史前動(dòng)物的“臭臭”為何成了“香餑餑”

□文/陸成寬

沉睡于地下的古生物化石蘊(yùn)含著無盡的奧秘。恐龍化石、三葉蟲化石、魚類化石……這些都是常見的古生物化石，但是還有一類“有味道”的化石，雖然難登“大雅之堂”，但也備受科學(xué)家珍視，那就是古生物的糞便化石。

前不久，來自中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的研究人員，對(duì)該所汪筱林研究員20多年前國際科考時(shí)采自蒙古國西部的7件糞便化石開展研究并發(fā)現(xiàn)4個(gè)新的糞便化石遺跡類別。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)報(bào)告》雜志上。

曾被誤認(rèn)為是松柏植物化石

糞便化石是一類遺跡化石，對(duì)這類化石的研究目前已成為化石研究領(lǐng)域最重要的研究方向之一。近年來，隨著人們逐漸認(rèn)識(shí)到糞便化石所包含的信息在古生物學(xué)和古生態(tài)環(huán)境研究中的作用和重要性，糞便化石儼然已成為揭示古生物信息的重要工具之一。

有關(guān)動(dòng)物糞便的研究歷史很長，最早可以追溯到1678年英國生物學(xué)家馬丁·李斯特的描述，但糞便化石這個(gè)術(shù)語直到19世紀(jì)才由英國古生物學(xué)家威廉·巴克蘭提出。在這之前，人們認(rèn)為這些糞便化石是松柏植物化石，因?yàn)樗鼈冇兄嗨频穆菪y。

“事實(shí)上，在糞便化石中，螺旋狀糞便化石被認(rèn)為是真正的糞便化石，因?yàn)樗鼈儽４嫦聛淼男螒B(tài)特征可以與某些魚類的腸道結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。螺旋狀糞便化石的外觀看起來像一條絲帶，繞著一條長軸纏繞，實(shí)際上它們是由堆積的螺旋錐體形成的。”論文通訊兼第一作者、中科院古脊椎所博士生保羅·拉米說。

目前，螺旋狀糞便化石主要分為兩極糞便化石、異極糞便化石和渦旋糞便化石，這取決于在它周圍形成的卷曲紋路。

這項(xiàng)研究涉及的7件化石標(biāo)本，是汪筱林1998年參與蒙古高原國際恐龍項(xiàng)目科考期間于同一地點(diǎn)采集的。與汪筱林對(duì)比討論化石采集地點(diǎn)信息，可以得知這7件糞便化石標(biāo)本均產(chǎn)自蒙古國西部Tatal盆地早白堊世查干察布組，距今約1.31億至1.26億年。其中，包括6件兩極糞便化石和1件渦旋糞便化石。

“距今約1.31億至1.26億年的中生代渦旋糞便化石極為罕見，這是繼印度提基組之后，世界上第二次發(fā)現(xiàn)中生代渦旋糞便化石。”保羅·拉米說。

最新研究的7件糞便化石標(biāo)本

卷曲形態(tài)與腸道直接相關(guān)

不同造跡者所產(chǎn)生的糞便存在不同的形態(tài)特征。通過對(duì)比不同的糞便化石，可以得到造跡者的相應(yīng)類群及其腸道構(gòu)造的演化信息。類似的研究由來已久，早在1667年，科學(xué)家就已經(jīng)對(duì)現(xiàn)生魚類螺旋瓣?duì)畹哪c道進(jìn)行了研究。

迄今已知最古老的螺旋狀糞便化石記錄在南非上奧陶統(tǒng)索姆頁巖中，而最早的渦旋糞便化石記錄在愛爾蘭梅奧州路易斯堡志留系地層中。一般來說，渦旋糞便化石的記錄更為罕見，多見于古生代和新生代地層中。

人們普遍認(rèn)為，螺旋狀糞便化石確實(shí)是具有復(fù)雜螺旋形瓣腸動(dòng)物的產(chǎn)物，如鯊魚、鰩魚、肺魚，也許還有魚龍。它們與水生環(huán)境密切相關(guān)，并在一般情況下被迅速掩埋。

中科院古脊椎所博士生陳鶴介紹，一般來說，研究螺旋狀糞便化石相對(duì)容易，因?yàn)槠涮囟ǖ木砬螒B(tài)可以直接與特定類型魚類的腸道相聯(lián)系，這在化石和現(xiàn)生物種上都得到了證實(shí)，例如鯊魚、槳魚、鱘魚、肺魚等。這些工作大部分是由以前的人完成的。

談到具體該如何分析糞便化石，保羅·拉米表示，當(dāng)你得到一塊糞便化石時(shí)，首先要做的是確認(rèn)它是糞便化石，而不是其他什么東西，這可以使用現(xiàn)代元素分析（比如能譜分析）來實(shí)現(xiàn)。肉食性動(dòng)物的糞便化石通常由磷酸鈣和其他有機(jī)物組成，但需要注意的是，糞便化石最初的物質(zhì)組成通常會(huì)在其石化過程中發(fā)生改變。同時(shí)，食草動(dòng)物的糞便中普遍缺乏磷酸鹽，其石化過程中礦物質(zhì)的富集是很明顯的。糞便化石是如何形成的，與它的埋藏環(huán)境有很大關(guān)系，這被稱為埋藏學(xué)研究。

在這項(xiàng)研究中，研究人員劃分了不同的糞便卷曲紋飾，可以指示埋藏時(shí)間。通常新鮮糞便的外層包裹著一層腸黏膜，如果被迅速掩埋，這層腸黏膜會(huì)保留下來，這就是為什么研究者會(huì)看到淺的卷曲紋。螺旋狀糞化石就像緞帶，在水中浸泡一段時(shí)間后就會(huì)展開。研究者必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠^察，看這些卷曲是自然解開的，還是斷開的。

英國古生物學(xué)家威廉·巴克蘭最早提出了糞便化石術(shù)語

埋藏條件各不相同

“從這些糞便化石的顏色、干裂程度、孔的數(shù)量、空腔數(shù)量及盤管深度存在的差異來看，其埋藏條件也各不相同。”陳鶴說，干裂是由一定條件引起的，如糞便沉積在淺湖中，蒸發(fā)以后就會(huì)形成干裂。

研究團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)代高科技手段，對(duì)這7件糞便化石進(jìn)行高精度掃描、分析、研究，發(fā)現(xiàn)這些糞便化石標(biāo)本中均存在骨骼殘片和鱗片，其中還存有完整的圍眶骨。據(jù)此，研究團(tuán)隊(duì)推斷，產(chǎn)生這些糞便化石生物的消化系統(tǒng)環(huán)境可能并非強(qiáng)酸性，并不足以溶解食物中的骨骼等。同時(shí)，研究人員通過CT掃描確定了糞便化石的孔。在所有糞便化石的表面和內(nèi)部都可以看到許多小洞，這些小洞很可能是由糞便中的氣體造成的。這些孔可以被稱為微孔或“脫氣孔”，其中包含消化過程中捕獲的氣體。當(dāng)糞便從動(dòng)物體內(nèi)排出時(shí)，微孔中很快就充滿了水，從而使糞便變得沉重，并下沉到湖底。

研究團(tuán)隊(duì)還利用掃描電鏡能譜（SEMEDS）分析了化石中的鈣和磷酸鹽，也表明這些糞便化石的造跡者具有肉食性類群的特征。此外，他們?cè)?件較小尺寸糞便化石中發(fā)現(xiàn)了疑似植物花粉、被攝食動(dòng)物完整的眶下骨、成團(tuán)的骨骼碎片和菱形的硬鱗片，表示其造跡者有可能是以動(dòng)物和植物為食的雜食性類群，或者它是捕食了植食性的動(dòng)物所造成的殘留。其表面還存在生物侵蝕的痕跡，更進(jìn)一步提供了白堊紀(jì)早期糞便分解者的相關(guān)生態(tài)信息。

保羅·拉米表示，蒙古國Tatal盆地出土的大多數(shù)糞便化石呈粉白色，這與它們?nèi)馐承燥嬍持锈}的存在密切相關(guān)。 ?