另類化石

邵蜂

化石是人類研究古生物的重要窗口，古生物學(xué)家在和化石打交道的過程中，有不少有趣的發(fā)現(xiàn)，使我們不但能從各種另類、奇特的化石中看到一個光怪陸離的古生物世界，也能從化石中了解地球變遷、物種興滅、人類起源……

糞便化石

2014年2月，一件全世界最長的糞便化石標(biāo)本被一位買家成功拍下。這條“石頭糞便”長約1米，形成年代距今約3300萬年。糞便化石屬于遺跡化石的一種，遺跡化石包括遠(yuǎn)古生物的排遺物、代謝物、蛋、潛穴、足跡等。

最早的糞便化石的發(fā)現(xiàn)要?dú)w功于19世紀(jì)初期的一位偉大女性——瑪麗·安寧?，旣惓錾谝粋€木匠之家，他父親在閑時會到離家不遠(yuǎn)的海岸找些化石，賣掉以補(bǔ)貼家用。1810年，瑪麗的父親早逝，尋找化石并售出成為瑪麗的全職工作?；蛟S是瑪麗尋找的侏羅紀(jì)海岸保存了大量侏羅紀(jì)時期的古生物化石，也或許是瑪麗運(yùn)氣好，她先后首次發(fā)現(xiàn)了魚龍、蛇頸龍和雙型齒翼龍的完整化石，這三次重要發(fā)現(xiàn)讓她成為最偉大的化石發(fā)現(xiàn)者之一。

在挖掘化石時，瑪麗多次在蛇頸龍腹腔發(fā)現(xiàn)一些錐狀化石?，旣愖屑?xì)檢查后，在錐狀化石中發(fā)現(xiàn)了魚骨化石、鱗片化石和其他一些動物的骨骼化石，因此她推測，這些錐狀化石是蛇頸龍的糞便化石。1824年，瑪麗向當(dāng)時聲望極高的地質(zhì)學(xué)家威廉·巴克蘭分享了自己的看法。巴克蘭經(jīng)過長期研究，也認(rèn)為這些錐狀物就是糞便化石。1840年后，人們發(fā)現(xiàn)用硫酸處理糞便化石能得到大量磷酸鹽，可用于生產(chǎn)化肥，因此糞便化石一度成為熱門資源。

通過糞便化石，古生物學(xué)家知道，白堊紀(jì)時期的蛇頸龍是底棲動物，在海底捕食牡蠣等動物。古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，波蘭三疊紀(jì)古魚的糞便化石中含有雙殼動物和腹足動物的遺骸。這幫助科學(xué)家了解生命史上最嚴(yán)重的一次生物大滅絕后，生命如何再次崛起。

顆石藻化石

顆石藻化石是一種很小的化石，最小的個體只有2微米，需要借助掃描電子顯微鏡才能看到。這些單細(xì)胞浮游生物能制造透明的圓形方解石微石碟，并用多個微石碟將自己包裹成一個圓球。顆石藻對古生物學(xué)家很重要。因?yàn)轭w石藻化石和有孔蟲化石等微型化石在全世界各地廣泛分布，因此，不但可以用來作為鑒定地質(zhì)年代的依據(jù)，還能指示古代環(huán)境，記錄當(dāng)時的氣候變化。

白堊紀(jì)的名稱來源于一種方解石礦物，其來源就是顆石藻。顆石藻以金藻糖和脂肪顆粒儲存能量，這是海相油氣層中一種重要的烴類來源。白堊紀(jì)之所以是油氣形成的重要時期，很大程度上要?dú)w功于這一時期顆石藻的繁榮。

顆石藻今天也生活在全世界的海洋中，是海洋中重要的生產(chǎn)者。2018年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在病毒感染下赫氏顆石藻大量死亡。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)：在海浪拍打下，微石碟很容易飄散到空氣中，形成氣溶膠。而且，它們的碟狀外形很適合在空中漂浮——微石碟在空中的滯留時間平均為鹽粒的25倍。這些氣溶膠顆粒能有效地散射太陽光，減少地面接受的太陽輻射總量。

奇怪的棘皮動物

和接下來這種生物相比，電影里的外星人形象實(shí)在缺乏想象力。生活在寒武紀(jì)海底的爬胃蟲是一種外形十分古怪的生物：它通過一根肉莖固定在海床，主體部分是柔軟的分節(jié)軀體，在膨大的吻上還長有類似海藻的枝狀物。這種結(jié)合了動物和植物外形特征的古生物化石最初發(fā)現(xiàn)時困擾了不少學(xué)者，以至于至今科學(xué)家不知道該把它歸到哪個門類里，只能猜測它可能是一種棘皮門動物（海膽、海星、海參所屬門）。

棘皮動物門下還有一種外形怪異程度不輸爬胃蟲的動物——海樁。150多年前，第一枚海樁化石標(biāo)本向科學(xué)家展現(xiàn)了一個怪物：它有長長的尾巴，照理說它應(yīng)該被歸入脊椎動物;但同時它又有方解石骨板，這明顯是海星等棘皮動物（無脊椎）的特征。如果要把它歸入棘皮動物，它的扁平狀身體又非常不對稱，而對稱恰恰是棘皮動物的標(biāo)志性特征之一。

2014年，摩洛哥出土了約450枚海樁化石。難能可貴的是科學(xué)家在這批化石標(biāo)本中，首次發(fā)現(xiàn)了被黃鐵礦交代（指圍巖與化石發(fā)生物質(zhì)交換）的海樁軟組織。通過分析化石內(nèi)部鐵的分布，研究人員還原了這些軟組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)果與現(xiàn)代海星臂結(jié)構(gòu)非常像，由此可以確定海樁屬于棘皮動物門。之前被認(rèn)為是頭和尾部的結(jié)構(gòu)，其實(shí)應(yīng)該是攝食臂。

精子化石

2015年，科學(xué)家在南極半島淺層海底的礫石堆中發(fā)現(xiàn)了5000萬年前的環(huán)帶綱動物（水蛭、蚯蚓的祖先）的精子化石，這是目前發(fā)現(xiàn)的年代最古老的動物精子，打破了之前發(fā)現(xiàn)的跳蟲化石（1000萬年前）的最古老精子紀(jì)錄。

精子不是硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，為什么能形成化石？其實(shí)，這種環(huán)帶動物受精卵的外層還有一層硬繭，就和現(xiàn)代蚯蚓和水蛭的卵繭一樣。繭外層的硬殼讓其能以完整形態(tài)形成化石。精子的個頭十分小，科學(xué)家在高倍顯微鏡和計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)的輔助下才發(fā)現(xiàn)它們。這些化石精子長得很像一種生活在北半球、喜歡寄生在小龍蝦外殼上的蛭蚓目蠕蟲。

保存完好的蝦

5000萬年前的精子化石已經(jīng)夠稀奇了，4.25億年前的完整蝦化石更是來之不易。2012年，考古學(xué)家在英國赫里福德郡發(fā)現(xiàn)了一種介形綱動物“種子蝦”的化石。

在距今4億多年前的志留紀(jì)，這里還是一片亞熱帶海洋。海洋動物偶爾因?yàn)橹舷?，被火山灰埋葬后形成化石。這些種子蝦化石不但保留了外殼，也完整保存了腮、眼、消化系統(tǒng)等軟組織，實(shí)屬罕見。

為了讓這些微型古生物化石重見天日，科學(xué)家們決定先“毀滅”化石：他們每次沿同一個方向?qū)⒒サ?0微米，同時拍攝斷面照片，這個過程重復(fù)500次，就能得到500張種子蝦的斷面圖。所有照片被輸入計(jì)算機(jī)后，就能重構(gòu)出種子蝦的數(shù)字3D模型?；Ｈ说呢悮?/p>

雙殼綱動物已經(jīng)在地球上生活了超過5億年，平時我們吃的蛤蜊、貽貝等有兩個殼的貝殼動物就屬于雙殼綱動物。它們祖先的化石迷惑了不少人。

17世紀(jì)的英國博物學(xué)家羅伯特·普洛特在書中提到了他在英國海丁頓村發(fā)現(xiàn)的奇怪馬頭。其實(shí)，這是一種在英格蘭南部的侏羅紀(jì)地層內(nèi)廣泛分布的一種雙殼綱三角蛤?qū)賱游铩！榜R頭”的“雙眼”是原來閉殼肌所在的凹槽，“馬耳”是兩片突出的殼嘴。

普洛特在書中還提到另一種名為“牛心”的化石，取這個名字是因?yàn)檫@種化石很像牛的心臟。該生物也是一種雙殼類動物，左右殼呈軸對稱，現(xiàn)名“原心蛤”，被劃入鳥蛤科。

箭石化石

曾經(jīng)有一種外形類似長劍的化石騙過了許多人。有人認(rèn)為它們是神秘生物的指化石，也有人認(rèn)為是古代犀牛交戰(zhàn)后留下的斷角，還有人認(rèn)為是古人打造的石劍。其實(shí)，它是一種已經(jīng)滅絕的頭足綱動物箭石體內(nèi)的硬鞘。箭石這種動物最早出現(xiàn)于距今4億年前，是現(xiàn)代烏賊和魷魚的祖先。和它的后代一樣，箭石體內(nèi)也有一枚石灰石質(zhì)硬鞘。這個結(jié)構(gòu)不僅是箭石的護(hù)甲，也為它們提供下潛負(fù)重。硬鞘不容易被分解，容易形成化石。因?yàn)槠湫螤钍忠?guī)則平整，酷似劍身，難怪不明就里的古人們挖掘出來，會誤以為是人造之物——石劍。

其實(shí)，箭石化石是箭石交配后集體死亡而留下的。這種現(xiàn)象在現(xiàn)代魷魚中也很常見，它們會遷徙到祖輩的產(chǎn)卵場交配，然后死去，體內(nèi)的硬鞘就被留了下來。在黑色的箭石化石內(nèi)部，偶爾還能發(fā)現(xiàn)一顆白色的方解石圓錐，這是箭石的閉錐，相當(dāng)于調(diào)節(jié)浮力的氣室。

為“人類搖籃”中的化石測年

位于南非約翰內(nèi)斯堡的“人類搖籃”遺址（石灰?guī)r洞穴群）是探索人類起源的重要化石來源地，至今全球所有的早期人類化石中，有近40%來自這里。但“搖籃”也有個小缺憾，那就是洞穴底層沉積物受到洞穴崩塌影響，導(dǎo)致從中發(fā)掘出的非洲南方古猿化石和納勒迪人等化石一度無法準(zhǔn)確鑒定年代。過去，人們?nèi)绻氪_定“搖籃”洞穴中發(fā)現(xiàn)的人類化石的年代，就要在發(fā)現(xiàn)地附近尋找動物骨骼化石，并與東非發(fā)現(xiàn)的已經(jīng)可靠確定年代的類似動物骨骼進(jìn)行比較。但這種比較法并不準(zhǔn)確，畢竟南非和東非相隔很遠(yuǎn)，物種的演化速度難免可能不同步。

2005年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，化石沉積物外層的流石能夠用來測定“搖籃”中化石的年代。所謂流石，就是洞穴內(nèi)流水中的碳酸鈣等礦物質(zhì)沉積形成的巖石，例如鐘乳石和石筍。流石形成過程中，偶爾會有鈾元素被困在其中。鈾會以穩(wěn)定的速度衰變成鉛，只要測量鐘乳石中的鈾一鉛比，就能夠推算出流石的年代。不過這種方法一般用于鑒定年代在數(shù)億至數(shù)十億年的巖石，而年代只有數(shù)百萬年的鐘乳石在地質(zhì)年代表中還只是個“年輕人”——流石中的衰變鉛微乎其微。經(jīng)過13年的努力，研究人員在對8個洞穴的29個流石進(jìn)行鈾鉛測年分析后發(fā)現(xiàn)，流石形成于距今320萬年～130萬年的幾個短暫的關(guān)鍵時期。在化石附近流石年代的基礎(chǔ)上，科學(xué)家就能推測出化石相對精確的年代。

在研究過程中，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)“人類搖籃”可能沒有記錄下某些年代居住在其中的人類活動。在這些洞穴中，包含人類化石的沉積巖被夾在流石中間。這是因?yàn)榱魇饕纬捎跉夂虺睗竦哪甏?，而人類化石形成于更干燥的年代。要形成流石，洞外的降水必須充足，這樣流入洞內(nèi)的水才同樣充足（很可能洞口還需要被植物遮蓋），洞內(nèi)環(huán)境足夠潮濕才能形成碳酸鈣層。當(dāng)氣候干燥、洞口敞開、空氣中塵土較多時，流石就會停止生長，同時洞內(nèi)開始積累沉積物，遠(yuǎn)古人類的遺體才有可能形成化石。也就是說，洞穴中或許只保存了氣候干燥時期的人類和動物化石。

什么樣的化石才能被稱為另類？有些化石的發(fā)現(xiàn)過程與眾不同，有些化石曾經(jīng)誤導(dǎo)了許多古生物學(xué)家，還有些化石的樣子本身就很奇怪。其實(shí)，人類對化石的研究不過幾百年，在數(shù)十億年的生命史面前不過是一瞬間，化石本身談不上是否另類，歸根結(jié)底還是人類“少見多怪”。（責(zé)任編輯 王川）

化石是如何形成的？

絕大多數(shù)骨化石是從沉積巖中被剝離出來的。這些化石的形成是由于生物死于有大量沉積物的環(huán)境，例如海洋、河床或湖泊的底棲區(qū)（水體最深處）。沉積物快速掩埋了生物遺體，形成了無氧環(huán)境，此時生物遺體的軟組織依然會被逐漸分解，但骨、齒、爪等硬質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠得以保存下來。

不過，從骨頭到化石還需要石化過程。骨頭中的血管、膠原和脂肪最終也會被分解，但磷酸鈣、碳酸鈣等無機(jī)部分會被留下。由于骨骼等硬質(zhì)部分失去了一部分構(gòu)成物質(zhì)，它們變得更疏松且多孔，但依然保留了原來的形狀。

這時，骨骼周圍的其他礦物質(zhì)會滲透并強(qiáng)化骨骼。最容易滲進(jìn)骨骼的是水，水中往往還溶解有鐵、碳酸鈣等來自周圍沉積巖中的礦物質(zhì)。慢慢地，水中溶解的礦物質(zhì)在骨骼微孔中沉淀下來，就好像往海綿里注入膠水。這個過程持續(xù)得越久，骨骼的石化程度就越高。骨骼越大越厚實(shí)，微孔就越大，石化就越好，形成的化石容易被保存下來。