化石简史!

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从生物大爆发到生物大灭绝,
无数物种在这片广阔的土地上
演绎着生命的传奇!
它们是地球历史最好的见证者,
如今以化石的身份出现,
讲述着过去的故事。
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菊石(图源@ smuki/Fotolia)

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箭石(图源@cometshopnew.com)
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硅化木(图源@Petrified Forest National Park)
它们从何而来?
又形成了怎样的化石?
一起来见证历史吧!
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01
寒武纪过后的奥陶纪,
是被古地质学称为
生物大辐射的地质年代。
奥陶纪海洋中分布最广的化石
是头足纲动物的角石。
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角石类生物(图源@Nobu Tamura)
角石的形状如同
动物长的角,有直的,
亦有弯的或盘曲状的。
角石类型有震旦角石、
喇叭角石、米契林角石、
前环角石等。
其中,震旦角石
角石化石中的代表。
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震旦角石(图源@ Christopher, Tania and Isabelle Luna )
震旦角石是海生无脊椎
软体动物化石,
隶属于头足纲塔飞角石目、
喇叭角石科、震旦角石属,
生长地质年代在距今约
4.4亿至5.1亿年前的奥陶纪。
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震旦角石(图源@Ghedoghedo)
震旦角石又称“中华角石”,
主要产自我国的湖北、湖南、
四川、重庆等地区
的奥陶纪地层。
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震旦角石(图源@ 文献[1])
震旦角石具有坚硬的外壳,
壳体或直或盘卷,
壳体表面有波状横纹,
壳内有很多横板,
壳长可达二米以上,
多数在几十公分至一米之间。
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震旦角石(图源@文献[2])
当纵向剖开时,
可以看见其指向壳尖端
细长锥状的体管;
而在横切面中心,
可以看见其圆形的体管。
体管与壳体直径相比较小,
大多位于接近中央的地方,
部分接近边缘。
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震旦角石(图源@ Ghedoghedo)‍
震旦角石
生活时代相对较短,
可以作为判定
地层时代的“标准化石”。
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震旦角石(图源@文献[2])
02
腕足动物门曾称
拟软体动物,
属于底栖、有一对硬壳
的海产触手冠动物。
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腕足动物(图源@Wilson44691)
但与双壳类动物不同的是:
其壳是上、下开合,
而不是左、右开合。
铰位在后背部,
而前方可开合作捕食或防御。
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腕足动物化石(图源@Didier Descouens)
它们自寒武纪开始演化,
在古生代时期最为繁盛,
物种多样性达到最高峰。
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腕足动物化石(图源@Wilson44691)
大约发现了
超过30000个化石种,
但之后于古生代末期的
大灭绝事件中大幅衰弱,
只余下少数物种残存至今。
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腕足动物化石(图源@Wilson44691)
腕足动物体型多小,
长宽最多2.5公分,
有的仅1公分左右,
有些化石种类可宽约38公分,
最大的现存种类
长约10公分。
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腕足动物化石(图源@Wilson44691)
化石种较现存种类形态变异大,
一般体呈舌状或卵圆形。
表面光滑,或有刺,
或覆有板状结构和嵴。
多淡黄或白色,
但有的具红条纹或斑点;
有的粉红、褐色或深灰色。
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腕足动物化石(图源@Wilson44691)
03
菊石
菊石亚纲物种的通称,
是一群已经灭绝的
海洋软体动物,
为具有螺旋形外壳和
腕的头足类。
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菊石(图源@digitalatlasofancientlife.org)
它们约在古生代
泥盆纪早期出现在地球上,
在中生代时期最为繁盛,
最后与恐龙、箭石等生物
一起于中生代
白垩纪末期灭绝。
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菊石(图源@ Jonathan R. Hendricks)
由于菊石的演化速度很快,
分布也很广,非常适合
作为标准化石,
地质学家可以使用它们
来确定含有
菊石化石的地层的年代。
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菊石(图源@Jonathan350)
菊石动物在生长过程中
周期性地向前
做升阶式的移动,
在后方由外套膜分泌出隔壁,
用以支持动物体,
增加浮力和加强壳体。
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(图源@Daz Originals)
因此壳体可分为两部分:
动物体栖居而没有隔壁的部分,
为住室;
具有一系列隔壁的部分
为气壳,
被相邻两个隔壁所
分隔的空间叫做气室。
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菊石剖面(图源@Lynn Recker)
隔壁与壳壁的接触线
叫做缝合线,
是菊石分类中
十分重要的标志。
每一个隔壁
有一个圆形隔壁孔,
为体管所在位置。
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缝合线种类(图源@Ian Alexander)
体管可能起联系软体与
壳体和调节浮力
使壳体沉浮的作用。
它通常位于腹部边缘,
但少数类别的体管在背部或
近中心位置。
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菊石(图源@Daz Originals)

菊石壳体外形多种多样:
由薄板状至圆球形,
有的呈三角形旋卷,
有的呈直杆状或呈环形,
腹部尖形,
平板状或圆形等。
菊石
壳体表面有时平滑,
有时有不同类型的装饰,
常见的装饰有生长线纹、
纵旋线纹、横肋、
瘤、刺、沟、脊等。
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(图源@文献[4])
此外,壳体表面有
不同类型的色带,
但绝大多数色带都不能
在化石上保存下来。
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(图源@Jonathan R. Hendricks)
04
与菊石一起在白垩纪末期
大量灭绝的还有箭石
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箭石(图源@Ghedoghedo)
箭石从早石炭世出现,
侏罗纪至早白垩世达到极盛,
白垩纪末绝大多数绝灭,
是海相侏罗纪和
白垩纪地层中的重要化石,
如今的欧洲
是它的主要分布地。
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箭石化石剖面(图源@Antonov)
箭石主要生活在
大陆架海区,
身体结构与现代乌贼类相似,
但其内壳远比乌贼内壳发育。
主要由鞘、闭锥和前甲
3 部分构成,
其中鞘最容易保存为化石。
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箭石结构复原(图源@文献[3])
箭石长有大约10只触手,
这些触手从头部末端伸出,
带有吸盆和钩,
可抓取海洋中的
小型生物作为其食物。
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箭石(图源@Ghedoghedo)
它身体前端的两侧
长有翼状的鳍,
能帮助它控制前进的方向
并缓慢游动。
当遇到危险时,
箭石还会通过
向外喷射水柱
推动自己快速前进,
从而摆脱危险。
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箭石群(图源@PierreSelim)
箭石个体大小变化较大,
一般鞘长4~12厘米,
身体总长一般为
24~90厘米,
最长可达4米多 。
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箭石部分结构化石(图源@cometshopnew.com)
箭石除用于
确定地层时代外,
还可测定当时水温,
对确定古气候及
大陆漂移提供资料。
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箭石(图源@Géry PARENT)
05
硅化木
远古树木的遗骸
经过长期的
化学元素替换过程
(特指硅化过程)
而形成的化石。
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硅化木(图源@Michael Gäbler)
生物以木质树的植物形式
在地球上出现已久,
遍及世界各角落,
在世界六大陆都能发现。
其中以松柏目的硅化木为多。
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硅化木(图源@Jon Sullivan)
一棵树塌倒死后,
如果因某种原因
被泥土覆盖,埋入地下,
组成树干的木质有机物体
便会在周围土层的温度和
压力的作用下逐渐地分解。
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硅化木(图源@Clemens Schmillen)
假如覆盖木干的
土层和周围环境
(包括矿物丰富的地下水)
的湿度、温度和压力
符合一定条件,
木干分解出的杂质
就会与周围泥土中的
矿物元素结合成晶体。
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硅化木(图源@Olga Ernst)
在地下水作用下,
土层中二氧化硅、硫化铁、
碳酸钙等矿物
缓慢渗入木干内心,
同时木干外层有机木质被分解,
这些从土层中新渗入木干的
无机矿物质替换了
原树干中的有机木质。
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硅化木(图源@Jonathan Zander)
以一种物质(有机木纤维)
的分解作用与另一种物质
(无机二氧化硅)的沉积作用
同时发生,从而一种矿物被
另一种矿物取代,
这种作用即“交代作用”,
其中以二氧化硅成分为多,
因此也称“硅化过程”
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硅化木(图源@Sergio Kaminski)
经过千百年不停地
分解替换,
整个木干的有机木质
会被替换为无机的硅钙晶体。
木干的硅化过程完后,
整个木干就近似于
一个木干状玉石,耐保存。
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硅化木(图源@Darwin Pucha Cofrep)
一个硅化木的完整性取决于
树木死后至树干
被全面硅化的时间间隔。
硅化过程快则
易存留至今且形状完整,
而硅化过程慢,
则树干的部分会在土层中的矿物
还未渗入时分解失形。
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硅化木(图源@Wilson44691)
硅化木的摩氏硬度
为7.0左右,近似石英。
完整的硅化木能够很精确地
保存原树木的树皮痕迹、
细胞形状与树轮,
成为重要的化石样本。
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硅化木放大(图源@Wilson44691)

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参考资料:

[1] Xiang Fang, Yunbai Zhang, Tingen Chen,等. A quantitative study of the Ordovician cephalopod species Sinoceras chinense (Foord) and its palaeobiogeographic implications[J]. Alcheringa: An Australasian Journal of Palaeontology, 2017.

[2] Fang X , Li C , Li W J , et al. Sinoceras chinense (Foord, 1888) in western Thailand: first identification outside China[J]. Palaeoworld, 2020.

[3] Belemnites originated in the Triassic—A new look at an old group

[4] Monnet C , Klug C , Baets K D . Evolutionary Patterns of Ammonoids: Phenotypic Trends, Convergence, and Parallel Evolution[J].

Geology、Science、BBC、维基百科、搜狐、百度百科等

- End -
2021-05-29 原文

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