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小“隐者”能定大“乾坤” ——罗平生物群中的牙形石化石


□ 黄金元

  2008年,罗平生物群鱼类化石的发现揭开了2.4亿年前远古生物世界神秘面纱的一角。随后大量的化石发现表明了在当时的这片三叠纪海洋中,生活着脊椎动物(海生爬行类的鱼龙、原龙、初龙和盾齿龙等、鱼类的龙鱼、裂齿鱼、肋鳞鱼、半椎鱼和鲱口类等)、节肢动物(甲壳纲的龙虾、糠虾、肢口纲的鲎类、多足类的千足虫与等足目的扁水虱类等)棘皮动物(海百合、海星、海胆和海参等)、软体动物(菊石、双壳和腹足类等)以及一些植物等。罗平生物群独特的埋藏环境为生物化石提供了优越的保存条件,众多精美化石的身体细节构造特征保存得特别完整,尤其是虾类节肢动物,身体上的毛发依然清晰可见、栩栩如生。

  面对这些美轮美奂的化石,我们这些古生物科研工作者都在思考着一个问题——这些远古生物生活在什么时代呢?这是当时迫切需要解决的问题。但是,用什么方法来确定生物群的地质时代,这个问题一直困扰着我们,令大家寝食难安。

  难解的地层年龄之谜

  经过反复考虑,科学家首先想到了利用保存于生物群中火山灰里的锆石来测定地层的绝对年龄。经过对样品的系统采集和分析,得出的结果是地层年龄约在2.42亿年前,其年龄值偏差约为正负230~240万年。虽然我们得到了生物群的绝对年龄,但是对于这个存在前后200多万年的偏差始终心有不甘。

  既然测定绝对年龄的方法不能很好地回答生物群的时代问题,或许我们可以从这些保存精美的化石中找到理想的答案。基于这个想法,我们首先从保存完整的脊椎动物、精美的节肢动物以及完好的棘皮动物化石入手,从中挑选出一类或者几类化石,尝试解决生物群的时代问题。但是经过对比研究,发现这些化石绝大部分是新属新种,三叠纪的其他同类型化石不仅保存稀少,而且可对比的研究资料也是凤毛麟角,它们也只能提供大概的时间信息。看来这个方案行不通。我们又想到利用菊石、双壳类和腹足类这些传统化石来解决地层时代问题。但经过调查,发现罗平生物群中的菊石化石含量少,并且呈强烈压扁的保存状态,这给化石的鉴定工作带来了很大的困难,也难以据此确定准确的地层时代;同时,由于腹足和双壳类生物生活领域十分宽广,对环境的适应能力极强,并且同一物种的生存延限跨度长,这些特点都不利于确定准确的生物群地层年代。这时,我们的研究者又犯难了。研究人员在确定地层时代面前止步不前,大家更是食之无味,夜不能眠。

  既然宏观化石不能很好地指示生物群的地层时代,那么微体化石是否可以呢?好似灵光闪现,我们想到了微体古生物化石。微体化石个体大小一般在微米或毫米的尺度间,即使其中最稀罕的“巨人”也不过几厘米大。别看它们个子小,却被称为准确的地质计时器。由于微体化石十分微小,在野外环境中单凭肉眼很难发现,需要用特殊的实验手段才能把它们从岩石中提取出来。

  然而,摆在我们面前的微体化石种类繁多,哪些种类可以帮我们确定这套地层的时代呢?经过综合对比,我们最终选定了牙形石化石。这是因为牙形石的化石数量繁多、种类丰富,并且演化迅速,另外,每个牙形石化石带跨越的地质时间往往大大小于锆石测年的误差范围。就这样,我们决定利用牙形石标定生物地层时代。

  “隐者”镜下显真容

  牙形动物是一种体型很小、侧向扁平的鳗状脊椎动物,个体大小约21~55毫米,头部生有一对大眼睛,有脊索、神经索、肌肉组织和尾鳍等软组织。地层中的牙形石化石,是牙形动物口咽部的觅食器官,通常以单个个体状态分散保存,产出于寒武纪至三叠纪的海相岩石地层中。

  牙形石个体很小,最大不超过7毫米,一般只有1毫米左右。经历过二叠纪与三叠纪之交的大绝灭事件后,幸存到三叠纪的牙形石个体,体型比二叠纪的还要小些,一般都小于1毫米。野外工作中,我们通常无法直接观察到如此微小的化石,但是经验告诉我们,多数灰岩中都含有丰富的牙形石。

  这么微小的化石要怎么获得呢?首先,我们在野外对含有生物群化石的层位测制地质剖面,然后按照一定的间距进行系统采样,每个样品重量都在2千克左右。回到实验室后,我们会对采集到的岩石样品进行破碎处理,一般使破碎后的颗粒大小在2立方厘米左右,这是因为,如果颗粒太小有可能增加牙形石化石的破损几率。然后将样品置于塑料桶或塑料盆内,利用醋酸不能溶解磷酸盐的原理,加入浓度为10%左右的醋酸溶液进行酸解。待醋酸消耗完毕后,对样品利用20目与160目的分样筛进行洗样处理。经过反复加酸洗样,直至样品溶解殆尽后,将烘干的样品剩余物收集起来。利用密度差异法,把密度约为3.00克/立方厘米的牙形石从密度为2.80克/立方厘米、由三溴甲烷和丙酮配制而成的重液中分离出来(这样可以有效地减少工作者在镜下牙形石挑选工作时间)。

  牙形石的重液分离过程中,我们首先将一定量的重液倒入漏斗,再将烘干的粉末倒入漏斗内的重液中,同时用玻璃棒轻轻搅动几次,使牙形石能够顺利地下沉到漏斗底部。然后用滤纸将沉到底部的样品颗粒滤出,用丙酮将三溴甲烷洗净、烘干,这时就可以在立体镜下挑选、鉴定样品了。

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摘自:大自然 2013年第04期  
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