原創(chuàng) 張立召 科普中國 收錄于合集 #硬科普 41個

國際學(xué)術(shù)期刊《iScience》第 26 卷第 9 期的封面是一張治愈系風(fēng)景畫面，可以看到，茂密的森林草地中，一片寧靜的池塘，好多鱷魚吃飽了肚子，趴在淺水里休息。但你不知道的是，這張生態(tài)環(huán)境復(fù)原圖的依據(jù)來自一堆鱷魚的糞便化石。

《iScience》第 26 卷第 9 期封面。圖片來源：《iScience》

這篇封面論文報(bào)道了越南北部始新世晚期距今 3500 萬年前的 55 塊保存完好的鱷魚糞便化石，這次發(fā)現(xiàn)首次建立了鱷魚糞新屬種，論文通過糞化石生態(tài)學(xué)研究復(fù)原了那陽盆地的古環(huán)境面貌，這便是上圖中的這幅優(yōu)美的風(fēng)景。

糞化石：古生物研究的寶貴工具

糞化石的研究歷史其實(shí)已經(jīng)跨越兩個世紀(jì)了，從最初的默默無聞，到最近的多學(xué)科綜合研究，糞化石被證明是古生物研究的寶貴工具。

早在 1829 年，英國地質(zhì)學(xué)家、古生物學(xué)家威廉·巴克蘭（William Buckland）首次研究了糞化石，并且創(chuàng)建了“Coprolite”（糞化石）這個名詞，這成為后來所有糞化石的統(tǒng)稱。當(dāng)時，英國著名化石獵人瑪麗·安寧注意到魚龍化石的腹部經(jīng)常有一些“小石頭”，打碎小石頭后竟然蹦出魚骨或者魚鱗化石?，旣悺ぐ矊幍挠^察引起威廉·巴克蘭的注意，他經(jīng)過細(xì)致研究后在1829年提出，這些小石頭是魚龍糞化石，糞化石上螺旋狀的圈圈是在魚龍腸道里形成的。

1835 年威廉·巴克蘭在糞化石論文中的插圖。圖片來源：William Buckland

其實(shí)這不是威廉·巴克蘭第一次注意到糞化石了，幾年前他就觀察到了鬣狗糞化石。1822 年，他在調(diào)查一個洞穴沉積中的哺乳動物化石后寫道：“這里有許多小球，可能是一種以骨頭為食的動物的固體鈣質(zhì)排泄物……它的形狀和外觀類似斑鬣狗的糞便?！边@里再補(bǔ)充一句，威廉·巴克蘭還有一項(xiàng)值得紀(jì)念的成就，是在 1824 年他研究命名了恐龍第一個有效屬種——斑龍。

現(xiàn)在人們越來越關(guān)注糞化石研究，針對糞化石可以進(jìn)行形態(tài)學(xué)、埋藏學(xué)、古生態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、生物地球化學(xué)及系統(tǒng)分類等一系列研究，揭示古生物的日常行為、營養(yǎng)關(guān)系、食性特征、消化道結(jié)構(gòu)，甚至古 DNA 信息。

根據(jù)糞化石重建的三疊紀(jì)海洋食物網(wǎng)。圖片來源：Marie Cueille

英國布里斯托大學(xué)曾經(jīng)對英格蘭西南部三疊系海相地層中發(fā)現(xiàn)的大量糞化石進(jìn)行了研究，利用 CT 掃描識別出各種生物的骨骼和鱗片，據(jù)此重建了兩億多年前古海洋生物的食物網(wǎng)，推測了捕獵者和被獵食者的關(guān)系，研究結(jié)果基本遵循了我們的一句口頭禪：大魚吃小魚，小魚吃蝦米。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所在白堊紀(jì)琥珀中發(fā)現(xiàn)了短翅花甲昆蟲及它排出的糞化石，昆蟲身上及糞化石里面有大量花粉，這些花粉與菊類及薔薇類植物花粉很像，表明在一億多年前昆蟲就為高等被子植物傳播花粉，一直持續(xù)到今天。

鱷魚生存的古生態(tài)環(huán)境

是如何重建的？

文章開頭提到的《iScience》這篇封面文章的研究工作是由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所和越南國家自然博物館合作完成。2018 年秋天聯(lián)合科考隊(duì)在越南北部諒山省那陽盆地開展野外考察工作，那陽盆地是東南亞地區(qū)的重要化石地點(diǎn)，有豐富的動植物和遺跡化石，與我國廣東茂名地區(qū)始新世化石地點(diǎn)相似?？瓶缄?duì)在那陽煤礦發(fā)現(xiàn)了一百多件糞化石以及多種脊椎動物的化石材料。

科考隊(duì)在越南北部那陽煤礦考察。圖片來源：吳飛翔

考察中發(fā)現(xiàn)原位埋藏的鱷魚糞化石，圖中化石的尺寸可以參考小刀的大小。圖片來源：保羅

團(tuán)隊(duì)在后續(xù)的研究中，對這些糞便進(jìn)行了一系列分析，包括描述形態(tài)進(jìn)行分類、建立糞化石生物地層、觀察組織切片、CT 掃描發(fā)現(xiàn)內(nèi)部物質(zhì)、能譜分析顯示元素峰值、孢粉分析重建植被面貌等等。

越南那陽盆地始新世晚期鱷魚糞化石。圖片來源：保羅

通過系統(tǒng)分類、孢粉學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)：糞化石和恐龍足跡都屬于遺跡化石，恐龍足跡的系統(tǒng)分類早已經(jīng)獲得廣泛認(rèn)可，但糞化石的系統(tǒng)分類一直裹足不前，主要有兩個原因：

一是由于埋藏和成巖作用，糞化石的保存情況存在差異，有的糞便拍成了餅，有的碎成了渣，能保存原樣已經(jīng)很少見了。

二是有時同一種生物不同的食性會產(chǎn)生不同形態(tài)的糞便，這也容易理解，每天吃的東西不一樣，排出的糞便也不同，春夏秋冬再加上逢年過節(jié)，每年的糞便形態(tài)至少得十幾種風(fēng)格吧。

國際動物命名法委員會于1999年規(guī)定了遺跡化石的命名規(guī)則，在此規(guī)則下這項(xiàng)研究首次引入鱷魚糞化石的命名法，命名了新屬種 Crococopros naduongensis，其中 Crococopros 是鱷魚糞化石的意思，naduongensis 表示糞化石的發(fā)現(xiàn)地越南那陽。

糞化石及圍巖中的孢粉。圖片來源：保羅

中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園的對糞化石及圍巖進(jìn)行了細(xì)致入微的孢粉學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)孢粉極其豐富，共 76 種孢粉類型，包括兩種藻類、3 種蕨類、5 種裸子植物、66 種被子植物。

這些孢粉可以直接幫助我們重建鱷魚生存的古生態(tài)環(huán)境，表明三千多萬年前越南那陽盆地是熱帶/亞熱帶氣候，周邊地勢有高有低，植被環(huán)境存在變化。較高的山區(qū)是亞熱帶常綠闊葉林，較低的湖泊、沼澤是熱帶雨林環(huán)境，湖泊和沼澤中存在大量淡水藻類和水生植物，比如睡蓮和浮萍。

越南那陽盆地始新世生態(tài)環(huán)境復(fù)原全圖。圖片來源：保羅

那陽煤礦化石點(diǎn)還發(fā)現(xiàn)過魚類、靈長類、鳥類、龜鱉類等動物化石，結(jié)合植被及動物種類，科學(xué)家和畫家一起就可以對古環(huán)境進(jìn)行重建，還原越南那陽盆地三千多萬年前的生態(tài)面貌，于是一幅治愈系畫面慢慢打開：森林植被繁盛，河流或湖泊水量充沛，食物資源豐富，適合生物繁衍生息。鱷類作為這里食物鏈的頂端成員，在這里蓬勃發(fā)展，吃飽喝足，悠閑排便。

策劃制作

出品丨科普中國

作者丨張立召 中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所

監(jiān)制丨中國科普博覽

原標(biāo)題：《重大發(fā)現(xiàn)！中國科學(xué)家從3500萬年前的糞便中，發(fā)現(xiàn)地球長這樣——》