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你知道吗古生物的粪便也具有很好的价值

2020-12-04 10:11:15来源：科普中国

说起化石，很多人第一时间会想到恐龙骨骼化石，因为足够震撼。而“重口味”的我，决定和你们聊聊古生物的排泄物——粪便化石，以及如何制作属于自己的粪化石。

谁邂逅了第一坨粪便化石?

如果你是一个恐龙迷，想必不会对威廉·巴克兰(William Buckland)感到陌生，因为他描述和命名了第一只恐龙，是最早研究恐龙的科学家之一。但是，你未必知晓巴克兰的另一重要身份——“初代粪便化石猎人”。

1821年，巴克兰在调查英格兰北约克郡的一个史前鬣狗洞穴时，发现遍地的鬣狗骨骼和牙齿化石之间，还散落着一些白色小球，怀疑是鬣狗的粪便化石。

为了证实这个猜想，巴克兰跑去动物园里观察非洲斑点鬣狗的粪便。由于现代鬣狗十分喜欢食用其它动物的骨骼，摄入过多的钙和磷，导致粪便呈现白色，恰好洞穴中的白色小球主要化学成分也是磷酸钙。

于是，巴克兰发表论文并获得皇家学会科普利奖章，科学地邂逅了第一坨粪便化石。

从史前鬣狗洞出来后，巴克兰又把目光投向海滨小镇莱姆里吉斯。

这儿的海岸线埋藏着大量侏罗纪时期的海洋生物化石，著名的化石收藏家玛丽·安宁在此发现了第一具完整的鱼龙和蛇颈龙化石，并注意到它们的腹腔保存有许多深灰色的小石头，石头里偶尔还会夹杂着骨头和鱼鳞。

尽管小石头被当地人称之为“牛黄石”，并在16世纪曾被广泛用作解毒剂，但在玛丽·安宁的研究基础上，巴克兰认为鱼龙腹部的小石头其实都是粪便，不久后他创立了一个词“Coprolite”(粪化石)，将所有远古粪便纳入其中。

从此，粪化石的研究领域大门正式开启。

粪化石的形状千奇百怪，因为在这个世界上，没有谁能够拉出完全相同的两坨粪便。而且正常的粪便都比较柔软、易碎，在埋藏过程中会再次发生变形，甚至遭到食粪动物的破坏和风吹雨打的洗礼，从而出现球形、卵形、锥形、雪茄形、不规则形等等。其中，最令巴克兰着迷的莫过于螺旋状粪化石。

关于螺旋状粪化石的成因，巴克兰认为是食物残渣会经过一段螺旋形的肠道，渐渐形成带有螺旋纹的粪便，并以这一形态排泄出体外，最终被埋藏形成化石。

这一观点并非异想天开，因为现生鲨鱼、肺鱼、银鲛、鲟类的肠道就有这样的结构：回肠内的粘膜层排列成螺旋瓣，就像一个螺旋楼梯。

当食物兴冲冲来到螺旋瓣后，一圈又一圈的结构不仅可以延缓食物的移动速度，还能增加肠道内的消化面积，让鱼儿们更充分地吸收营养。

乐于动手的巴克兰哪能放过这些活生生的例子，他直接往鲨鱼的肠道内注射一种能够快速凝固的水泥，最终成功复制出水泥版的螺旋粪便。

在捣鼓粪化石研究的同时，巴克兰还给自己定制了一张“粪化石桌”，桌面嵌满经过抛光打磨的鱼粪化石，用来招待晚宴肯定别有一番风味。

粪化石有什么用?

一块动物骨骼化石，能让我们真真切切地感受远古生命的不可思议，这是一坨粪化石无法比拟的，那为何巴克兰沉迷于其中?

因为粪化石能够提供“另类”的古生物信息呀。

以螺旋状粪化石为例，它可以直接反映排泄者的消化道内部结构，表明古代鱼类的肠道也有螺旋瓣，有利于吸收营养物质;也能作为鱼类分类的依据，因为粪化石表面的螺旋纹与肠道内螺旋瓣的数量、疏密程度有关，比如现代鲨鱼肠道的螺旋瓣很密集，肺鱼次之，软骨硬鳞鱼类则很稀疏;还能反映排泄者的体型上限，比如螺旋纹数量<5圈的粪化石，排泄者体长上限为1～2米。

就像你吃了金针菇一样，粪化石也含有未被消化的食物残渣，如骨骼、牙齿、鳞片、植物以及微生物等等，这些都能够反映古生物的猎物选择行为、食物偏好以及消化方式等相关生理学。

简单来说，就是重建古生物的食谱。

巴克兰在莱姆里吉斯海岸收集的鱼龙粪化石，除了包含鱼鳞、鱼骨以及小型鱼龙骨骼外，还有一些乌漆麻黑的粪化石。

后来经过分析，粪化石中的黑色色素和鱿鱼等软体动物的墨汁具有相同的化学成分，从而知道鱼龙的食谱里还有鱿鱼。这是否让你想起了红心火龙果的“折磨”?

当拥有足够多的粪化石时，还可以重建古生态系统的食物网。

这幅1830年的水彩画，展现了侏罗纪时期的莱姆里吉斯海岸，主要基于威廉·巴克兰的科学研究和玛丽·安宁收集的化石，是重建古代生态系统的第一次尝试。

不信你看，蛇颈龙和鱼龙互相厮打的同时，还在悄悄拉屎——蛇颈龙腹下的椭圆状物体就是粪便。

受时代的局限性，食物网的第一次重建并不完善。

今天，我们已经可以采用新的科学技术，来窥探粪便里的世界。

2020年10月，英国布里斯托大学的科学家对成千上百坨粪化石进行CT扫描，识别出各类骨骼、鳞片和牙齿，重建了布里斯托地区两亿多年前的浅海食物网：海洋爬行动物和鲨鱼吃小鱼，小鱼吃更小的鱼和龙虾，鱼龙甚至可能还会啃生蚝。

CT扫描结果还显示，各种粪化石内部的骨骼和鳞片几乎没有损坏，这意味着史前海洋动物的消化能力欠佳，无法像现代大多数食肉动物一样溶解骨头，只能硬着头皮，努力把骨头拉出体外。

最有意思的是，一厘米长的鲨鱼粪化石竟混合着三块骨头，一块来自鱼类的头骨，另外两块来自小型海洋爬行动物的尾椎。