记录生命历程的化石

记录生命历程的化石

什么是化石

化石(fossil)这个词，是由拉丁文fossilis演变而来，其原意是指“从地底挖出来的东西”。人们的确也是运用这个词来形容任何由地球表层挖掘出来的“石质”珍品的，无论其为植物、动物或矿物。现在，随着古生物材料的积累和古生物学的产生和发展，化石这个词当名词用的时候，只限于指保存在岩层中的地质历史时期的生物遗骸和遗迹了。也就是说，化石必须具有生物属性或能反映生物的生活活动，而那些保存在岩层中的矿质结核、漂亮的卵石，由于它们既不具备生物属性，也与生物的活动无关，因此不是化石。此外，化石还必须是保存在地质历史时期形成的岩层中的生物遗骸和遗迹，那些被埋藏在现代沉积物中的生物遗体或人类有史以来的文物都不属于化石的范畴。

人类对化石产生兴趣，可追溯到很古老的年代。但直到18世纪末，人们才开始真正以科学的眼光来从事化石的研究。

我们祖先对化石的生物属性的认识，比西方人要早一千多年。早在公元初年，东汉时的《神农本草经》中就已有龙骨的记载，认为这是龙死后留下的遗骸。南北朝时的陶弘景(456～536)已经知道琥珀中的昆虫是山松树流出来的松脂粘住昆虫后埋入土中，经过长久的地质过程形成的。唐朝中期的书法家颜真卿(708～784)在《抚州南城县麻姑山仙坛记》碑文中记载:南城县有一座麻姑山，山顶有祭坛……山东北麓有一座叫石崇观的道观。山上的巨石中还有螺蚌壳，有人认为这是过去沧海桑田的变化造成的。这说明，他已领悟到地壳沧海桑田的变迁，并能利用化石来判断当时当地的环境。北宋杰出科学家沈括(1031～1095)在《梦溪笔谈》中也提到，当时他奉命去河北赴任，沿着太行山山麓行走，山崖之间常常夹杂有螺蚌壳和像鸟蛋一样的化石，横亘在山石壁上，像一条带子。这里就是以前的海滨，可是此地离大海已经有近千里之遥了。在他看来所谓的大陆，都是由污泥沉积而成的。之后，宋代朱熹(1130～1200)在看见高山上有螺蚌壳夹杂在岩石中的情景后，得出这样的结论:这些岩石就是过去的泥土，而螺蚌则是水中的生物。低处的东西被抬升到了高处成为高山，柔软的也变得坚硬了。然而，在欧洲，虽然古希腊人对化石早已有了一些较正确的认识，但由于教会势力的长期统治，到中世纪时，一般还把化石当做造物主遗弃的废品。直到文艺复兴时期，意大利著名的艺术家兼工程师达·芬奇(1452～1519)才第一个对化石做出了正确的解释。自此之后，人们陆续发掘出大量的化石，并从生物学的角度进行了研究。在18世纪与19世纪交替之际，以化石为研究对象的古生物学已发展成为地球科学的一个重要的分支学科。

化石是怎样形成的

化石是由地质历史时期生物的遗体或其生活活动的遗迹被沉积物埋藏之后，在沉积物的压实、固结成岩的过程中，经过化石化作用形成的。

那么，是不是所有生物的遗体，或者每种生物所有的组织和器官都能成为化石呢?不是的。化石的形成和保存需要一定的条件。条件不同，所形成化石的类型也不同。

化石的形成在古生物学中称作“化石化作用”，它表明物质从生物圈向岩石圈的转移。化石化作用包括三个阶段:一是留下生物遗体或遗迹，二是这些物质的层积，三是成岩作用。必须指出，在化石化过程中，生物硬体原来的成分可能部分或全部被地下水中的矿物质所取代，或者其中稳定性较低的含氮、含氧物质经分解或升馏作用而挥发消失，仅留下了稳定性高的碳质部分。如植物的叶子化石通常是碳质的薄膜。由于化石的形成和保存需要苛刻的条件，因此，保存在岩层中的化石，实际上只是当时生存生物的非常少的一部分(大大低于1%，这就是化石生物史记录的不完备性。尽管如此，我们仍可通过化石的研究，揭示不同地质历史时期生物界的概貌。

忠实记录生物史的信史

我国有文字的历史已经有3600年。商周时期是我国最早有文字记载的历史时期。从此历代的政治、经济、文化状况，都以文字形式记入了史册。要想了解我国古代社会的发展和不同历史时期的情况，查阅史书是非常重要的。而我国文明的连续性和史书记载的不间断性，正是我国历史更加可靠的重要原因之一。

地球的历史比人类社会史漫长得多，迄今已有45亿多年了。根据地质演化和生物进化，地球历史学家将地球的历史划分为太古代、元古代、古生代、中生代、新生代等各个地质年代。地球上的生物比地球的历史短，只有35亿年。生物界的发展，历经上述各个地质时代，一直延续至今。怎样才能了解不同地质时代生物界的情况呢?惟一的办法是研究保存在不同地质时代形成的沉积岩层中的古生物化石。

我们已经知道，像现在我们看见的各种植物和动物都有或长或短的寿命一样，古代的植物和动物也是有寿命的。除生物个体有寿命外，各种植物和动物的物种也有寿命，只不过物种的寿命比个体的寿命长得多罢了。比如，人的寿命一般为70～80岁。最多也不过150岁，但人种的寿命已有300多万年了。地球上的生物史，实际上是旧的物种先后灭绝，新的物种相继诞生的历史。旧物种的个体死亡之后，它们的遗体被沉积埋藏。在压实和固结成岩的过程中、经化石化作用，形成化石，保存至今。这样，地球上各地质历史时代生物类群及其生活活动的情况，就以化石这种特殊“文字”记录在沉积岩层这部巨厚的“史册”中了。如果你想了解某个地质时代生物界的概况，只要对从该地质时代形成的岩层中发掘出的化石进行研究就可以了。当然，了解地球上的生物史比了解人类社会史要难得多，因为沉积地层这本“书”有成千上万米厚，要想翻阅它，可不是一件容易的事。

18世纪末，英国工程师史密斯在参加开凿运河测量工作时，首先“翻阅”了英国中生代的沉积地层，发现不同时代形成的岩层中所保存的古生物化石有明显差别。他认为，保存有相同化石(尤其是标准化石)的岩层形成于相同的地质时代，可以进行对比。他的这一重要发现和认识，开创了运用地层中保存的化石进行地层的划分、对比和确定其相对地质年代的生物地层学研究方法，为地层学中地质年代表的建立奠定了科学基础。那么，什么是标准化石?标准化石是指生活在特定的地质历史时期，能用来确定其所在地层地质时代的化石。比如，在对笔石属中，“双分对笔石”仅限于奥陶纪早期形成的地层，而“良好对笔石”则只发现于奥陶纪中期形成的地层。当在你所研究的地层中保存有“双分对笔石”时，那就可以确定该地是距今约4.7亿年前的奥陶纪早期形成的。如果在你所研究的地层发现的是“良好对笔石”，那它所反映的地质时代就是奥陶纪中期了。因此，可以把“双分对笔石”当做划分奥陶纪早期地层的标准化石，而把“良好对笔石”作为确定奥陶纪中期地层的依据。

鱼类化石

当然，不是保存在地层中的所有化石都能选作标准化石，作为标准化石，必须具备下列条件:①应当是演化速度快，在地球上生存时间短的动、植物种类的化石;②必须是在岩层里有足够数量，通过正常努力能被发现并容易采集和鉴定的化石;③必须是地理分布广，以便根据它建立的化石带能广泛应用的化石。由此看来，选作标准化石的条件还是比较苛刻的。笔石、三叶虫、角石和菊石都有一部分可作为标准化石。在陆相地层研究中，由于高等植物的孢子、花粉可以随风远播各地，故它们的化石常常可以提供全球性的生物时间带，因而也被选作标准化石。

经过各国地层学家和古生物学家几代人的努力，现已经基本上了解了各地质时代生物界概况，建立了地质年代表。从地质年代表中可以看出:不同地质时代的生物界有其明显特征，距现今的时代愈久远，生物愈原始，反之愈接近现代生物的面貌。在距今6亿年以前的前寒武纪海洋中的生物，主要是菌类和藻类，即使有了一些多细胞动物，那也是一些不具坚硬外壳的种类。