糞便化石別有洞天,幾百坨糞便繪出遠古食物網
2021年01月05日10:22

  來源:十點科學

  一坨糞便化石雖然不起眼,卻揭示出遠古海洋魚類錯綜複雜的捕食關係。新鮮的屎,也攜帶著關於生物體和週遭環境的豐富信息。

糞便化石在古生物學家眼中就是一座寶藏。|Paul Blow
糞便化石在古生物學家眼中就是一座寶藏。|Paul Blow

  作者|劉森 遼寧古生物博物館

  走在路上踩到一坨屎,你會怎麼辦?大概率會尖叫、跳開,大罵“Shit”!屎對我們可能不是什麼好詞,但古生物學家可不這麼想,尤其如果撿到的是一坨兩億多年前的史前屎。

  2020年10月,英國布里斯託大學的科學家就走了這樣的“狗屎運”,他們不是撿到了一坨屎,而是數百坨。通過對這些屎——現在已是化石——進行 CT 掃瞄(電子計算機斷層掃瞄),他們發現,布里斯托地區曾經乃是一個“大魚吃小魚、小魚吃蝦米”的殘酷海洋世界,揭示三疊紀晚期各種魚類之間錯綜複雜的食物網。

  詳情發表在29日的《地質學家協會會刊》。

  從糞便化石發現誰吃了誰

  動物骨骼化石記錄著生命演化的傳奇,相對來說,一坨糞便化石雖然不起眼,卻可以提供骨骼化石無法提供的獨特證據。

  對糞便化石的研究可以追溯到近200年前。當時,英國牛津大學的地質學教授威廉·巴克蘭注意到化石獵人瑪麗·安寧發現的魚龍和蛇頸龍化石,它們的腹腔中保存有許多深灰色的小石頭,裡面偶爾還夾雜著骨頭和魚鱗。巴克蘭認為,這些小石頭都是古生物糞便,並創造了 “Coprolite”(糞化石)這個詞。

地質學與古生物學家威廉·巴克蘭(左),開創了對糞便化石的研究。他研究的很多樣本來自化石獵人瑪麗·安寧(右)。|圖片來源於網絡
地質學與古生物學家威廉·巴克蘭(左),開創了對糞便化石的研究。他研究的很多樣本來自化石獵人瑪麗·安寧(右)。|圖片來源於網絡

  想知道古生物吃什麼,骨骼結構能告訴我們一些間接證據,例如,肉食動物往往有尖牙利爪,植食動物則有適合咀嚼堅韌葉片的牙齒。但若要進一步瞭解動物吃過什麼,消化物或糞化石上的殘留物才能提供更直接的證據。

  瑪麗發現的魚龍糞便化石,就透露出它的食譜里有魷魚,因為其中的黑色色素和魷魚的墨汁有相同的化學成分。最近在在美國蒙大拿州發現的距今7500萬年的鴨嘴龍糞便化石,則透露出這種生活在白堊紀時期的鳥腳類恐龍,並非人們一直以為的“素食主義者”,而是會吃甲殼類動物打牙祭,來補充蛋白質和鈣以維持骨骼和肌肉生長。

  而這次布里斯託大學的科學家們發現的幾百坨史前屎,更是揭開了其主人們之間複雜的捕食關係,一幅遠古生物的生活畫卷,彷彿鋪開在我們眼前。

  數百坨屎描繪遠古時期食物網

  研究表明,英國布里斯託大學發現的這堆史前屎,形成於兩億多年前的三疊紀晚期。曾經生活在這片海洋里的古代魚類和鯊魚,幾乎都是食肉動物,它們的糞便化石中包含各類骨骼、鱗片和牙齒。

  其中一塊微小的糞化石長度只有一釐米,卻包含有三塊骨頭:一塊是一種魚的有結節的頭骨,還有兩塊來自厚椎龍——一種小型海洋爬行動物——的尾椎骨。可以想像這坨糞便的製造者,先是吞掉了一條魚的頭部,又咬住了一隻遊過來的厚椎龍,咬掉了它的一大塊尾巴。

  頗令人驚奇的是,這些骨頭和鱗片幾乎完全沒有受損。今天的大多數吞食者,比如鯊魚、鱷魚或虎鯨,都會用胃酸把骨頭溶解掉;但這些古老的魚類,卻似乎並沒有進化出這種功能。可以想像它們排便的過程一定非常痛苦,因為其中佈滿了大塊骨頭。

  研究人員還第一次發現了一些螃蟹和龍蝦的糞化石,從而拚湊出完整的食物網:海洋爬行動物和鯊魚以小魚為食,而小魚又以更小的魚和龍蝦為食。一些動物的牙齒結構表明,它們以牡蠣和其他軟體動物為食。

 根據魚糞化石重構的海洋魚類食物網。紅色、黑色箭頭為推測,藍色表示有確定的糞化石證據。|Marie Cueille and Mike Benton
 根據魚糞化石重構的海洋魚類食物網。紅色、黑色箭頭為推測,藍色表示有確定的糞化石證據。|Marie Cueille and Mike Benton

  屎裡面有“新世界”

  對古生物學家而言,糞化石是珍貴的遠古遺蹟,在時間長河中保存下來不容易。大部分生物的屎都是柔軟的排泄物,只要經曆一番風雨就可能消失無蹤,如果不幸被其他動物踩踏,成為不朽化石的“遠大前程”也會被斷送。此外糞便中還寄居著大量微生物,持續蠶食著賸餘的有機質。

  所以想要幸運地留存下來,這坨屎往往是巧合地被埋藏到了地下,其間殘留的有機質被逐漸分解,並被外來礦物質填充,經過幾十萬甚至幾億年的時間終於凝結成化石。

  不過,糞化石固然珍貴,新鮮的屎也並非一無是處。它裡面同樣包含著豐富的信息。

  比如,野生動物的糞便中就包含著其主人的生物信息,可以幫助科學家確認動物種類。他們中的一些人,據此還把蒼蠅變成了天然的“環境勘測無人機”——它們鍾愛吃糞便和腐肉——來瞭解一個地區動物的排便和死亡情況,從而更有效地保護瀕危物種。

 黃石國家公園風光,科研人員已經利用蒼蠅在此檢測出多種哺乳動物。|來自網絡
 黃石國家公園風光,科研人員已經利用蒼蠅在此檢測出多種哺乳動物。|來自網絡

  前段時間人們發現呆萌可愛的大熊貓,竟然喜歡在糞堆裡打滾,這也與屎中的一種特殊物質有關:因為馬糞中的β-石竹烯和石竹烯氧化物,可以抑製大熊貓身體里的冷覺感受器,鈍化對寒冷的感知,從而幫助熊貓禦寒。

  而屎也是我們人體的健康指標,它的顏色、氣味、形態都記錄著我們之前的飲食狀況,也映照著腸道內的環境,因為糞便的固體物大部分是從腸道脫落的細胞和死掉的細菌。糞便中檢測到紅細胞,可能預示著結腸炎等病症;檢測到巨噬細胞,則可能意味著有直腸炎的風險。

  儘管“屎”總是亂糟糟臭烘烘,讓人避之不及,但它裡面確實可能別有風光。剛剛過去的2020年,我們就沒少罵“shit”,但,誰說得清呢?也許,它是一個警示。所有磨難,都是美好明天的鋪墊。

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