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这种亿万年不消失的神奇物质,让我们得到一份恐龙食谱

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出品公众号:“SELF格致论道讲坛”(ID:SELFtalks),作者:吴妍,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所。封面:pixabay


“我们如何才能更加深入地知道恐龙究竟吃了什么?有什么物质能够历经亿万年,至今仍然携带很多植物的信息呢?”


一提到恐龙,大家会想到我们非常熟悉的霸王龙。霸王龙是非常凶残而又致命的恐龙。


霸王龙张开血盆大口里有非常巨大而尖锐的牙齿,一看就不是什么善茬儿,所以霸王龙是恐龙世界里的“暴君”。


芝加哥博物馆里保存的标本“霸王苏”


我们对霸王龙是又怕又爱,在芝加哥自然历史博物馆就保存着一个名叫霸王苏的霸王龙标本,它推特上的粉丝有4万多,受欢迎程度可想而知。


吃肉还是吃素


我的工作主要关注古动物吃什么,特别是恐龙吃什么。有吃肉的也有吃素的恐龙,吃肉的恐龙我们叫肉食性恐龙,其中最具代表性的就是霸王龙了。


很多恐龙吃素,不过吃素的恐龙看上去一点也不柔弱,甚至可以说非常庞大。



中国古动物馆的门厅就可以看到一个庞然大物——马门溪龙。马门溪龙的长脖子,可以吃到嫩枝、嫩叶,也可以抵御天敌。


它跟长颈鹿比谁的脖子长?那长颈鹿肯定是惨败的。马门溪龙的脖子有14米长,相当于四五层楼这么高,不愧是世界上脖子最长的恐龙。所以它也被称为“亚洲第一龙”,但是马门溪龙是典型的植食性恐龙。


科学家是如何知道哪些恐龙吃肉,哪些恐龙吃素的呢?


主要有两种办法,一种是观察恐龙的粪化石。什么是粪化石?就是粪便化石,它是我们科学家的宝贝。粪便化石告诉我们动物曾经吃了什么、当时的环境信息。但是,粪便化石通常很难保存,也很难发现。


第二种方法是牙齿,从牙齿化石当中寻找答案。


牙齿的大小、排列方式,牙齿上的微痕、划痕,甚至牙齿上的缺口,从它的磨损程度得出古动物到底吃了什么等信息。


霸王龙


上图凶残致命的霸王龙,非常锋利的牙齿上还带有像牛排刀一样的锯齿。


但是大型蜥脚类恐龙的牙齿很少,所以很难咀嚼,于是它们就先把植物撕下来,留给庞大的身躯慢慢地咀嚼。


三角龙


如图,三角龙颚部前端具有纵深、狭窄的喙状嘴,它的牙齿长在后面,所以它用喙把植物撕下来以后,再用牙齿慢慢地消化。


恐龙具体吃了什么


除了知道恐龙是吃肉的还是吃素的,我们还想知道更多的信息。比如,对于植食性恐龙来说,我们想知道它具体吃的是哪种植物,是哪一科,哪一属,哪一种的植物。


恐龙吃哪一科植物


我们如何才能更加深入地知道恐龙究竟吃了什么?有什么物质能够历经亿万年,至今仍然携带很多植物的信息呢?


植硅体


植硅体,一种微体植物化石,是指某些高等植物从地下水中吸取可溶性的二氧化硅,而后沉淀于植物细胞内外的非晶态二氧化硅。


植硅体具有一些独特的特性,耐酸、耐高温、抗风化、分布广,它的分布可以从冰川、海洋到黄土,从大气到牙齿残留物或是排泄物。


凡是有植被的地方,从湖泊到海洋,从高山到平原,都可能有植硅体的存在。植硅体在大自然中分布非常广泛,它通过多种方式,从有机质当中释放出来。比如,植物死亡或者腐烂,动物的粪便,大火,植硅体都有可能释放到环境当中。


不同形态的植硅体


最重要的是不同的植物会产生不同的植硅体组合和独特的形态。植硅体有扇形、十字形、哑铃形,通过这些形态就可以推断它是什么样的植物。


陕北榆林地区遗址


图中是陕北榆林地区的一个遗址,当时考古人员正在清理墓葬,我观察到这个墓葬上面有红色和黑色的残留物。黑色和红色的残留物是什么?为什么会在墓主人身上?


我们通过拉曼光谱分析发现红色的残留物是朱砂,是一种原料;黑色的残留物分析后没有结果。


紫草科植硅体


最后,我们通过植硅体的分析方法发现了大量特殊形态的植硅体,经过对比分析,确认它来自紫草科,这种紫草科有药用价值。


古生物图


既然植硅体有非常强烈的指示性和稳定性,我们能否把它应用到古生物特别是恐龙的身上呢?


马鬃龙身上提取到植硅体


经过我们多次尝试,最终在马鬃龙身上提取到了植硅体。


马鬃山


马鬃龙来自荒凉的马鬃山。古生物学家在这个地方进行了大量的发掘,发现了很多化石,其中一类恐龙就被古生物学家尤海鲁老师命名为马鬃龙。


马鬃龙化石和复原图


这张图上面是马鬃龙的化石,下面是马鬃龙化石的复原图。



一种非常原始的鸭嘴龙类恐龙


因为它是非常原始的鸭嘴龙类,这就预示着亚洲是鸭嘴龙的起源地,而且马鬃龙是从禽龙直接进化来的。


马鬃龙大小


根据化石推算,马鬃龙体长7米,高2米,体重2.5吨,相当于一辆大货车。马鬃龙身体强壮,它的牙齿也比较坚硬,可以咀嚼比较坚硬的植物。


它平时是用四肢来行走,当遇到危险的时候,它就会像人一样用两条腿来奔跑,所以它是一种非常奇特的恐龙。


疑似马鬃龙“牙结石”


我们在马鬃龙的牙齿上面发现了疑似“牙结石”的东西。


用酒精和丙酮彻底清洁后的恐龙牙齿


对恐龙牙齿进行认真清洁以后露出一层米黄色物质,我们把它叫做特殊牙齿结构,从这上面提取出了表皮细胞和植硅体。


马鬃龙特殊牙齿结构发现


这就是我们提取到的植硅体和表皮细胞的特征。大家可能会有这样的疑虑,就是如何能确定这就是恐龙吃剩下的残渣呢?因为经过亿万年的演化,也有可能是沉积物带来的东西。



所以我通过电子探针的对比分析方法,获取了两部分样品,一是围岩样品,二是特殊牙齿结构的样品。


通过分析发现,围岩当中的成分是火山灰形成的火山凝灰岩,而特殊牙齿结构中的成分是五氧化二磷和氧化钙。


围岩中的成分和特殊牙齿结构的成分完全不一样,也就是说,表皮细胞和植硅体不是围岩附着或侵入的结果。


短细胞对和哑铃型植硅体-禾本科


马鬃龙的食谱越来越清晰了,里面包含了表皮细胞和植硅体,这些表皮细胞和植硅体有什么特征呢?


禾本科植物的起源


我们发现表皮细胞有一个短细胞对,而植硅体当中有一些哑铃状结构,这两种特征恰恰是禾本科最基干类群所独有的特征。双重证据表明,马鬃龙可能是吃了禾本科了。


禾本科:人类最重要的农作物


我们平时吃的水稻、玉米、小麦、大麦都来自于禾本科。同时禾本科植物与制糖、酿酒、编织、建筑等息息相关。



但是禾本科的起源一直存在争议,最重要的原因是缺乏相关的证据。


之前仅有的证据表明,在印度粪化石当中发现禾本科的年代是72Ma~66Ma,也就是距今7200万年到6600万年;在缅甸琥珀当中,禾本科植物的信息是101Ma~94Ma,也就是距今9000万年左右。


发现马鬃龙食谱的秘密


而这只马鬃龙的年代是111Ma~103Ma,也就是距今一亿年左右。这只马鬃龙揭示了在一亿多年前的时候就已经有禾本科植物的存在了,这就为禾本科植物的起源提供了重要的证据。禾本科的植物与芦苇和丛生竹类有些类似,已经灭绝了。


与现今生活在巴西亚马逊热带雨林中的禾本科类柊叶竺类似的植物


跟禾本科相似的植物,是巴西亚马逊流域的柊叶竺,非常宝贵,在中国从来没有出现过。


不认识的植硅体类型:奇花异草


当然我们在这里面还发现了很多不认识的植硅体,这就说明,当时有可能存在一些我们根本不认识甚至难以想象的奇花异草。


从化石探寻动植物变迁


白垩纪晚期,鸭嘴龙类取代了蜥脚类恐龙的地位


从侏罗纪到白垩纪一直都有植食性恐龙的存在,但是白垩纪的时候,鸭嘴龙类取代了蜥脚龙类的统治地位。为什么会发生这样的变化呢?科学家得出了一种跟植物有关的推测。


早白垩世出现了被子植物,而马鬃龙的生活年代正好处于被子植物出现的关键时期,所以我们很想从马鬃龙的食谱中发现植物起源的一些信息。


当然我们还希望化石能够揭示更多的信息,比如恐龙为什么灭绝了。当然恐龙不是真正的灭绝,它后来演变成了鸟。


晚白垩世的时候,地球的主人恐龙灭绝了,但是禾本植物却活了下来,到底是什么原因呢?我们很想从化石当中揭示出这起悲剧的一些蛛丝马迹。



当然,我们还要把植硅体应用到更广阔的领域。比如用于中生代或者新生代的脊椎动物牙齿化石的研究当中,来补全当时地球上已经失去的一些生命的片断。


本文出品自“SELF格致论道讲坛”公众号(SELFtalks),转载请注明公众号出处,未经授权不得转载。

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