| 词条 | 化石 |
| 释义 | § 简介 化石化石，就是生活在遥远的过去的生物的遗体或遗迹变成的石头。在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化的生物遗体、遗迹就称为化石。从化石中可以看到古代动物、植物的样子，从而可以推断出古代动物、植物的生活情况和生活环境，可以推断出埋藏化石的地层形成的年代和经历的变化，可以看到生物从古到今的变化等等。 § 由来 化石（Fossil）一词来自拉丁语“fossilis”，意思是挖出来。大多数化石是史前生物的能保存下来的坚硬部分，而且这些生物是在化石采集地区生存的。会“说话”的石头──化石。 在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化了的生物遗体、遗迹就称为化石。通过研究化石，科学家可以逐渐认识遥远的过去生物的形态、结构、类别，可以推测出亿万年来生物起源、演化、发展的过程，还可以恢复漫长的地质历史时期各个阶段地球的生态环境。 在喜马拉雅山，科学工作者在这一地区地层里，找到了许多古海洋动物和植物的化石，如三叶虫、有孔虫、鹦鹉螺、菊石、海百合等。这些海洋里的生物为什么会出现在高山地区呢？经过研究考察得知，在３０００万年前，喜马拉雅山是一片汪洋大海，由于印度洋板块北移后与欧亚板块相撞，古海洋受到挤压，产生褶皱，最后隆起成山，把那些海洋生物深埋在岩层中，使它们变成化石。 § 形成条件 虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的： （1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。 （2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分地被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。 （3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。 § 形成过程 化石人们已知道，由附近火山落下的火山灰曾覆盖过整片森林，在森林化石中有时还可见到依然站立的树，以很好的姿态被保存下来。流沙和焦油沥青通常也能迅速把动物掩埋起来。焦油沥青的行为好象一个捕获野兽的陷井，又象防腐剂能阻止动物坚硬部分的分解。洛杉矶的兰乔·拉·布雷（Rancho laBrea）沥青湖由于在其中发现许多骨化石而闻名了，在其中发现的骨化石包括长着锐利牙齿的野猪、巨大的陆地树獭以及其它已经绝灭的动物。在冰期生存的某些动物的遗体被冻结在冰或冻土之中。显然，被冰冻的动物有的可以保存下来。 虽然地球上曾有众多的人们并不知道的生物生存过，而只有少数生物留下了化石。然而，使生物变成化石的条件即使都满足了，仍然还有其它原因使得某些化石从未被人们发现过。例如，很多化石由于地面剥蚀而被破坏掉，或它的坚硬部分被地下水分解了。还有一些化石可能被保存在岩石中，但由于岩石经历了强烈的物理变化，如褶皱、断裂或熔化，这种变化可以使含化石的海相石灰岩变为大理岩，而原先存在于石灰岩中的生物的任何痕迹会完全或几乎完全消失。还有很多化石则存在于无法获得来进行研究的沉积岩层中，也还有很好出露于地表的含化石的岩石分布在世界上的某些地方，却没有进行地质学研究。另外一个很普遍的问题是，可能由于生物的残体变成碎片或保存得很差，而不能充分显示出该生物的情况。 再者，当我们向过去回溯的时间越古老，化石记录缺失的时间间隔越长。岩石越老，受到破坏性??由于较古老的生物和今天的生物不同，因而对它们进行分类就很困难，这一情况使问题进一步复杂化了。然而，尽管如此，大量保存下来的生物化石仍为我们认识过去提供很好的记录。 § 形成途径 动物和植物变成化石可以通过很多不同途径，但究竟通过那种途径，通常取决于： （1）生物的本来构成 （2）它所生存的地方 （3）生物死后，影响生物遗体的力。 大多数古生物学家认为生物残体的保存有四种形式，每一种形式取决于生物遗体的构成或者生物遗体所经历的变化。 生物的本来的柔软部分只有当它被埋在能够阻止其柔软部分分解的介质中时，才能得以保存。这种介质有冻土或冰，饱含油的土壤和琥珀。当生物在非常干燥的条件下变成木乃伊，也能保存它的身体上本来的柔软部分。这种情况一般只发生于干旱地区或沙漠地区，并且在遗体不被野兽吃掉的情况下。 大概动物柔软部分的化石得以保存的最著名的例子是在阿拉斯加和西伯利亚。在这两个地区的冻原上发现的大量的冻结的多毛的猛犸遗体——一种绝灭的象。这些巨兽有的已被埋藏达25000 年。当冻土融解，猛犸的遗体就暴露出来。也有些尸体保存得很不好，当它们暴露出来时，其肉被狗吃了，其长牙被象牙商倒卖。猛犸象的毛皮现在在很多博物馆展览，有的把猛犸象的肉体或肌肉放在乙醇中保存。 生物身体的柔软部分在东波兰的饱含油的土壤中也发现到，在这里有保存很好的一种绝灭的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亚利桑那州的洞穴中和火山口里发现了地树獭的天然形成的木乃伊。这里的极端干燥的沙漠气候能够使动物的软组织在腐烂之前就全部脱水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。 生物变成化石的更有趣和不寻常的一种方式就是在琥珀中保存。古代的昆虫可被某些针叶树分泌出的粘树胶所捕获。当松脂硬结后并进一步变成琥珀，昆虫便留在其中。有些昆虫和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在显微镜下研究它的细毛和肌肉组织。 虽然生物体的软组织的保存形成了一些有趣的和令人叹为观止的化石，但这种方式形成的化石是相对罕见的。古生物学家更经常地是研究保存在岩石中的化石。 生物体上的硬组织也能被保存下来。差不多所有的植物和动物都拥有一些硬部分，例如蛤、蚝或蜗牛；脊椎动物的牙和骨头；蟹的外壳和能够变成化石的植物的木质组织。生物体的坚硬部分由于是以能抵抗风化作用和化学作用的物质构成的，所以这类化石分布的较普遍。无脊椎动物例如蛤、蜗牛和珊瑚等的壳是由方解石（碳酸钙）组成的，其中很多没有或几乎没有发生物理变化而被保存下来。脊椎动物的骨头和牙以及许多无脊椎动物的外甲含有磷酸钙，因为这种化合物抵抗风化作用的能力非常强，所以许多由磷酸盐组成的物质也能保存下来，如曾发现一枚保存极好的鱼牙。由硅质（二氧化硅）组成的骨骼也具有这种性质。微体古生物化石的硅质部分和某些海绵通过硅化而变成化石。另一些有机物具有几丁质（一种类似于指甲的物质）的外甲，节足动物和其它有机物的几丁质外甲可以成为化石，由于 它的化学成分和埋葬的方式，使这种物质以碳的薄膜的形式而保存下来。碳化作用（或蒸馏作用）是生物埋葬之后在缓慢腐烂的过程中发生的，在分解过程中，有机物逐渐失去所含有的气体和液体成分，仅留下碳质薄膜。这种碳化作用和煤的形成过程相同。在许多煤层中可以看到大量的碳化植物化石。 在许多地方，植物、鱼和无脊椎动物就是以这种方式保存下它们的化石。 § 分类 地层中的化石，从其保存特点看，可大致分为四类：实体化石、模铸化石、遗迹化石和化学化石。 1、实体化石：指古生物遗体本身几乎全部或部分保存下来的化石。原来的生物在特别适宜的情况下，避开了空气的氧化和细菌的腐蚀，其硬体和软体可以比较完整的保存而无显著的变化。例如猛犸象（第四纪冰期西伯利亚冻土层中于1901年发现，25000年以前，不仅骨骼完整，连皮、毛、血肉，甚至胃中食物都保存完整）。 2、模铸化石：就是生物遗体在地层或围岩中留下的印模或复铸物。一类是印痕，即生物遗体陷落在底层所留下的印迹，遗体往往遭受破坏，但这种印迹却反映该生物体的主要特征。不具硬壳的生物，在特定的地质条件下，也可保存其软体印痕，最常见的就是植物叶子的印痕。第二类是印模化石，包括外模和内模两种，外模是遗体坚硬部分（如贝壳）的外表印在围岩上的痕迹，它能够反映原来生物外表形态及构造；内模指壳体的内面轮廓构造印在围岩上的痕迹，能够反映生物硬体的内部形态及构造特征。例如贝壳埋于砂岩中，其内部空腔也被泥沙充填，当泥沙固结成岩而地下水把壳溶解之后，在围岩与壳外表的接触面上留下贝壳的外模，在围岩与壳的内表面的接触面上留下内模。第三类叫做核，上面提到的贝壳内的泥沙充填物称为内核，它的表面就是内模，内核的形状大小和壳内空间的性状大小相等，是反映壳内面构造的实体。如果壳内没有泥沙填充，当贝壳溶解后久留下一个与壳同形等大的空间，此空间如再经充填，就形成与原壳外形一致、大小相等而成分均一的实体，即称外核。外核表面的形状和原壳表面一样，是由外模反印出来的，他的内部则是实心的，并不反映壳的内部特点。第四类是铸型，当贝壳埋在沉积物中，已经形成外模及内核后，壳质全被溶解，而又被另一种??的原形及大小，这样就形成了铸型。它的表面与原来贝壳的外饰一样，它们内部还包有一个内核，但壳本身的细微构造没有保存。 总的来说，外模和内模所表现的纹饰凹凸情况与原物正好相反。外核与铸型在外部形状上和原物完全一致，但原物的内部构造被破坏消失，其物质成分与原物也不同。至于外核和铸型的区别在于前者内部没有内核，而后者内部还含有内核。 3、遗迹化石：指保留在岩层中的古生物生活活动的痕迹和遗物。遗迹化石中最重要的是足迹，此外还有节肢动物的爬痕，掘穴，钻孔以及生活在滨海地带的舌形贝所构成的潜穴，均可形成遗迹 化石。遗物化石方面，往往指动物的排泄物或卵（蛋化石）；各种动物的粪团，粪粒均可形成粪化石。我国白垩纪地层中恐龙蛋世界闻名，过去在山东莱阳地区以及近年来在广东南雄均发现成窝垒叠起来的恐龙蛋化石。 4、化学化石：古代生物的遗体有的虽被破坏，未保存下来，但组成生物的有机成分经分解后形成的各种有机物如氨基酸、脂肪酸等仍可保留在岩层中，这种视之无形，但它具有一定的化学分子结构足以证明过去生物的存在的化石称为化学化石。随着近代化学研究的进展，科学技术的提高，古代生物的有机分子（指氨基酸等），可从岩层中分离出来，进行鉴定研究，同时产生了一门新的学科—古生物化学。 § 特殊的化石 琥珀—古代植物分泌出的大量树脂，其粘性强、浓度大，昆虫或其他生物飞落其上就被沾粘。沾粘后，树脂继续外流，昆虫身体就可能被树脂完全包裹起来。在这种情况下，外界空气无法透入，整个生物未经什么明显变化保存下来，就是琥珀。 中药店的龙骨—被人们用作中药的龙骨，其实主要是新生代后期尚未完全石化的多种脊椎动物的骨骼和牙齿石，绝大部分是上新世和更新世的哺乳动物，诸如犀类(Rhinocerotidae)、三趾马(Hipparion spp.)、鹿类(Cervidae)、牛类(Bovidae)和象类(Proboscidae)等的骨骼和牙齿，甚至偶然还搀杂少量人类的材料。至于视为上品的五花龙骨或五花龙齿，颜色不像一般呈单调的白、灰白或黄白，而是在黄白之间尚夹杂有红棕或蓝灰的花纹．比较好看，则是象类的门齿。[1] § 化石化作用 化石化作用是指随着沉积物变成岩石的成岩作用，埋藏在沉积物中的生物遗体而经历了物理作用和化学作用的改造，但是仍然保留着生物面貌及部分生物结构的作用。 化石化作用有三种方式：矿物质填充作用、交替作用和升馏作用。 矿物质填充作用 矿物质填充作用是指，某些无脊椎动物外壳或脊椎动物骨骼中的有机物分解消失以后留下了中空的部分，在地层下被埋藏日久以后，溶解在地下水中的矿物质（主要是碳酸钙）往往在其孔隙中经重结晶作用变成了较为致密、坚实、并且增加了重量的实体化石。 交替作用 交替作用是指，生物硬体的组成物质在埋藏情况下被逐渐溶解，再由外来矿物质逐渐补充替代的过程。在这个过程中，如果溶解和交替速度相等，而且以分子相交换，就可以保存原来的细微结构。如硅化木。常见的交替物质有二氧化硅、方解石、白云石、黄铁矿等，相应的过程就可以叫做硅化、方解石化、白云石化和黄铁矿化。 升馏作用 升馏作用是指古生物遗体在被埋藏之后，不稳定成分分解、可挥发物质往往首先挥发消失，最后只留下碳质薄膜而保存下来的过程。这个过程也称为“炭化”。 § 种类 实体化石 实体化石是由古生物遗体本身的全部或部分化石（特别是硬体部分）保存下来而形成的化石。 在能够避开空气氧化作用和细菌腐蚀作用的特别适宜的情况下，有些生物的遗体能够比较完好地保存而没有显著的变化。如西伯利亚冻土中发现的第四纪猛犸象、波兰发现的迄今所知的最完整的脊椎动物化石——1万年前落入沥青湖的披毛犀、以及树脂化石（参见琥珀）。 不过，这种没有经过显著化石化作用或只是有一些轻微变化的生物遗体是很少被发现的。绝大多数的生物化石仅仅保留的是其硬体部分，而且都经历了不同程度的化石化作用。 模铸化石 模铸化石是古生物遗体留在岩层或围岩中的印痕和复铸物。 根据与围岩的关系被分为5种类型：印痕化石、印模化石、模核化石、铸型化石和复合模化石。 印痕化石 印痕化石是生物遗体（主要是软体部分）因陷落在细碎屑沉积物或化学沉积物中所留下的印痕。腐蚀作用和成岩作用虽然使得遗体本身被破坏，但是印痕却保存了下来，而且这种印痕还常常可以反映该生物的主要特征。 印模化石 印模化石包括外模和内模两种。 外模是古生物遗体坚硬部分（例如贝壳）的外表面印在围岩上的印痕，能够反映原来生物外表的形态及构造特征。 内模是壳体的内表面轮廓构造留下的印痕，能够反映该生物硬体的内部形态及构造特征。 模核化石 模核化石分为内核和外核两种。 当腕足动物和某些双壳类动物死亡之后，它们的贝壳经常两瓣完整地被埋藏起来，其内部空腔也被沉积物填充，在固结以及壳体被溶解之后，内部留下一个实体即称为内核。 如果壳内没有被沉积物填充，当贝壳溶解后就会??；这个空间如果再经过充填，又会形成一个与原来的壳大小相等、形状一致但是成分均一的实体，这样的实体就被称为外核。 铸型化石 当贝壳被沉积物掩埋并且已经形成外模和内核之后，壳质有时会全部溶解，然后又被另外某种矿物质填充，使得填充物像铸造的模型一样保留了原来贝壳的原形和大小，这就称为铸型化石。 复合模化石 复合模化石是内模和外模重叠在一起的模铸化石。 当贝壳埋藏在沉积物中并形成内模和外模之后，如果贝壳随后被溶解而在围岩内留下了空隙，而后由于岩层的压实作用而使外模与内模重叠在了一起，就形成了复合模化石。 遗迹化石 遗迹化石是指保留在岩层中的古生物生活时的活动痕迹及其遗物。 古生物的遗物又可以称为遗物化石。 [2] § 常见种类 遗物化石 遗物化石主要有动物的排泄物（粪化石）或卵（蛋化石）。 古人类在各个发展时期制造和使用的工具及其它各种文化遗物也都属于遗物化石。 化学化石 在特定条件下，组成生物的有机成分分解后形成的氨基酸、脂肪酸等有机物却可以仍然保留在岩层里，它们具有一定的有机化学分子结构，科学家就把这类有机物称为化学化石。这类化石不易观察。 活化石 活化石是指一些与化石物种十分相近的现存物种，或是一些只从化石中了解到的生物被发现尚存在（最著名的例子是美洲鲎Limulus polyphemus）。 § 典型化石 昆虫远祖：抚仙湖虫 抚仙湖虫是澄江动物群中特有的化石，属于真节肢动物中比较原始的类型，成虫体长10 厘米，有31个体节，外骨骼分为头、胸、腹三部分，它的背、腹分节数目不一致，与泥盆纪直虾类化石类似，而直虾是现代昆虫的祖先，这间接表明了抚仙湖虫是昆虫的远祖。侯先光还发现，抚仙湖虫消化道充满泥沙，这表明它是食泥的动物。 九眼精灵：微网虫 微网虫属于叶足动物门，因身上多边形的鳞状骨片而得名，体长可达8厘米，具有9对矿化骨片和10对足，这些骨片起到连接腿和关节的作用，目前只有在澄江才发现有这种生物完整的化石。 有专家认为，这些骨片是一种繁殖后代用的储卵器，不过参照现代节肢动物繁殖器官多集中在一个部位的特点，储卵器不可能这样分散。也有专家认为，这些骨片是具有感光作用的多眼，所以有了“九眼精灵”的美称。不过动物的眼睛一般集中在头部，和微网虫类似的生物在地球上还没有找到。 微网虫曾登在《自然》杂志封面上，成为化石明星。《纽约时报》曾经这样评论微网虫：“一些寒武纪生物很容易就扮演科幻小说里的角色，最奇怪的家伙就是一种身上长着10对足和覆盖有鳞片状骨骼的蠕形动物。” 神奇的腔肠动物：栉水母 栉水母是一种食肉的腔肠动物，目前对澄江发现的栉水母化石仅限于描述，对其进化意义还未研究清楚。 它的身体上有类似楼梯一样的褶子，身体辐射对称，这在海洋生物中非常特殊。因为辐射对称的动物在海洋中保持平衡很难，捕食就更加不容易。栉水母身体顶端长了一个石质的平衡球，依靠它来掌握平衡。现代栉水母叫“海胡桃”，是最古老的无脊柱动物。 寒武纪海洋巨无霸：奇虾 奇虾是一类已经灭绝的大型无脊椎动物，化石表明这种动物口器有十几排牙齿，直径有 25厘米，粪便化石长10厘米，粗5厘米。由此推测，奇虾体长可能超过2米。奇虾最初在加拿大发现，当时只发现一只前爪的化石，被误认为是虾的尾巴。科学家还想像了一个虾头，由于它不是虾，所以命名为奇虾。1994年，我国科学家在帽天山发现完整的奇虾化石，纠正了从前的错误，所谓的“尾巴”其实是它的爪子。 科学家在奇虾粪便化石中发现小型带壳动物的残体，这说明它是寒武纪海洋中的食肉动物，是海洋世界的统治者和食物最终的消费者。奇虾的发现表明，当时海洋确实存在完整的食物链。新的研究发现，奇虾的捕食肢能弯曲，腿能在海底行走，不过它的附肢没有分化，节之间缺少关节。 人类远祖：云南虫 云南虫，身体呈蠕形，一般长3至4厘米，大者可以长到6厘米，1991年侯先光研究员发现并命名。它的头部在化石上不易保存，开始曾被认为是特殊的蠕虫。1995年，陈均远等研究者发现它有7对腮弓，可以呼吸，并把食物留在口腔里，这是脊索动物的重要特点，提出了“云南虫是脊索动物”的观点。 云南虫原始的脊索是脊椎的前身，相当柔软，容易受到外力的伤害，似于如今脊髓中的软性物质，身体神经单元集中的脊索上，肢体的感觉可以通过脊索传到全身，脊索的出现提高了动物控制身体和对环境的适应能力。云南虫的发现证明了在澄江动物群中蕴涵着脊椎动物的起源，这是生命演化史上的重大突破。 中国学者曾在《自然》杂志发表数篇文章，集中展现对云南虫的研究成果。1995年《纽约时报》发表一篇名为《从云南虫到你之路》的文章，文中说：“如果云南虫夭折，动物的中枢神经系统将永远得不到发展，地球将像遥远的月球一样永远寂寞冷清。”怪诞虫 梦幻生物：怪诞虫 怪诞虫属于叶足动物门，头很大，躯干背侧具有7对斜向上生长的强壮的长刺，最早发现于加拿大，它是寒武纪最著名的动物。 由于最初的化石保存不好，当英国古生物学家莫瑞斯1977年看到它身体上规则分布的两排刺时，误当成了用来走路的腿，而把本用来走路的腿误作装饰品。他认为这样的奇幻生物“只有做梦才能梦到”，所以命名为怪诞虫。 我国科学家在澄江发现的怪诞虫化石订正了这种错误的解释。后来，侯先光先生对采自澄江的最好的块标本修理后揭示，原先复原的怪诞虫头尾也颠倒了。在讨论动物演化时，怪诞虫被作为“寒武纪大爆发产生了比现代多得多的门(门一级生物)，后来大部分灭绝”这一观点的理论基础。[3] |
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