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缅甸琥珀:灭绝物种“博物馆”

2019-07-04 07:43 来源:科技日报

  琥珀中的雏鸟爪子

  琥珀中的恐龙尾巴  受访者供图

  一篇有关缅甸琥珀化石的专访近日登上《科学》杂志封面。文章报道了中国科学家从缅甸矿区和珠宝市场抢救化石进行研究的故事。

  事实上,近年来,国内外关于琥珀研究的成果层出不穷。琥珀为何备受古生物学家青睐,缅甸的琥珀又为什么能成为科研人员的香饽饽?记者就此采访了相关专家。

  穿越2000万年至3亿年的“时光胶囊”

  琥珀是2000万年至3亿年前的针叶树等多种树木所分泌出来的树脂,经过地壳的变动而深埋在地下,逐渐演化而成的一种树脂化石。包裹着各类古生物的琥珀化石,一直是古生物学家倍加珍视的“时光胶囊”,具有重要的研究价值。

  中国地质大学(北京)副教授邢立达说,琥珀是一种树脂化石,当黏稠的树液形成时可将一些动物和植物包裹其中,其历史可追溯至上千万年前。这些神秘的琥珀将揭晓远古时代令人惊异的场景,它仿佛是“时空定时器”,能将上千万年前某一瞬间定格保存下来,让人们透过这种神秘的化石洞悉远古秘密。琥珀的科研价值主要体现在对史前古生物学的研究等方面,包括动物、植物和同时代的古环境等等。例如,通过对琥珀中昆虫的研究,科学家们能够了解生存于远古不同时期昆虫化石群落的面貌和当时的生存环境,研究昆虫群落的生活习性与不同的物种。

  邢立达说,最早的昆虫化石发现于距今3亿多年的泥盆纪中期。但无论是泥盆纪还是古生代和中生代的陆相沉积中,昆虫化石在受到沉积物的压力和地球内部的温度影响后,只剩下几丁质外壳。这些生物远不如琥珀中的昆虫和植物保存得那么完好。

  科学家们都从琥珀里找到哪些宝贝?邢立达说,从某种程度上讲,从树木上渗出的树液就像一种微型沥青,一旦动物置身其中,就没有逃脱的可能性。琥珀领域诞生了成百上千的科学论文。科学家们在琥珀中发现了各种蜥蜴、鸟类、昆虫、蜘蛛等数不清的陆生动物,甚至还有螃蟹或蝾螈等水生动物。

  邢立达发表的文章里面,有关白垩纪的脊椎动物数量惊人:在琥珀里面发现保存了97节椎骨的一段幼蛇、大约2厘米大的蛙类、还残留有血红蛋白的带羽毛的恐龙尾巴,多个不同发育阶段的古鸟等等。

  其中最著名的是“缅甸晓蛇”。2018年7月,邢立达及合作者在对琥珀的研究中,首次发现蛇类标本,这条有0.99亿年高龄的缅甸晓蛇,向世界揭示了一个前所未知的新物种。同时,这也是全世界首次在琥珀中发现新生蛇,将它“冻龄”的琥珀还表明古代蛇类曾在海洋边缘的森林中生活过。

  缅甸晓蛇的意义又远不止演化地位这么简单。琥珀里的昆虫、虫粪以及植物残片说明,缅甸晓蛇曾生活在森林环境中。回顾同时代的蛇类化石出土环境就会发现,当时绝大部分蛇类都是水生的。可以说,它是人类目前明确已知的,唯一一种生活在陆生森林的中生代蛇类。

  好琥珀哪里找?到缅甸去

  正如《科学》杂志所说,缅甸是琥珀研究者的宝地。

  邢立达解释说,缅甸琥珀之所以能成为极好的研究对象,是因为其特殊的地质条件及形成年代久远。“那里曾经是一片热带丛林,树木粗壮,分泌的树脂特别丰富,粘住了很多小动物。最重要的是,这里的琥珀形成于约9900万年前,保留了白垩纪中期生物的珍贵记录。这是大多数琥珀产区不具备的优势。”邢立达说,而比缅甸琥珀产区年代更为久远的西班牙、黎巴嫩等产区,则要么产量很低,要么琥珀的品质不好。

  缅甸琥珀含有丰富的包裹体,主要有脊椎动物、昆虫、植物、菌类、土壤等。缅甸琥珀是世界上最著名的白垩纪琥珀,蕴藏着目前已知最丰富的白垩纪生物群。缅甸琥珀形成年代比较久远,产出了不少价值很高的虫珀,里面的昆虫大多很完好,而且是那些已经灭绝品种。

  近几十年里,科学家共在当地琥珀中发现500多个无脊椎动物、脊椎动物、植物和真菌。据《科学》杂志报道,仅2018年,科学家就在缅甸琥珀中发现了321种保存完好的古生物新物种,这一年的发现就已经占到目前总发现数(1195种)的四分之一。

  有人说,在缅甸琥珀中发现的古生物多样性,没准会超过以前化石发现中的恐龙数量的总和。“你可能觉得难以置信,不过事实的确如此。”加拿大阿尔伯特大学的古生物学家菲利普·柯里说。

  最新的消息是,中国科学院南京地质古生物研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队,在一枚保留有多种化石类群的缅甸琥珀中,发现了水生动物菊石。这是古生物学家初次在琥珀中发现菊石,为揭秘亿年前热带海滨生态情况打开了新的窗口。

  但是,受战乱影响,再加上当地开掘技术相对落后,缅甸胡康河谷这一产区的琥珀产量近年来严重下滑。此外,商业行为也在大量消耗那些极具科学价值的琥珀。由于市场更加偏爱质地纯净的琥珀,包含内容物的部分往往被切割下来,成为边角料。有些地区会把这些边角料磨成粉末,添加进线香等产品;甚至切割成更小的颗粒,填充在枕头里,据说有保健作用。

  邢立达说,如何保护琥珀,保护这些陈列着灭绝物种的“博物馆”,是一个需要全人类共同面对的问题。这也正是《科学》杂志封面报道的主旨所在。

  高科技加持 看清琥珀内动物标本

  虽然小小的琥珀中藏着久远的历史,但要想搞清楚其中的秘密也非易事。科学家们都是用什么方法来一探究竟?

  在轰动一时的世界首枚恐龙琥珀的研究中,邢立达团队为了明确这段尾巴是古鸟还是恐龙留下的,利用了高分辨率显微断层扫描技术(显微CT)对该琥珀中的动物进行了分析,获得了包含椎体结构等的高精度三维重建图像。

  确实,科学家们为了在不破坏琥珀形态的情况下观察内部标本,用上了各种高科技手段。一些研究人员开始采用同步辐射成像法,比如利用高密度X射线照射标本内的化学元素,使之能散发出特殊波长的荧光。此外,还可以通过共轭焦雷射显微镜,可以让标本内部的细小结构成像。

  邢立达团队及合作者在此前研究琥珀中的古鸟等脊椎动物时,除了显微CT,还用了多种无损成像和分析手段来研究它,比如北京同步辐射装置(BSRF)的硬X射线相衬CT、X射线荧光成像和X射线近边吸收谱、上海同步辐射装置的硬X射线相衬CT等都派上了用场。他们通过对CT数据的重建、分割和融合,无损得到了隐藏在羽毛、皮肉内部的动物骨骼的高清3D形态。

(责任编辑:王蔚)

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