屎里面别有洞天,几百坨屎绘出远古食物网

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  粪便化石在古生物学家眼中就是一座宝藏。|Paul Blow

  作者|刘森 辽宁古生物博物馆

  走在路上踩到一坨屎,你会怎么办?大概率会尖叫、跳开,大骂“Shit”!屎对我们可能不是什么好词,但古生物学家可不这么想,尤其如果捡到的是一坨两亿多年前的史前屎。

  2020年10月,英国布里斯托大学的科学家就走了这样的“狗屎运”,他们不是捡到了一坨屎,而是数百坨。通过对这些屎——现在已是化石——进行 CT 扫描(电子计算机断层扫描),他们发现,布里斯托地区曾经乃是一个“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的残酷海洋世界,揭示三叠纪晚期各种鱼类之间错综复杂的食物网。

  详情发表在29日的《地质学家协会会刊》。

  01.

  从粪便化石发现谁吃了谁

  动物骨骼化石记录着生命演化的传奇,相对来说,一坨粪便化石虽然不起眼,却可以提供骨骼化石无法提供的独特证据。

  对粪便化石的研究可以追溯到近200年前。当时,英国牛津大学的地质学教授威廉·巴克兰注意到化石猎人玛丽·安宁发现的鱼龙和蛇颈龙化石,它们的腹腔中保存有许多深灰色的小石头,里面偶尔还夹杂着骨头和鱼鳞。巴克兰认为,这些小石头都是古生物粪便,并创造了 “Coprolite”(粪化石)这个词。

  

  地质学与古生物学家威廉·巴克兰(左),开创了对粪便化石的研究。他研究的很多样本来自化石猎人玛丽·安宁(右)。|图片来源于网络

  想知道古生物吃什么,骨骼结构能告诉我们一些间接证据,例如,肉食动物往往有尖牙利爪,植食动物则有适合咀嚼坚韧叶片的牙齿。但若要进一步了解动物吃过什么,消化物或粪化石上的残留物才能提供更直接的证据。

  玛丽发现的鱼龙粪便化石,就透露出它的食谱里有鱿鱼,因为其中的黑色色素和鱿鱼的墨汁有相同的化学成分。最近在在美国蒙大拿州发现的距今7500万年的鸭嘴龙粪便化石,则透露出这种生活在白垩纪时期的鸟脚类恐龙,并非人们一直以为的“素食主义者”,而是会吃甲壳类动物打牙祭,来补充蛋白质和钙以维持骨骼和肌肉生长。

  而这次布里斯托大学的科学家们发现的几百坨史前屎,更是揭开了其主人们之间复杂的捕食关系,一幅远古生物的生活画卷,仿佛铺开在我们眼前。

  02.

  数百坨屎描绘远古时期食物网

  研究表明,英国布里斯托大学发现的这堆史前屎,形成于两亿多年前的三叠纪晚期。曾经生活在这片海洋里的古代鱼类和鲨鱼,几乎都是食肉动物,它们的粪便化石中包含各类骨骼、鳞片和牙齿。

  其中一块微小的粪化石长度只有一厘米,却包含有三块骨头:一块是一种鱼的有结节的头骨,还有两块来自厚椎龙——一种小型海洋爬行动物——的尾椎骨。可以想象这坨粪便的制造者,先是吞掉了一条鱼的头部,又咬住了一只游过来的厚椎龙,咬掉了它的一大块尾巴。

  颇令人惊奇的是,这些骨头和鳞片几乎完全没有受损。今天的大多数吞食者,比如鲨鱼、鳄鱼或虎鲸,都会用胃酸把骨头溶解掉;但这些古老的鱼类,却似乎并没有进化出这种功能。可以想像它们排便的过程一定非常痛苦,因为其中布满了大块骨头。

  研究人员还第一次发现了一些螃蟹和龙虾的粪化石,从而拼凑出完整的食物网:海洋爬行动物和鲨鱼以小鱼为食,而小鱼又以更小的鱼和龙虾为食。一些动物的牙齿结构表明,它们以牡蛎和其他软体动物为食。

  

  根据鱼粪化石重构的海洋鱼类食物网。红色、黑色箭头为推测,蓝色表示有确定的粪化石证据。|Marie Cueille and Mike Benton

  03.

  屎里面有“新世界”

  对古生物学家而言,粪化石是珍贵的远古遗迹,在时间长河中保存下来不容易。大部分生物的屎都是柔软的排泄物,只要经历一番风雨就可能消失无踪,如果不幸被其他动物踩踏,成为不朽化石的“远大前程”也会被断送。此外粪便中还寄居着大量微生物,持续蚕食着剩余的有机质。

  所以想要幸运地留存下来,这坨屎往往是巧合地被埋藏到了地下,其间残留的有机质被逐渐分解,并被外来矿物质填充,经过几十万甚至几亿年的时间终于凝结成化石。

  不过,粪化石固然珍贵,新鲜的屎也并非一无是处。它里面同样包含着丰富的信息。

  比如,野生动物的粪便中就包含着其主人的生物信息,可以帮助科学家确认动物种类。他们中的一些人,据此还把苍蝇变成了天然的“环境勘测无人机”——它们钟爱吃粪便和腐肉——来了解一个地区动物的排便和死亡情况,从而更有效地保护濒危物种。

  

  黄石国家公园风光,科研人员已经利用苍蝇在此检测出多种哺乳动物。|来自网络

  前段时间人们发现呆萌可爱的大熊猫,竟然喜欢在粪堆里打滚,这也与屎中的一种特殊物质有关:因为马粪中的β-石竹烯和石竹烯氧化物,可以抑制大熊猫身体里的冷觉感受器,钝化对寒冷的感知,从而帮助熊猫御寒。

  而屎也是我们人体的健康指标,它的颜色、气味、形态都记录着我们之前的饮食状况,也映照着肠道内的环境,因为粪便的固体物大部分是从肠道脱落的细胞和死掉的细菌。粪便中检测到红细胞,可能预示着结肠炎等病症;检测到巨噬细胞,则可能意味着有直肠炎的风险。

  尽管“屎”总是乱糟糟臭烘烘,让人避之不及,但它里面确实可能别有风光。刚刚过去的2020年,我们就没少骂“shit”,但,谁说得清呢?也许,它是一个警示。所有磨难,都是美好明天的铺垫。

  编辑 | 陈天真

  责编 | 高佩雯

  参考资料:

  [1] Fish and crab coprolites from the latest Triassic of the UK: from Buckland to the Mesozoic Marine Revolution. M. Cueille, E. Green, C.J. Duffin, C. Hildebrandt, and M. J. Benton. Proceedings of the Geologists’ Association (2020)

  [2] https://www.bristol.ac.uk/news/2020/november/fossil-poop.html

  [3] https://link.springer.com/article/10.1007/s00114-010-0659-x

  [4] Geel, Bas & Fisher, Daniel & Rountrey, Adam & Arkel, Jan & Duivenvoorden, Joost & Nieman, Aline & Reenen, Guido & Tikhonov, Alexei & Buigues, Bernard & Gravendeel, Barbara. (2012). Palaeo-environmental and dietary analysis of intestinal contents of a mammoth calf (Yamal Peninsula, northwest Siberia). Quaternary Science Reviews - QUATERNARY SCI REV. 30. 3935-3946. 10.1016/j.quascirev.2011.10.009.

  [5] Why wild giant pandas frequently roll in horse manure? PNAS December 22, 2020 117 (51) 32493-32498

  [6] https://www.insidescience.org/news/fly-my-pretties-carrion-eating-insects-bring-mammal-data-researchers

  [7] Qvarnstr?m, M., Nied?wiedzki, G., Tafforeau, P. et al. Synchrotron phase-contrast microtomography of coprolites generates novel palaeobiological data. Sci Rep 7, 2723 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-02893-9

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