挑战进化论的化石猎人

行者档案

童金南，中国地质大学（武汉）地球科学学院教授，长期从事古生物学教学和化石研究，潜心钻研18年，成功协助申报地质历史上约2.5亿年前古生代和中生代分界的“金钉子”。

化石里的十万个为什么

古生物科学本身也有许多谜题，需要探索的东西很多。比如，以前我们看到的化石都是宏观上的，生物得有骨骼才能形成化石，没有骨骼化石就很难成型。但是随着研究的深入，我们发现没有骨骼的化石也能保存下来，如澄江动物群、埃迪卡拉动物群，有很多化石都是没有骨骼的。做了将近40年的研究，我仍然感觉自己只是触及到了古生物科学的皮毛，古生物化石里蕴藏了太多故事，地球上的生命太过复杂。

我的老师——古生物学家殷鸿福院士曾带着我研究距今大约2.5亿年前的二叠纪—三叠纪之交，也就是古生代与中生代之交的生物大灭绝，那是地质历史上5次大型灭绝事件之首，其毁灭性远远超过6500万年前那次杀死了恐龙的生物大灭绝，因此被称为“大灭绝之母”（Mother of mass extinctions）。这次大灭绝事件不仅导致海洋中90%以上的物种消失，也杀灭了陆地70%以上的物种，彻底摧毁了古生代繁荣于地球上2亿多年的海陆生态系统，从而为当代生物多样性的发展和现代型生态系统结构的诞生开辟了空间。然而，这次大灭绝后地球生物的复苏和生态系统的重建也花费了数百万年时间。是什么原因导致了此次生物灭绝？又是什么原因使得海、陆环境中所剩无几的生物得以复苏，并形成空前繁荣的新的生物圈？我们一直在寻找证据，我的学生们也先后加入这一探索领域。

有一个大众比较熟知的说法是，外星撞击导致了大灭绝。比如6500万年前的恐龙灭绝事件，研究人员找到了当时铱元素异常的证据——地壳内铱元素的含量非常低，但在那个时代的岩石中铱元素一下子高出了几百倍、几千倍，因此被认为是来自地外因素的影响，而且也有学者在墨西哥湾地区找到了相应的陨石坑。但是，迄今为止，在二叠纪—三叠纪之交还没有找到令人信服的陨石撞击的证据。于是我们调整思路，从化石记录本身出发来寻找答案。我们通过对大灭绝前后形成的岩层中的化石记录进行连续采样分析，发现这次大灭绝事件具有两幕式的特点，即它是由两次时间间隔不长的大灭绝事件组成。如果是地外事件导致生物灭绝的话，应该是一次性的才对，这就从侧面证明了此次灭绝的原因并非地外事件，而是源于地球内部因素。

不过，即使是地内事件导致了大灭绝，对其成因也是众说纷纭。其中，全球大洋缺氧是得到较多证据支持的一种假说。我们研究小组的博士研究生孙亚东重点从事相关研究，他的目标是通过化石来确定2.5亿年前海水的温度，这个研究乍一听的确有点匪夷所思。孙亚东的做法是分析牙形石的氧同位素数据，这项研究前后历经5年，工作量巨大，仅处理分析过的岩石样品就超过10吨，最终选出了近万枚牙形石个体，并在德国爱尔兰根—纽伦堡大学的实验室中进行了氧同位素的测定，以此为基础构建了华南二叠纪—三叠纪之交及早三叠世完整的海水温度变化曲线，证明二叠纪末期曾发生快速的升温事件，升温幅度近10℃，并且海水在早三叠世一直处于较高温度状态，极高温时期赤道海水的温度超过38℃。如此高温必然导致海水大规模缺氧，尤其陆架地区的缺氧会导致大部分生物无法生存，相继灭绝。相关论文在全球顶尖杂志Science上发表。此后，我的学生宋海军也对这一时期牙形石的微量元素进行分析，进一步论证了当时的广泛、多期次大洋缺氧事件。我的另一位研究生还研究了这一时期海水的硫同位素，证明二叠纪—三叠纪之交和早三叠世时期全球不仅发生过多期次大洋缺氧事件，还存在海水硫化现象。这些重大异常环境事件的共同作用，不仅导致了二叠纪—三叠纪之交的生物大灭绝，也使得大灭绝后生物及生态系统迟迟不能得以复苏。

此外，我们还可以通过化石来了解二叠纪—三叠纪之交的大灭绝事件发生后，究竟哪些生物活了下来，以及它们幸存的原因。宋海军對全球5万多条化石记录进行了系统搜集和大数据分析，发现在灭绝事件之前的海洋生态系统中，非移动型动物占据主导地位，灭绝事件之后则是游泳型动物占据主导。简单来说，就是当时的鱼类、菊石、鹦鹉螺的保命能力比珊瑚、海绵、腕足类要强，面临恶劣的生存条件时，它们可以在海洋中快速移动，及时逃到条件稍好的避难带去。

地球和生命是如此神奇，这让我感到从事化石研究是一件非常享受的事。而我们的研究也将为尚未解决的科学难题找到一些新的证据，或是一个可能的答案，那就是我最感欣慰的时刻。

我的“猎人”生涯

做化石研究，最重要的是知识储备丰富，以及认真、细心，使用高科技设备的地方并不多，最常用的就是“地质三大宝”——锤子、罗盘、放大镜，和一些简易的化石修理工具。

每次寻找化石之前都必须做好室内准备工作，充分了解化石采集地区的基本地质情况，以及交通和生活条件。目前中国1：20万比例尺的区域地质调查工作已基本完成，我们可以很清楚地知道哪个地方是什么地层，可以采集到什么化石。因为生物进化既具有进步性，也有不可逆性的特征，各个地质时代的地层中产出的化石是不同的，野外地质调查就是利用化石来确定地层时代的。同时，各种生物都具有特殊的生存环境条件，通过查阅地质资料可以了解有关地区某个时代的地质环境条件，初步判别相关地层中可能会找到什么化石。现在互联网十分发达，我们还能利用搜索引擎了解当地交通和地形特点，看看哪个地方在修路，可能挖掘到哪个地层。

几十年来，我们对化石的认知也在逐步发生变化。澄江化石群被认为是“20世纪最惊人的科学发现”之一，云南澄江也成为迄今世界上发现古生物门级类群最多的区域，除了生物的硬体组织，也保存了大量软体生物化石，在细腻的泥岩中，动物的软体附肢构造精美，且呈立体保存，构造细节能比较容易地在显微镜下揭露出来。以往对古生物的认识主要来自于生物硬体骨骼化石，曾经误导了我们对早期生命进化的认识，澄江动物群化石展示出完整的寒武纪早期海洋生物群落和生态系统，使我们认识到，寒武纪初期的海洋里已经生活着众多生态各异的古生物。如此看来，寒武纪生命大爆发对传统的达尔文进化论提出了重大挑战，因为进化论学说解释不了生命短时间爆发的现象。

CNT对话

根据化石研究，能分析出数亿年前地球上的哪些信息？

比知二叠纪—三整纪之交的生物大灭绝时代，都时候海洋是分层的，海水不怎么流动，水体表面高温，底层出现缺氧甚至硫化的现象，就像炎热的夏天鱼塘中会出现鱼类大量死亡的情况。

当前最感兴趣的研究课题是什么？

之前我研究的重点是二叠纪—三叠纪之交的生物大灭绝，现在更感兴趣的是这次大灭绝后的生物复苏。当海洋中90%以上的生物已经消失，是什么原因使得中生代以后海洋中的生物比以前更丰富了呢？同样地，在陆地上，当70%以上的古生代生物灭绝后，为什么三叠纪之后新的生物繁荣起来，甚至出现了曾经统治地球上亿年的恐龙？

对于化石的保护有何建议？

如今有很多人喜欢化石，我觉得大家应该首先把化石当做一个生命来对待，确不仅是把它当做像珠宝一样的收藏品，要充分挖掘它的科学和生命内涵。

化石是不可再生的自然資源，目前地球上只有不到万分之一的古生物能够保存为化石。中国很早就颁布了化石保护条例，随着时代的变迁，我觉得这个条例应该进行适当的修改，既要合理保存，也要进一步发掘其科学和社会价值。同时，应该强化古生物学专家的作用，适当进行保护性和研究性发掘，对所有化石做好鉴定登记工作，允许鉴定登记的化石在有限范围内流动，让收藏人或收藏单位成为化石保护的责任人。

Tips

化石的形成有多困难

生物要形成化石，需要满足以下5个条件：

生物条件：最好本身有坚硬的部分，比如骨骼或甲壳，才易于保存为化石。

环境条件：死后环境要比较平静，不会受到各种外力的破坏。

埋藏条件：死后最好能迅速被埋藏起来，而且埋藏物质圈闭性要好。

时间条件：埋藏时间至少要在一万年以上，但埋藏越久也越容易遭到各种地质作用的破坏。

成岩条件：生物体大多要经过沉积物充填、压实和矿物质交代等地质作用过程，才能转变为化石。

全球最大的古生物数据库，免费的

paleobiology Database（PBDB）是目前全球最大的化石资料数据库，由众多来自高校和相关机构的古生物研究学者共同建立，对公众免费开放。它的目标是将全球范围内发现的古动物、古植物和古微生物化石信息收集起来，服务于科学研究。

这个数据库收录的化石信息包罗万象，目前已收集化石类别约38万个，分别标注了产地、年代等信息。使用者可以按照地质时期搜索，或是按照生物学界门纲目科属种的分类，追踪某一生物在几百万年问的演变。就算是在数据库的地图上随意点击，也会蹦出“彩蛋”。

21世纪，随着学科高度综合交叉，作为一个化石研究者，不仅要懂古生物学，还要学习地质学、其他生命科学及物理、化学等多种学科知识。研究化石，不仅是为了解决古生物学的具体问题，更有助于理解有关地球与人类协调发展等很多重大问题，特别是对当代生态文明建设具有重要启示。现在生活条件好了，人们越来越重视环境保护，而环境问题主要是生物问题，比如有机物的污染、生态修复等。研究化石，了解地质时划生物与环境的互动演变关系，可以为环境保护、生态文明建设提供另一个角度的思路。