层面上经历了大量的更替。对这种更替最好的解释是，每当环境压力急剧增加时，某些动物就会灭绝，而另一些则进化成新的形式。因此，总体谱系保持完整，但幸存的动物与它们的祖先不同。如果，正如阿伦斯的研究表明，植被突然变得斑驳，那么像三角龙和埃德蒙托龙这样的食草动物，以及捕食它们的食肉动物，如霸王龙，就会发现日常生存变得更加困难。“它们会面临灭绝的境地，”她总结道。
至少，这项研究支持了地狱溪比传统观点更为多事的一面。气候几乎肯定发生了变化。在该区域的顶部附近，阿伦斯发现了带有锯齿状边缘的叶子，这在现代植物中与较冷的温度相关。如果最近从地层下部、早期部分挖掘出的两段石化树干显示出年轮，那么季节性也将被确定。这可能意味着它们经历了干湿循环，因为温度降至冰点以下是极其不可能的。
所有这些环境变化的证据都没有让该项目的另一位关键成员约瑟夫·哈特曼感到惊讶。哈特曼是北达科他大学大福克斯分校的古生物学家，专门研究化石软体动物——蛤蜊和蜗牛。他将它们追踪为“气候和景观变化的代理”。而这些不起眼的软体动物所揭示的是，地狱溪确实非常活跃。
哈特曼的解释基于水的分布和流动，包括淡水和咸水。回想一下广为接受的观点，即在希尔克里克组形成之时，西部内陆海道已经退去。同时，该地区的沉积物清楚地表明，在希尔克里克沉积期，发源于西部山区的淡水河流一直存在。只要溪流长时间流淌，淡水蛤蜊和蜗牛就会大量繁殖。然而，在希尔克里克组底部，这种化石却很少发现。但是，向上追溯，也就是时间向前推移，软体动物迅速多样化。然后这种趋势再次逆转，在K-T界线以下的岩石层中，物种数量锐减。就像开花植物一样，在撞击事件之前，惊人的90%的淡水软体动物显然已经灭绝。此外，在晚白垩纪末期出现的化石代表了一种独特的动物群，这种动物群在K-T界线以上的第三纪岩石中没有发现。
地狱溪的挖掘工作在八个不同地点发现了霸王龙骨架。这件标本结果是一只鸭嘴龙。哈特曼如何解读这段记录？他指出，在过去，只要海路上升并延伸到西部，软体动物的数量和多样性就会减少。软体动物损失的模式——物种消失，然后多样化，接着再次下降——告诉他，在希尔克里克时期，海洋持续周期性地侵犯，改变了排水系统和景观的其他方面，使得淡水蛤蜊和蜗牛无法繁衍。目前还不清楚所有项目发现——被子植物、软体动物和恐龙的衰落；海水的涨落；气候变冷——如何联系在一起。但它们都表明，地狱溪组代表了一个广泛生态扰动的时期。“我们所看到的，”哈特曼说，“是地球在被外星物体撞击之前，环境就已出现重大失稳。”
再次想象蒙大拿州东部的荒地。但这张照片中没有古生物学家出现。一个极其遥远的表亲，当时世界上最大的哺乳动物，大约只有田鼠大小，而且很可能不会被发现，因为它只在夜间才出来。你正向北凝视，面前是一片广阔而平坦的海岸平原。东边是蜿蜒曲折的浅海海岸线，西边是一个巨大的河流系统，其广度、复杂性和强度堪比今天亚马逊盆地的支流网络，所有这些都向东流入大海。一些较大的溪流在很长一段时间内沿着大致相同的路线流淌。但其他水道，有数百条，经常改变方向，相互交错，相互中断，不断重塑地貌并沉积大量泥沙。各种短暂的地貌——牛轭湖、池塘、水坝、沼泽——出现又消失。在更稳定的河流两岸矗立着水杉、水松和各种被子植物，而在更远、更高、更干燥的地方，则是苏铁、蕨类和针叶树林。在2到3百万年的时间里，海平面上升又下降。它偶尔会淹没陆地，向西扩展数英里，覆盖一切，包括森林。当这种情况发生时，气候会发生变化。温度升高，湿度增加。在大约6500万年前的最后一次海进中，某些生物经历了巨大的环境压力。开花植物的多样性急剧下降，整个淡水蜗牛和蛤蜊种群消失。
正是在这最后一幕上，小行星碰撞发生了，而“叠加”才是关键。为了重建这个古代生态系统，地狱溪团队开发了一种看待大规模灭绝的新方法。“也许，”阿伦斯解释说，“你需要两件事在地质学上同时发生。”第一是环境变化，这些变化显著改变了栖息地，实际上“改变了游戏规则”，正如阿伦斯所说，因此曾经对某些生物（例如依赖开花植物为食的恐龙）具有适应性的身体特征和行为不再像以前那样有效。如果在此压力之上，再加上一次大规模、瞬时的生态扰动，那么已经挣扎求生的动植物很可能会灭绝。事实上，霍纳推测这就是在地狱溪时期末期发生在三角龙、埃德蒙托龙、霸王龙以及它们日益减少的同类身上的事情。小行星很可能只是恐龙已经输掉的一场战斗中的最后一击。
地狱溪项目还有两年的勘探工作，之后是未知数量的标本准备时间。霍纳已经在蒙大拿州博兹曼的落基山博物馆策划一个新的大型展览，他担任该博物馆的古生物学策展人。这个名为《大天空下的恐龙》的展览将通过化石展示蒙大拿州恐龙的整个历史，其最后一章将生动呈现地狱溪地层的动植物。当然，最初的吸引力将是那些名字不能没有最高级形容词的恐龙——最大、最年轻和最古老的霸王龙；比其他所有角龙头骨都大的角龙头骨；以及爱德蒙托龙，它长约48英尺，是现存最大的鸭嘴龙。但无论是重现微型遗址的微观世界，还是整个区域的复杂特征，展览的目的都将是让公众进一步了解进化和生态学的原理。而且它将不仅仅是一堂历史课。因为如果地狱溪团队的大规模灭绝双重打击理论是正确的，我们可能正处于我们自己的界线事件的边缘。
“我们很可能正处于间冰期，这是气候波动大模式的一部分，”阿伦斯警告说——一个环境压力巨大的时期。如果再叠加人类正在造成的全球性扰动，另一场突然的、灾难性的物种灭绝可能即将到来。如果是这样，我们将成为千百万年前与地球相撞的小行星的当代对应物。
