在古生物学与考古学领域,隐藏着哪些神秘的线索?有没有一种方法,可以让我们了解古生物如何生存,吃什么,甚至推测当时的环境状态?哪些化石能够在亿万年后依然保存着古生物的饮食痕迹?它们就是3位古老的“信使”——牙结石、胃容物和粪便化石。
牙结石、胃容物和粪便化石
(图源:《知识就是力量》杂志)
牙结石:饮食与健康的
“时光宝盒”
牙结石是由残留的食物颗粒与口腔中的微生物和唾液混合,在牙齿表面逐渐沉积而成的。
通过对牙结石进行元素分析、化学成分鉴定,能够确定其中包含的物质,进而推断古生物所摄入食物的种类,以及生存环境中的化学元素分布情况。
分子生物学技术也被应用到牙结石的研究中,通过提取牙结石中的古DNA分子或古蛋白质(关于古DNA分子详见本期《分子考古学家的科研日常》),尝试重建古生物的遗传信息和生理特征,从而更深入地了解它们的生存状态和演化历程。
东亚早期现代人的“菜单”
以湖南省道县福岩洞出土的人类牙结石为例,科研团队借助先进的技术手段,从中分析发现了橡子、块根块茎等多种植物的淀粉粒。这说明,在距今12万~8万年前,东亚早期现代人已经开始广泛利用富含淀粉的植物资源了。
湖南省道县福岩洞出土的人类牙结石
(图源:《知识就是力量》杂志)
可以想象,在艰难的环境中,东亚早期现代人展现出了惊人的适应能力和创造力,他们努力寻觅着食物资源,学会了识别可以安全食用的植物,凭借着智慧与勤劳在这片土地上坚韧地生存着。
远古“草食英雄”:施泰因海姆嵌齿象的生态适应之路
现代象类的祖先——施泰因海姆嵌齿象,它们的牙结石更是有着独特的故事。科学家在其牙结石中发现了草类的植硅体(某些高等植物从地下水中吸取了可溶性二氧化硅,二氧化硅会沉淀于植物细胞内部或者外部位置,从而形成含非晶态的二氧化硅颗粒),表明它是纯粹的食草动物。
嵌齿象生态复原图
(图源:《知识就是力量》杂志)
施泰因海姆嵌齿象生活在距今约1600万年的新疆准噶尔盆地。那时,准噶尔盆地的大部分区域还是温暖湿润的森林,大规模草原尚未出现。施泰因海姆嵌齿象却大胆地选择以草为食,这种独特的食性在当时极为罕见。
象牙牙结石提取图
(图源:《知识就是力量》杂志)
随着环境的变化,该地区出现了小范围的草原,施泰因海姆嵌齿象因提前适应吃草而得以生存。
为更好地适应吃草生活,它们的牙齿不断进化,齿冠变高,釉质齿板排列更密集,形成了巨大而耐磨损的磨盘般臼齿结构,提高了对食物的消化效率,从而存活了下来,成为现代象类的祖先。
胃容物:
饮食的“直接密码”
胃容物就像是古生物饮食的直接密码,能让我们确切知晓古生物在死亡前的最后一餐。通过分析胃容物中的植物种子、果实、叶子、昆虫、小型动物等,可以确定古生物的食性——若胃容物中主要为植物材料,该古生物可能是草食性动物;若含有大量动物骨骼和毛发,则很可能是肉食性动物。胃容物还能提供古生物生存环境的信息,例如发现特定地区的植物种子,就能推断古生物曾生活在那个地区。
古鸟胃容物(图源:《知识就是力量》杂志)
热河鸟与它的木兰叶美食
热河鸟生活在距今约1.2亿年前,是除始祖鸟之外和鸟类祖先最接近的一个支系,2002年,由我国古生物学家发现并以其原始的尾巴和化石产地命名。
热河鸟有着灵敏的嗅觉,白天外出觅食,晚上回巢休息,体型与野鸡十分接近。不同于有着一口锋利牙齿的恐龙,它们只有几个小小的牙齿;也不同于现在的鸟类,它们拥有一条像恐龙一样的、由20多节骨质尾椎所组成的尾巴。
但热河鸟究竟在食用哪种植物呢?答案藏在热河鸟的胃容物中:科研人员利用植硅体分析、X射线、CT扫描、扫描电子显微镜、几何形态分析等手段,证实热河鸟的胃容物中保留了来自木兰类叶子的植硅体。
粪便化石:
消化系统的“最终谜底”
提到粪便化石,很多人首先会联想到不好的气味。但经过漫长的地质历史时期,粪便化石中的有机物质已经被矿物逐渐替代,并且在石化过程中,那些会产生臭味的挥发性物质早已消失殆尽。所以,当科研人员发现和研究粪便化石时,通常不会闻到臭味。粪便化石虽然看起来不太美观,却是古生物消化系统的终极产物,蕴含着丰富的信息。
粪便化石(图源:《知识就是力量》杂志)
通过分析粪便化石的形状、大小、成分等,可以推断古生物的食性和消化方式——草食性动物的粪便化石通常较大且形状规则,含有大量植物纤维;肉食性动物的粪便化石则相对较小、形状不规则,可能含有动物骨骼碎片等。
粪便化石还能反映古生物所处的生态环境,若其中发现特定的花粉或孢子,就能推断古生物生活在该植物生长的环境中。
粪便化石中的生物多样性密码
科研人员曾在河南省“许昌人”灵井遗址的鬣(liè)狗粪便化石中,发现丰富的动物毛发、骨骼碎片以及植物纤维等。通过对这些物质的分析,可以推断出鬣狗的食物来源较为广泛,既包括小型哺乳动物,也有一定比例的植物性食物。这说明,在特定的历史时期内,该地区展现出了丰富的生物多样性,各个物种编织成一张错综复杂的食物网。
“许昌人”灵井遗址
(图源:《知识就是力量》杂志)
此外,粪便化石还可能包含其他有价值的信息,如动物的健康状况、消化系统的特点等。对粪便化石的深入研究,有助于我们更加全面地认识古生物的生存状态和演化历程。
牙结石、胃容物和粪便化石以不同的方式记录着远古生命的历史片段。它们的存在,使得古生物学与考古学不再仅仅是化石的堆砌与分类,而成为一个活生生的、充满细节的故事讲述平台。通过这些“信使”,我们不仅能够了解到古生物如何生活、吃什么,甚至可以推测当时的环境状态,构建起一幅幅生动的历史画面。
撰文 | 吴妍
责任编辑 | 高琳 段阳阳
运营编辑 | 段阳阳
质量审核 | 业蕾
❖ 文章来源:《知识就是力量》杂志
《古代生物消化系统“三剑客”牙结石、
胃容物和粪便化石里的秘密》 ❖
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