我在北京满地找“牙”

高 源

此“牙”非彼“牙”

说到牙齿，你有我有大家有！怎么还满地找牙呢？我今天要说的不是我们嘴里的牙齿，而是一种特殊的微体古生物——牙形石。

牙形石又称牙形刺，是一类海生生物的遗骨化石。牙形石的个头非常小，一般在0.1-0.5毫米，小到肉眼几乎看不见，需要在显微镜下放大很多倍才能看清楚。因为样子像牙齿，所以称为牙形石。根据其形状，牙形石通常可分为单锥型、复合型和台型三种。

牙形石的发现和研究始于1856年，当时俄国古生物学者潘德尔首次报道了波罗的海沿岸的牙形石。但由于牙形石通常以单个状态分散保存，之后一百多年，人们一直搞不清楚牙形石的分类地位，连它是植物化石还是动物化石都有争议。

原创牙形石复原图

直到1983年科学家们发现了保存有软体印痕的标本后，人们才对牙形石有了更明确的认识。牙形石其实是某种鱼形动物的捕食器官，我们把这种动物称之为牙形动物，这是一族类似鳗鱼的脊椎生物，但体型比鳗鱼小得多，长度大约只有21-55毫米，还不到成年人的小拇指长。牙形动物头部长有一对大眼睛，被戏称为“大眼萌”。

北京哪里有“牙”

牙形石广泛发现于寒武纪至三叠纪（“纪”是一个地质年代单位）的海相地层（海洋环境下形成的岩石地层）中，包括灰岩、页岩、海相砂岩等常见岩石。我国华北地区海相地层出露广泛，牙形石研究历史悠久，自20世纪80年代开始已经有四十多年。目前，华北地区已有多处报道了牙形石化石的发现，然而北京地区的牙形石相关报道极少。

笔者作为科普工作者，对牙形石非常感兴趣，曾经带着学生们学习牙形石，过程中发现关于牙形石的资料不多，于是决定走进野外亲自勘察一番。

北京寻“牙”之旅

想要寻找牙形石可没有那么简单，需要做好前期准备工作。通过文献学习，我们了解到，北京地区古生界海相地层主要分布于西山地区和周口店地区，综合考虑后，我们选择西山地区进行考察。

但是，从寒武纪到奥陶纪的岩石地层这么厚，如何确定其中具体的位置呢？这就要对岩石地层进行划分，在20世纪已有大量的地质工作者们对这里的剖面进行过精确的测量和地层划分对比工作。岩石地层划分对比研究采用的单位主要是“组”，同一个组内岩石的特点比较相似。

我们根据地质图确定出剖面的位置，然后驱车前往。剖面位于永定河两岸，东岸挨着109国道，西岸挨着京门铁路。现场勘察的重点是根据岩石特征识别不同的组，观察组内的沉积现象。尽管有前人留下的文献书籍，但这件工作并不容易，有的地方岩石因为修路、采石而被开凿，又有的地方被填土、树木、网布等遮盖。我们去了不下三次，每次都是一整天，考察了东西两侧的剖面，终于对寒武系的炒米店组、奥陶系的冶里组和亮甲山组有了一定的认识。

每个组都有具有典型特征的岩石，例如，炒米店组的鲕粒灰岩、冶里组的亮晶灰岩和竹叶状灰岩、亮甲山组的含燧石结核灰岩，等等。这些典型特征找起来还不算太难，难度更大的是确定两个组之间的分界线。我们来来回回仔细地找了许久，才算找到它们之间的分界。最终，我们选择了几处灰岩露头进行采样。

使用地质锤敲下岩石，每个位点取岩石1.5-2kg，在现场装进样品袋中并做好清晰的编号。之后将样品敲碎成直径为1-2cm左右的小块，以备后续处理。牙形石由磷酸钙组成，而周围的围岩成分主要为碳酸盐，利用冰醋酸不能溶解磷酸盐但可以溶解碳酸盐的原理，在实验室中采用浓度为10%-15%的冰醋酸对样品进行泡制处理，并使用20-120目的筛网（120目的筛子每英寸筛网上有120个筛孔）进行筛洗，就得到了牙形石。

采集牙形石标本

含有牙形石化石的粉晶灰岩

北京西山地区奥陶纪牙形石

牙形石非常小，需要在显微镜下进行挑选，挑选时使用一种特质的小型毛笔，这是一件极为精细的工作。下一步是对挑选出的主要化石进行扫描电镜照相工作，即得到牙形石的清晰照片，有的像小山，有的像脚蹼，还有的说不出像什么，是不是非常可爱？

小“牙”立大功

经过专家鉴定，本次在寒武系和奥陶系中都发现了不少的牙形石。本次研究不仅丰富了西山地区的牙形石面貌，也更深刻地了解了京西地区的岩性特征和地质年代。

牙形石划分地层插图

在地层中，生物化石会呈现出一定的演化顺序，地质学家则可以据此来确定地质年代。但是，不是所有的化石都可以做为依据，地质学家需要找到一种“标准化石”，它要具备分布广、数量大、演化快、在某一地层单位中特有这几个特点，才能成为确定地层地质时代的依据。牙形石就是这样一种化石。我国长兴煤山剖面的牙形石成为划分二叠-三叠系的标准化石，为我国赢得了一枚“金钉子”，也就是国际地层委和地科联所指定的年代地层单位界线的标准。

牙形石还可以帮助我们复原古环境。牙形石还能指示石油和天然气的情况，一方面，油砂大都是浅海范围的沉积，所以深海相的牙形石带是找不到油砂的；另一方面，牙形石可以推算古地温，从而揭示这一区域内有机质转化成石油、天然气的一般情况。

北京西山地区寒武纪牙形石

综上所述，牙形石个头虽小，却是个大功臣！它们不仅能标记地层，还能给我们带来很多启迪。现在科学家正通过牙形石的深入研究，来推测复原远古环境的温度和气候。

笔者此次亲历在北京满地找“牙”的工作，过程虽然不乏辛苦，但结果令人欣喜。这次的探索仅仅是个开始，由于采样点有限，还不能完整构建化石地层序列，邀请更多对牙形石感兴趣的朋友一起出野外，一起发现北京牙形石更多的秘密！

特别感谢中国国家博物馆杨志华博士对研究工作给予指导；特别感谢河北地质测绘院杨彪老师帮忙处理牙形石标本；特别感谢中国地质博物馆李宏博博士对牙形石野外考察提供药品支持；感谢顶秀欣园社区科普中心贺苏晨副主任对野外工作的支持；感谢李明峻、刘子正和王靳哲同学一起完成野外工作。