視覺中國供圖

中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所3位博士研究生對該所汪筱林研究員20多年前國際科考時采自蒙古國西部的7件糞便化石開展研究。 視覺中國供圖

　　當(dāng)你得到一塊糞便化石時，首先要做的是確認(rèn)它是糞便化石，而不是其它什么東西，這可以使用現(xiàn)代元素分析（比如能譜分析）來實(shí)現(xiàn)。

　　保羅·拉米?中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所博士生

　　5月26日，在線發(fā)表于《自然》上的一項(xiàng)研究，通過對在我國內(nèi)蒙古發(fā)現(xiàn)的硅化植物標(biāo)本的研究和分析，為解決被子植物的起源問題提供了關(guān)鍵性證據(jù)。

　　那些沉睡于地下的古生物化石，是一個巨大的“情報(bào)庫”，蘊(yùn)含著史前無盡的奧秘?？铸埢?、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。

　　此前不久，來自中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱中科院古脊椎所）的研究人員，對該所汪筱林研究員20多年前國際科考時采自蒙古國西部的7件糞便化石開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)4個新的糞便化石遺跡類別，包括2個新的遺跡種和2個新的遺跡屬，其中1個新的遺跡屬還是迄今全世界發(fā)現(xiàn)的第二件中生代渦旋狀糞便化石。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際學(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。隨著近年來，人們逐漸認(rèn)識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，它繞著一條長軸纏繞，但實(shí)際上它們是由堆積的螺旋錐體形成的。”前述論文通訊兼第一作者、中科院古脊椎所博士生保羅·拉米告訴科技日報(bào)記者。

　　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，是由汪筱林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)所采集的。與汪筱林對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)中生代渦旋糞化石?！北Ａ_·拉米說。

　　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。通過對比不同糞便化石，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)雜螺旋形瓣腸的動物的產(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，研究螺旋糞便化石相對容易，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，首先要做的是確認(rèn)它是糞便化石，而不是其它什么東西，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)組成通常會在其石化過程中發(fā)生改變。同時，食草動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，這層腸黏膜會保留下來，這就是為什么研究者會看到淺的卷曲紋。螺旋狀糞化石就像緞帶，在水中浸泡一段時間后就會展開。研究者必須對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠^察，看這些卷曲是自然解開的，還是斷開的。

　　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)以后就會形成干裂。

　　研究團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)代高科技手段，對這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)生這些糞便化石的生物的消化系統(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，研究人員過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)糞便從動物體內(nèi)排出時，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。

　　同時，研究團(tuán)隊(duì)還利用掃描電鏡能譜（SEM-EDS）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，1件較小尺寸糞便化石中發(fā)現(xiàn)疑似植物花粉、被攝食動物完整的眶下骨、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物和植物為食的雜食性類群，或者它是捕食了植食性的動物所造成的殘留。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。而且，這件遺跡化石也是目前全世界發(fā)現(xiàn)的第二件中生代渦旋狀糞便化石。

　　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)。


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