讓糞便化石吐露秘密

林之森

建于法國東南部的歐洲同步輻射加速器，是考古學(xué)家越來越依賴的設(shè)備。借助于它強(qiáng)大的X光，他們經(jīng)常觀察一些高雅的東西，如古埃及的莎草紙、新石器時代的洞穴藝術(shù)、維蘇威火山爆發(fā)時埋葬的古羅馬卷軸，以及從古代沉船中打撈上來的手工藝品。但是，每隔一段時間，也會被瑞典古生物學(xué)家皮爾·阿爾伯格用來照一照一堆不慎雅觀的東西——糞便。

如今，阿爾伯格對自己的糞便已經(jīng)有了很多了解。不過，你不要想錯了，我說的“自己的糞便”，不是指他拉出來的糞便，而是指他所擁有的糞便。這個糞便，也不是人人見了要掩鼻子繞道走的屙物，而是遠(yuǎn)古動物的糞便化石。這些糞便化石為科學(xué)界所知已經(jīng)近200年了，但長期以來被人忽視。如今，隨著同步輻射X光的使用，糞便考古正迎來黃金時代。

糞便化石研究嶄露頭角

糞便化石最早發(fā)現(xiàn)于1820年代，當(dāng)時兩位業(yè)余古生物學(xué)家意識到，他們在英國某地區(qū)發(fā)現(xiàn)的塊狀物，可能是遠(yuǎn)古動物的糞便化石。但限于條件，糞便化石長期沒有引起專業(yè)科學(xué)家的重視。

到了1990年代，一位美國古生物學(xué)家在一篇論文中，描述了一個“特大號”糞便化石標(biāo)本。她說這個標(biāo)本很可能是屬于霸王龍的。由于人們窮盡一切手段想去了解恐龍的生活習(xí)性，這樣，糞便化石也開始引起人們的關(guān)注。

從那時起，糞便化石中各種驚人的發(fā)現(xiàn)層出不窮，包括未消化的恐龍肉，已知最古老哺乳動物的部分頭骨，各種動物的毛發(fā)、羽毛，昆蟲遺骸和許多腸道寄生蟲。2009年，在一塊20萬年前的鬣狗糞便化石中，甚至發(fā)現(xiàn)了人的毛發(fā)。這塊糞便可能是鬣狗吃掉了我們的一個祖先之后排出來的。

遠(yuǎn)古生態(tài)的快照和縮影

糞便化石中藏著如此多的寶物，這并不奇怪。食肉動物的糞便，因?yàn)楹写罅縼碜匀夂凸堑牡V物質(zhì)（如磷酸鹽），尤其適合快速石化。一旦糞便的表面硬化結(jié)晶，就可以保護(hù)里面的內(nèi)含物，包括任何軟組織，不至于腐爛。一些原本不會變?yōu)榛奈镔|(zhì)，也能保存得相當(dāng)完好。因此，糞便化石可以揭示其主人生活的生態(tài)系統(tǒng)的信息，比如誰吃了誰，并為當(dāng)時的生態(tài)環(huán)境提供一個快照和縮影。

目前，古生物學(xué)家了解遠(yuǎn)古生態(tài)的手段非常有限，除了糞便化石，另一條途徑是琥珀。盡管糞便化石中保存的信息不如琥珀好——畢竟，糞便里面的東西通常都經(jīng)過了咀嚼和部分消化。但在其他方面，糞便化石優(yōu)于琥珀。

首先，只有像昆蟲那樣的小型動物才能被封閉在琥珀里，因?yàn)殓晔鞘臉渲?，而一滴樹脂的容量有限。所以，琥珀提供給我們的信息很有限。但糞便化石提供的信息相對較廣，所有動物，包括昆蟲、爬行動物、魚類、哺乳動物和鳥類都可以生成糞便化石。

其次，由于琥珀形成的條件非?？量?，因此它們對遠(yuǎn)古生態(tài)的記錄很難保持完整，而糞便形成化石的條件相對簡單，所以它們的記錄更有連續(xù)性。再者，它也恰巧非常古老，至少可以追溯到大約4億年前的泥盆紀(jì)時期，那時動物剛剛從海洋來到陸地生活。

新技術(shù)助力糞便化石研究

不過，如何研究糞便化石一直是件傷腦筋的事情。為了得到里面蘊(yùn)藏的“寶物”，你得把它切碎，將薄片放在光學(xué)顯微鏡下，或者置于更強(qiáng)大的電子顯微鏡下觀察。你最終可能得到的是一張難以解讀的圖像。由此，一塊珍貴的糞便化石就白白浪費(fèi)了。另一種方法是將整塊糞便化石溶解，但這樣一來，里面一些微妙的東西通常會被破壞。

理想的情況下，你當(dāng)然希望在不打碎的狀態(tài)下來研究它。這正是一種被稱為PPC-SRμCT的成像技術(shù)所提供的。它的工作原理是通過同步輻射加速器，向樣品發(fā)射高強(qiáng)度、類似激光的X射線。X射線根據(jù)介質(zhì)的密度進(jìn)行衍射，從而可以精細(xì)地揭示其內(nèi)部細(xì)節(jié)。當(dāng)樣品旋轉(zhuǎn)時，掃描儀器從不同角度拍攝多幅圖像，然后軟件將數(shù)據(jù)整合成三維圖像。掃描一個糞便化石只需要幾分鐘，可以一次掃描一大堆。

遠(yuǎn)古便便吐露秘密

在利用這項(xiàng)新技術(shù)方面，前面提到的瑞典古生物學(xué)家阿爾伯格是開創(chuàng)者。他用這種方法拍攝的最早兩塊糞便化石，來自2億多年前的晚三疊世時期。他發(fā)現(xiàn)第一個標(biāo)本中有一條幾乎完整的魚，還有壓碎的雙殼貝類。他得出結(jié)論，它是由一條大型肺魚排泄出來的。第二個標(biāo)本中包含大量甲蟲的碎片，包括甲殼和腿。很明顯，它是由一種食蟲動物排泄的，從糞便化石的大小來看，它比大多數(shù)現(xiàn)存的食蟲哺乳動物和蜥蜴都要大。他后來確認(rèn)，這是一種類似恐龍的爬行動物，被命名為“西里龍”。

此后，阿爾伯格和他的同事拍攝了許多其他糞便化石的圖像。其中一個來自一種類似恐龍的掠食者，名叫瓦維爾山龍鱷，生活于2.5億年前的三疊紀(jì)。掃描顯示這是一只像霸王龍一樣的“骨頭粉碎機(jī)”，甚至有時連自己的牙齒都吞下去。研究人員還檢查了翼龍的糞便，證實(shí)翼龍的捕食行為類似現(xiàn)代鵜鶘：張開大嘴，鳧水前進(jìn)，連魚帶水都成了它的囊中之物，再閉上嘴巴，收縮喉囊把水?dāng)D出來，把魚兒吞入腹中，美餐一頓。

目前在新技術(shù)的協(xié)助下，越來越多的遠(yuǎn)古糞便正在向我們吐露它們的秘密。