在博物館的展廳裡,我們可以看到形形色色的化石,有像恐龍那樣的龐然大物,也有三葉蟲那樣的小不點兒。
上海自然博物館B1層恐龍盛世展項群
©上海自然博物館
但你見過這種蟲子化石嗎?
火柴頭上的蟲子化石(光學顯微鏡照片)
圖源:萬曉樵
這個通過顯微鏡才能看清的化石,叫做有孔蟲,它和放射蟲、矽藻以及植物的花粉化石等一道,構成了地球生物多彩的微觀世界。這些微體化石,其實是化石裡的一個大類。
微體化石從哪裡來?
在海底或湖泊底部生活著大量的生物,隨著生物死亡被覆蓋,埋在泥土之下,最後經過石化作用就形成了化石。再由古生物學家挖掘出來,這時候大家會看到一些大的恐龍化石,大的脊椎動物化石等等。
化石的形成過程示意圖
圖源:萬曉樵
那微體化石在哪兒?微體化石就在泥土當中。怎麼採集?先把泥土採回去,再進行處理,這個處理過程是在專業的實驗室中,經過專業的方法進行分析,然後把化石分離,在顯微鏡下進行研究。
長相各異的微體化石
通過顯微鏡觀察微體化石,從而進行研究的學科,我們叫做微體古生物學。
微體古生物學分微古動物和微古植物兩類。微古動物包括有孔蟲、介形蟲、放射蟲、牙形石等,微古植物有孢粉(孢子花粉埋到地下也會成為化石)、超微化石、溝鞭藻、矽藻等。
顯微鏡下的矽藻化石
圖源:https://bbs.imufu.cn/
下面,讓我們一起進入微觀世界~
微古動物
火柴頭上的有孔蟲(左)和放大1000倍有孔蟲殼體上的鈣質超微化石(右)
圖源:萬曉樵
有孔蟲死後,殼保留下來,將它放在一兩毫米大小的火柴頭上,對比大小,可以發現有孔蟲不足一毫米。在顯微鏡下,將有孔蟲放大1000倍,能看到上面有很多孔,這也是有孔蟲命名的由來。有孔蟲局部殼體上還可見到更微小的鈣質超微化石。
現在海洋中仍然有有孔蟲在活動,生活在海洋底層的是底棲有孔蟲,生活在海洋表層的是浮游有孔蟲。
貨幣蟲(大有孔蟲)
圖源:sohu.com
古生物學家還在組成埃及金字塔的大石塊中發現了一種叫做貨幣蟲的大有孔蟲,它的個體較大,可達數釐米。
䗴類有孔蟲
圖源:萬曉樵
還有一類底棲大有孔蟲,叫做䗴類有孔蟲,由於其大多數呈光滑的紡錘形,我國現代地質學的奠基人李四光老先生,編借用「古代紡絲時卷絲用的竹製工具」的「筳」字加了個蟲字旁,創造了「䗴」這個漢字。
放射蟲化石
圖源:uux.cn
這是形狀五花八門的放射蟲。
介形蟲化石
圖源:數字科技館
微體生物裡面還有一個很大的類別——介形蟲,它的上一級類別是節肢動物,你一定想象不到,我們常見的蝦跟它血緣關係特別近,像親兄弟一樣。
微古植物
形態美麗的顆石藻(鈣質超微化石,數微米)
圖源:萬曉樵
除了動物化石,還有一些形態美麗的植物化石。如顆石藻,輪藻等。
輪藻本體和輪藻化石
圖源:萬曉樵
真正的輪藻母體比較大,用普通的放大鏡就可以看到像樹一樣的輪藻,形成化石的是它上面長的種子。藻類的卵藏在它硬殼狀的藏卵器中,保存為化石的是外面的硬殼,它的生殖器官——藏卵器。
不同植物和它的孢粉形態
圖源:uux.cn
孢粉是孢子和花粉的簡稱。孢子是孢子植物的種子,種子植物通過花粉進行繁殖,孢子和花粉都是他們的繁殖器官。不同植物產生的孢子和花粉也不同。
微體化石有用嗎?
微體化石形態各異,有些十分美麗,那麼,它對於科學研究有什麼幫助呢?
地球歷史以化石識別時期
自顯生宙以來,寒武紀開始生物大爆發,出現生物以後,便劃分為不同的時代,這就是地質歷史當中的時代。地質歷史的時代,就像研究歷史,其實研究的是不同的朝代。朝代的劃分都是有標誌的,其中皇帝就是一個重要的標誌。
地球生物演化歷史,總的來說更多看的是從顯生宙以來不同門類的大生物,如寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀、三疊紀、侏羅紀、白堊紀等不同的時代,都是用大生物化石劃分的。
不同微體生物在的地史分佈
圖源:萬曉樵
但顯然就研究工作的細緻程度來說,大化石的精度是遠遠不夠的,這時,微體化石在細分地質年代方面就起到了很大的作用。微體化石自生物大爆發後一直到現在,在各個地質時期的分佈叫做地史分佈,不同地質歷史階段,各有不同的類別,包括鈣質、矽質、有機質等類型。
微體化石指導能源勘探
油氣勘探需要打鑽,鑽探打孔一般直徑10釐米左右,將巖芯取上來。10釐米直徑的巖芯裡,可以保存成千上萬的微體化石。通過鑽井取得的巖芯,分析微體化石,可以恢復其生存環境,並據此劃分不同的階段。
巖芯
圖源:zhihu.com
這些微生物化石,不光能解決地質歷史時間的問題,它甚至能知道能源礦藏的形成原因。如大量的微體生物,尤其是微體浮游生物,經歷死亡埋藏,在缺氧的環境中被細菌降解,最終會形成碳氫化合物——石油。
通過微體化石的研究,可以對油氣生成的物質來源或當時生成的環境進行恢復,進而了解當時生物生存水體的情況,如溫度、鹽度等。
比如,在距今7000萬年以前的中生代侏羅紀和白堊紀,東北的松遼盆地曾是一個大型的內陸湖盆,湖中和四周繁衍著豐富的浮游生物和其他動植物,大量的沉積物堆積下來,形成了大慶油田的生物來源。
大慶油田
圖源:163.com
總的來說,我們要認識到微體生物對環境,對油氣、對礦產的開發都是十分有意義的。
微體化石還能反映「滄海桑田」
喜馬拉雅山在中國跟印度交界的地方,是世界上最高的山。但是科學家卻在喜馬拉雅山上找到了大量生活在海洋中的有孔蟲化石,還有深海里的放射蟲化石。
仍在不斷長高的喜馬拉雅山
圖源:kuaibao.qq.com
這說明當時喜馬拉雅山有深海環境的生物,是一片海洋。現在我們叫喜馬拉雅山,當時是「喜馬拉雅海」,地質學家叫它特提斯海。
如果你有興趣的話,可以琢磨一下,這個海是怎麼消亡的?