恐龙牙齿为揭示地球过往气候提供了关键线索，表明当时二氧化碳水平很高

研究人员通过研究一种意想不到的东西——恐龙牙齿，推断出了中生代时期（2.52亿至6600万年前）史前地球大气的成分。

恐龙通过呼吸将大气中的氧气吸收到其坚硬的组织中——今天的脊椎动物也是如此。这些储存的氧气包含了当时的化学线索，保留了关于当时大气状况的信息。对于科学家来说，幸运的是，牙釉质是一种可以存活数百万年的坚硬组织，这使得恐龙牙齿成为研究古代气候的“坚固时间胶囊”。这项研究于上周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

研究人员专门研究了牙齿中某些氧同位素的比例，这些同位素是同一种元素的不同版本，性质略有差异。通过聚焦于一种名为氧-17的同位素，团队得以预测大气中的二氧化碳含量，因为大气中二氧化碳和植物光合作用的变化会影响氧同位素。

他们调查了来自北美、非洲和欧洲的晚侏罗世（1.45亿至1.64亿年前）和晚白垩世（6600万至1.01亿年前）的恐龙牙齿，以拼凑出当时的气候状况。

分析显示，晚侏罗世的大气二氧化碳含量是工业化前水平的四倍——约为1200 ppm（百万分率），而工业革命前为280 ppm。晚白垩世的水平稍低，约为750 ppm。这两个数值都显著高于今天约425 ppm的二氧化碳浓度。

研究表明，总体而言，这些较高的二氧化碳水平可能与火山活动有关。事实上，在分析的两颗牙齿中（一颗属于霸王龙，另一颗属于西伯利亚卡特多库斯龙），其氧同位素表明二氧化碳含量曾出现激增，这可能是由大规模火山喷发引起的，例如白垩纪末期位于现今印度的德干地盾的火山喷发。

“我们的发现为重建陆生脊椎动物与其所呼吸的大气之间的直接联系提供了一条新的研究途径，”该研究的共同作者、德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的古生物学家兼地球化学家托马斯·图特肯（Thomas Tutken）告诉《科学警报》（ScienceAlert）的米歇尔·斯塔尔（Michelle Starr）。

“恐龙牙齿记录了超过1.5亿年前的气候——而我们终于能够解读这份记录了，”该研究的主要作者、德国哥廷根大学的地球化学家冯定苏（Dingsu Feng）在一份声明中说。

此外，研究发现，中生代全球植物进行的光合作用总量是今天的两倍。另一份声明指出，较高的光合作用水平可能与当时较高的大气二氧化碳浓度和较高的年平均气温有关。由于研究表明更多的光合作用意味着更多的植物生长，因此了解史前光合作用水平有助于揭示中生代的植被以及更广泛的生态网络。

“我们研究获得的关于全球初级生产[光合作用]的信息，为海洋和陆地食物网提供了重要的证据，而这些证据在其他情况下是很难获得的，”该研究的共同作者、德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的生态学家伊娃·M·格里贝勒（Eva M. Griebeler）在一份声明中说。

传统上，研究人员通过调查土壤和海洋特征中的物质来研究远古气候，这些物质可以作为环境指标。但研究这类遗迹往往伴随着更多的不确定性。该团队基于恐龙牙齿的方法为古气候学开辟了一条新途径。

“我们的方法为我们提供了看待地球过去的一个全新视角，”冯定苏在一份声明中说。她补充道，研究“早期地球大气的成分和当时植物的生产力，对于理解长期气候动态至关重要。”

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