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牙形石-世界上最重要的化石之一

作者:admin 发布时间:2020-08-19 09:46
        化石是存留在古代地层中的古生物遗体、遗物或遗迹。
        通过研究化石,地质学家和古生物学家们可以逐渐认识遥远的过去生物的形态、结构、类别,还可以恢复漫长的地质历史时期各个阶段地球的生态环境。
        恐龙、三叶虫、菊石......尽管这些生物形成的化石闻名于世界,但实际上,地球上最丰富的化石种类,数以百万计的标本,却来自于大多数人从未听说过的东西。
        几十年来,它们的身份对科学家来说一直是个谜。这就是今天将要介绍的—牙形石(Conodonts)。
   
        从19世纪首次发现牙形石开始,一直到20世纪80年代,人们只知道它是古代动物遗体所残留下来的孤立的坚硬部分。
        它们有些看起来像小扇子、锯片,甚至带刺的铁丝网,但大多数看起来像锥形的牙齿。因此,被命名为“conodont”,意思是“锥形齿”。这些化石都非常微小,大多数都在1毫米以下。
牙形石大小(选自桔灯勘探微信公众号)

        在很长一段时间里,古生物学家们完全不知道这些东西属于什么动物,也不知道它们应该位于生命演化树上的什么位置。
生命树(选自桔灯勘探微信公众号)
        一些人指出,这些化石是由一种叫做羟基磷灰石的矿物构成的,而正是这种矿物构成了脊椎动物骨骼和牙齿。因此,这让许多科学家开始认为它们是牙齿,可能来自于某种奇怪的、已经灭绝的鱼。
        当古生物学家花了一百年左右的时间来争论牙形石是什么的时候,地质学家却发现了牙形石能够做什么。
        当一个物种数量丰富、分布广泛、与众不同,并且在有限的时间内被发现时,它们的遗骸可以作为标准化石(Index fossils)。这些标准化石会帮助地质学家关联和确定世界各地岩石层的年代,而牙形石正是来自于这些丰富、广泛且独特物种的遗骸。因此,它们成为了整个古生代最重要的标准化石。
        事实上,古生代的许多次划分实际上是由某些牙形石类化石首次或最后出现的时间来确定的。
Siphonodella sulcata牙形石指示泥盆纪的结束和石炭纪的开始
 
        例如,我们通过发现一种被称为Siphonodella sulcata的牙形石类化石,确定了泥盆纪在什么时间结束和石炭纪在什么时间开始。
牙形石指示三叠纪的分期
 
        同样,在中生代的三叠纪,几乎每一个时期都是由各种牙形石的首次出现来定义的。Metapolygnathus parvus的消失标志着卡尼期(Carnian)的结束;而genus Misikella的首次出现,标志了瑞替期(Rhaetian)的到来。
然而,牙形石的功能并不止这些,它们本质上还是地质温度计。
 
        事实证明,当牙形石被加热时,它们的颜色会发生改变。不管属于哪一类,它们在相同的温度下都会经历相同的颜色变化范围。
        地质学家们利用这些化石设计出了一个表格,来描述它们是如何随着气温上升,从自然的棕褐色变成棕色、然后是灰色、黑色,最后变成白色的。有了这个名为牙形石色变指数(CAI)的标度,地质学家就可以利用他们找到的牙形石的颜色来判断出围岩曾经有多热。
牙形石颜色变化表 (Modified from Epstein, A.G., Epstein, J.B., Harris, L.D., 1977. Conodont color alteration; an index to organic metamorphism. United States Geological Survey Professional Paper 995, 27.)

        这在石油地质学等领域非常重要,因为它可以揭示沉积物是否曾经热到足以使有机烃类转化为石油和天然气,而牙形石自然也就成为地质学家的“工具箱中最方便的工具之一”。
        与此同时,古生物学家仍未确定牙形石究竟是什么动物。
        20世纪70年代,人们在美国蒙大拿州发现了一些类似鱼类的生物化石,这些生物被认为是牙形石类动物。但进一步的研究表明,这些化石中发现的牙形石实际上存在于动物的内脏中,也就是说,它们并不是牙形石类动物,而是以牙形石类动物为食的捕食者。
        这个谜团一直持续到1983年,一些奇特的化石在苏格兰3.5亿年的沉积物中被发现。
类似鱼类的化石(选自:THE UNIVERSITY OF MONTANA PALEONTOLOGY CENTER)
 
        这些化石完美地保存了动物们当初的模样:长着像鳗鱼一样的身体,尾鳍,背上有一根硬的棒状结构,还有大大的鼓出的眼睛。这些美丽的标本使科学家们终于断定:牙形石类动物原来是一种鱼类。
脊索动物
 
        这些化石显示了独特的、锯齿状的肌肉(被称为myomeres),现今仍然存在于鱼类中,而化石中动物背上的杆状体是脊索,是脊椎动物脊柱的早期前体。这些特征——myomeres(脊索动物中常见的骨骼肌组织块)和notochords(脊索)——只在脊索动物中被发现。
        这些化石还显示了这种微小的、牙齿状的牙形石集中分布在动物的嘴巴和喉咙中,像倒刺一样,排列复杂无章。一些专家认为,这些倒刺状的牙形石可能有助于抓住和切割猎物,也有人认为它们被用来过滤水中的浮游生物。
        总而言之,牙形石究竟是什么的问题终于得到了解决,像现代的七鳃鳗和盲鳗一样,牙形石鱼也是一种无颔鱼,它们是最早也是最成功的脊椎动物群体之一。
        古生代期间,它们在世界各地繁衍生息,一些像现代沙丁鱼一样生活在开阔的海洋中,而另一些则生活在更靠近海岸的地方。
        在它们的整个历史中,牙形石鱼受到几次大灭绝的影响,包括2.52亿年前二叠纪末期的大灭绝,但直到2亿年前的三叠纪-侏罗纪大灭绝,它们才最终灭绝。
        二氧化碳的迅速增加导致气候变暖,而海洋中的酸度、盐度和氧气水平都开始发生变化。牙形石鱼的灭绝结束了其作为世界海洋群落基石的近3亿年历史。但它们的遗骸最终成为整个古生代最重要的化石之一。
        牙形石帮助地质学家发现石油,并使他们可以深入研究海洋的演化,同时让古生物学家了解了一种全新的动物生活。牙形石动物存活的如此成功和令人难以置信的丰富,令牙形石成为了世界上最有用的化石之一.
 

摘自 桔灯勘探微信公众号

参考资料:
Briggs DEG, Clarkson ENK, Aldridge, RL. 1983. The conodont animal. Lethaia 16: 1-14.
Purnell MA, Donoghue PC. 1997. Architecture and functional morphology of the skeletal apparatus of ozarkodinid conodonts. Philosophical Transations of the Royal Society B 352: 1545-1564.
Goudemand N, Orchard MJ, Urdy S, Bucher H, Tafforeau P. 2011. Synchotron-aided reconstruction of the conodont feeding apparatus and implications for the mouth of the first vertebrates. PNAS 108(21): 8720-8724.
Bell, Alexandra. "Jawless Vertebrate had world's sharpest teeth." Nature. N.p., 14 Mar 2012. Web. 14 Apr 2013.
United States Geological Survey;Palaeontologia Electronica;University of Iowa Paleozoic Earth History Group;University of New England;波兰地质研究所地质博物馆;维基百科;百度百科等。
 
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