“甘肅古生物化石展”珍貴標本的科研意義

[摘要] “甘肅古生物化石展”集中陳列展示了甘肅境內發(fā)現(xiàn)的珍貴古生物化石標本，它們再現(xiàn)了甘肅古代生物的演變和進化。通過對重點化石的介紹讓觀眾了解其科學研究意義，進而將古生物學、博物館學的新發(fā)現(xiàn)、新理論傳達給觀眾，引導他們走近科學，理解科學、提高觀眾對身邊科學的關注程度和理解能力及認識過去、判斷現(xiàn)在和選擇未來的能力，從而達到科普教育的目的。

[關鍵詞]甘肅古生物化石展;珍貴標本;科研意義

[中圖分類號]G269.27 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-3115(2010)04-0105-05

舉辦一個陳列展覽除了要有好的內容設計文本和標新立異的形式設計構思外，還必須有精美的展品，可以說展品是整個陳列展覽的靈魂。從博物館的理念來說，展品是博物館存在的物質基礎，通過對物(標本和文物)的展出和研究，詮釋出物中所包含的科學內容以及對社會發(fā)展、人類生活的影響。“甘肅古生物化石展”的化石標本，展示了地球46億年內海陸變遷、滄海桑田的巨變，揭示出生物從低級到高級的演變歷程，讓參觀者感受生物多樣性生態(tài)環(huán)境。因此，展覽的展品就是博物館的內涵，將博物館的內涵展示給觀眾，是實現(xiàn)以人為本的根本任務。正是這種具體的實物(展品)和親身體驗，增進了公眾對科學和技術的了解，其效果超過書刊、雜志、電視、網絡和普通科學課程。“甘肅古生物化石展”約700余件標本中絕大多數是甘肅本地發(fā)現(xiàn)的化石，具有重要的科學研究價值。

一、 海洋動物廳水生動物的價值

海洋動物廳展示的是地質年代中古生代發(fā)現(xiàn)的古生物化石標本，距今約6億年至2.7億年，期間經歷了寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀和二疊紀。甘肅獨到的地質條件生成了以上各紀地層，蘊藏有豐富的古生物化石標本。在6億多年前的寒武紀、奧陶紀、志留紀的海洋中存活最多的無脊椎動物是一種叫“三葉蟲”的生物，它們幾乎占據了整個海底世界，有學者稱該時期為“三葉蟲時代”。“甘肅古生物化石展”陳列最珍貴的是王冠蟲，王冠蟲是三葉蟲中的一個成員，為古生代時期重要的化石之一。它的頭部邊緣有一列突起的小瘤，狀似王冠，故名。(圖1)尾部中軸分節(jié)較兩旁肋葉分節(jié)數目多，這是它的主要特征之一。王冠蟲屬于古生代海洋動物，營底棲游移生活。由于它的這些特征比較少見，在地層中出現(xiàn)的時間短，但數量巨大，所以，王冠蟲是研究地層時代的重要化石之一，并且具有指示巖層沉積相的作用，因此，有的地質部門把它稱為“指相化石”。

海洋動物廳的另一類數量較多的化石標本是珊瑚，比如拖鞋珊瑚、六方珊瑚、通孔珊瑚、米契林珊瑚等。(圖2)這些珊瑚是腔腸動物門中的一個綱，蟲體由軟體或硬體組成。軟體外形如袋狀，頂部中央有口，口的周圍有許多觸手。珊瑚口下有食道，直通腔腸。腔腸內有許多放射狀的縱隔膜，將腔腸分隔成許多輻射狀小室。珊瑚蟲軟體的底部和邊緣，能分泌鈣質骨骼，構成珊瑚硬體。這些硬體經過石化作用形成珊瑚化石。它們的研究價值在于死亡以后形成的珊瑚礁，經過千百萬年的演變礁體往往是非常理想的石油天然氣儲存層。舉世矚目的中東各國和波斯灣沿岸的大油田，就與珊瑚礁體有密切的關系。

古生代末期，生物演化發(fā)生了一次巨變，植物開始登陸，接踵而來的是淡水魚類的大發(fā)展。在海洋動物展廳的結尾處陳列了發(fā)現(xiàn)于肅北馬鬃山地區(qū)的大量魚類化石，其中最具科學價值的是一種弓鮫類軟骨魚——東生甘肅鯊。在甘肅陸相地層發(fā)現(xiàn)的這一弓鮫類化石之所以被命名為東生甘肅鯊，是為了紀念已故的著名地質學家劉東生院士。這是我國乃至亞洲首次發(fā)現(xiàn)的完整的軟骨魚類化石，同時也是全球二疊紀弓鮫類的首次報道。在現(xiàn)生的脊椎動物中，有頜脊椎動物的種類占99.7%以上，其中軟骨魚類不足2%;而軟骨魚類絕大部分卻生存于海洋環(huán)境，只有極小數生存于淡水環(huán)境。二疊紀時期軟骨魚類所占比例大體與現(xiàn)代相似。值得注意的是，軟骨魚類的骨骼是軟骨性的，所以，牙齒、鰭棘和鱗片等膜質骨以外的其他化石極為稀少。因此，從甘肅肅北馬鬃山晚二疊世陸相地層獲得的弓鮫類軟骨魚實屬難得。產自晚二疊世的東生甘肅鯊盡管為淡水鯊類，但它對今后古老的原始硬骨魚類之一，弓鮫類乃至鯊類的絕滅、復蘇具有重要的參考價值。同時，它也為二疊紀海相、非海相弓鮫類的對比研究提供了非常好的材料。

二、 恐龍廳陳展的幾種動物化石

“甘肅古生物化石展”第二個展廳為恐龍廳，陳列的展品是發(fā)現(xiàn)在地質歷史時期中生代地層中的各類古生物化石。這一時代雖然脊椎動物已經占據了主導地位，但在陸地上只要有水的地方，就生存有一種無脊椎動物——葉肢介，展覽中陳列的是一塊化石非常富集的標本。從外形看人們常把它與蚌殼化石相混，但它的個體比蚌殼小，也比蚌殼扁，殼也薄。(圖3)這類不起眼的化石是指示石油層位置的標示。研究表明，生成石油的物質其實是一些微小生物，葉肢介就是其中之一。一般在含油地層中多加有油頁巖，活著時葉肢介又適于這類環(huán)境，地層中出現(xiàn)葉肢介化石，雖然不能直接指示油層位置，但可用來確認這一標志層，為勘察石油層奠定了基礎。

在恐龍廳方廳中央陳列著一具禽龍化石骨架，它保存的骨骼標本達到63%，這在恐龍化石中實屬罕見。該化石是2002年由甘肅省博物館自然部自己組織隊伍進行野外發(fā)掘、室內修復、組裝的第一具恐龍化石骨架，堪稱“甘肅第一龍”。它身長7米、高3米、寬1.5米，屬于中大型恐龍類。禽龍化石在甘肅境內的發(fā)現(xiàn)具有較高的科研價值，因為它可以把禽龍從西到東的遷徙很好地聯(lián)系起來。從前蘇聯(lián)的中亞地區(qū)到蒙古人民共和國，再到中國甘肅、內蒙古和韓國，然后到日本，禽龍基本分布在一條狹長的地帶之內，這一地帶當時可能雨量充足、植物茂盛，屬于熱帶地區(qū)，使禽龍演變?yōu)橐活惇毺氐目铸垺?/p>

在恐龍廳長廳中間陳列的是目前亞洲最大的蜥腳類恐龍——馬門溪龍。它的身長達22米、身高近4米，估計活著時體重可達40~50噸。它頸長9米，但頭很小，腦子不足500克。化石埋藏在蘭州紅古區(qū)海石灣沿山一帶的幾條沖溝中。這具恐龍化石的研究價值早在1948年，著名的古脊椎動物學家楊鐘健先生在《甘肅享堂脊椎動物化石簡報》中認為:“在甘青一帶之中生代地層中，迄今尚無爬行動物化石之發(fā)現(xiàn)，故此次所得材料(指在海石灣發(fā)現(xiàn)的恐龍等——作者注)，不但表示此等地區(qū)之古生物的重要性，且可因此判斷地層，有助野外勘查工作……總之，此乃十年以來，脊椎動物化石最重要之發(fā)現(xiàn)。”在此后有研究文章建議將海石灣發(fā)現(xiàn)的恐龍稱之為“永登建設龍”，這一命名有兩個理由:一是紀念化石發(fā)現(xiàn)地地名(當時海石灣隸屬永登縣轄)，二是紀念我國為加快工業(yè)建設步伐而開展的石油普查工作。由于歷史原因，“永登龍”并未被認可，我國以甘肅地名命名的亞洲最大恐龍與甘肅擦肩而過，成為永久的遺憾。從復原組裝的海石灣馬門溪龍骨架推測，其習性為水陸兩棲生存，以水邊植物為生，生活的地質年代是距今約1.4億年前的侏羅紀晚期。研究表明當時蘭州地區(qū)北至河口一帶，南至青海民和盆地，為大湖區(qū)，既有廣泛水域的湖泊，也有零星分布的小面積河湖，同時，還有大片的沼澤地帶，生長著茂密高大的常綠植物。與合川馬門溪龍共生的化石動物有鱷魚(苗氏孫氏鱷)、劍龍、龜類等，另外還發(fā)現(xiàn)了裸子植物化石碎片和恐龍足印等。

恐龍廳中最具科研價值的是一種被科學家命名為“甘肅鳥”的動物化石。(圖4)1981年，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的劉智成、馬鳳珍等人，在玉門市昌馬鄉(xiāng)沈家灣村西北的下溝組中部灰黑色泥巖中，采獲到一件罕見的早期鳥類左后下肢骨骼化石，帶全部趾骨和爪，呈自然狀態(tài)連在一起，時代為中生代的早白堊世。盡管標本并不完整，但它是中國在中生代地層中發(fā)現(xiàn)的第一塊鳥類化石。1984年，經該所侯連海鑒定研究后認為，甘肅這一早期鳥類一方面顯示出與現(xiàn)代生活在岸邊的水禽類具有部分相同的特征，另一方面還殘存著某些原始構造。同時，更具有自己的特點，它顯示出早期鳥類進化階段性的一個代表類型，因此，命名為甘肅鳥目、甘肅鳥科。從化石分析，甘肅鳥可能有如魚鳥那樣的牙齒和頭型。與甘肅鳥共生的古生物化石還有魚類、昆蟲、葉肢介、龜、植物等。化石動物群反映出那時的玉門昌馬地區(qū)屬于廣闊的湖岸沼澤地帶，氣候溫暖濕潤，非常適合潮濕環(huán)境下生活的動植物生存。甘肅鳥標本一經公布，就引起世界古生物學界的極大關注，尤其是甘肅鳥的形態(tài)特征較德國巴伐利亞州發(fā)現(xiàn)的始祖鳥進步，而它們所處的時代又非常接近。因此，人們對始祖鳥的地位產生了疑問。1996年，菲多西亞在他的《鳥類的起源和進化》一書中，第一次依據骨骼化石標本復原出了甘肅鳥的生活復原圖。2006年6月16日，美國《科學》雜志發(fā)表了中國地質科學院尤海魯、張行等人撰寫的《中國西北早白堊世兩棲型今鳥類化石》一文，文章指出根據新采獲的化石標本，甘肅鳥是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最古老的今鳥類化石，以甘肅鳥為主的鳥化石群是已知最早的以今鳥類為主導的鳥化石群，現(xiàn)生鳥類很可能起源于水棲生活環(huán)境。

三、 黃河古象廳最具科研價值的哺乳類化石

這個展廳陳列的展品是地質年代最后一個時期——新生代發(fā)現(xiàn)的化石標本。新生代，顧名思義是萬水千山迅速發(fā)展、冰川廣泛發(fā)育、生物群面貌煥然一新的時代。哺乳動物取代了爬行動物充當了歷史新紀元的主要角色。

我們把比較重要的化石陳列在新生代景觀箱內，完整的庫班豬頭骨化石即為其中之一。甘肅是我國豬類化石比較豐富的地區(qū)之一，并屢有重大發(fā)現(xiàn)。最知名的當屬庫班豬化石。庫班獵屬于偶蹄類豬科動物，最大特點是頭骨巨大，而且額部長有一個相當大的角。在世界范圍內，庫班豬的蹤跡首先是在甘肅發(fā)現(xiàn)的。1928年，國外古生物學者皮爾森對采自甘肅平番泉頭溝(現(xiàn)屬永登縣下街村)的一些碩大的牙齒和肢骨化石進行了記述。皮爾森發(fā)現(xiàn)這些牙齒在形態(tài)上和歐洲早已發(fā)現(xiàn)的一種利齒豬化石十分接近，只是永登標本要大得多，而且有一些獨有的特征。皮爾森給它定了一個新種名“巨利齒豬”(有文獻中譯為巨鐮齒豬)。1937年，楊鐘健根據永登咸水河發(fā)現(xiàn)的巨利齒豬等化石，確定該套地層為上中新統(tǒng)，第一次解決了長期以來認為我國北方中新統(tǒng)地層缺失的問題。1955年，前蘇聯(lián)的古生物學者將這類豬更名為“庫班豬”。1999年，甘肅省博物館自然部在和政縣買家集征集到一件極為完整的庫班豬頭骨化石，兩枚上犬齒保存相當完整。頭骨長度75.3厘米，最大寬度(眼眶部)40.5厘米。(圖5)從頭骨特征分析，它為一中年雄性庫班獵。這塊化石是現(xiàn)今國內外保存最完整的庫班豬頭骨化石之一，全世界不足10個，因而彌足珍貴，學術價值極高。在廣河縣境內也曾發(fā)現(xiàn)了大量庫班豬牙齒、骨骼化石。與庫班豬共生的哺乳動物化石還有嚙齒類、半熊、嵌齒象、鏟齒象、爪獸、犀牛、鹿、羊等。時代為新近紀的中中新世。

黃河古象廳陳列的象化石不僅數量多，而且種類龐雜。按時代先后順序，最前面展出的是鏟齒象化石。甘肅是我國發(fā)現(xiàn)鏟齒象較早的省份之一。正式報道甘肅發(fā)現(xiàn)鏟齒象是在1962年，由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的胡長康撰寫論文，在《古脊椎動物學報》上發(fā)表。鏟齒象是一類現(xiàn)已滅絕的古代象，它的下頜門齒短而寬，與特別長的呈鏟斗狀的下頜連在一起，形成一把鏟子，故名鏟齒象。甘肅除了秦安縣外，在臨夏地區(qū)(和政、廣河、東鄉(xiāng)等)也發(fā)現(xiàn)了鏟齒象化石。目前最大的一件下頜骨就擺放在黃河古象廳里。下頜全長為172厘米，鏟板(齒板)長39厘米、寬36厘米、高20厘米，后端上升枝高46厘米。該化石出產于廣河縣境內。鏟齒象生存的地質年代為新近紀的中中新世(距今約1500萬年)，是那個時代的代表性動物之一。與其共生的還有半熊、安琪馬、西班牙犀、土耳其羚、古麟等20余種動物，它們都是生活在比較濕潤炎熱的氣候條件下，被稱為鏟齒象動物群。鏟齒象化石雖然在整個舊大陸到處都有發(fā)現(xiàn)，但最典型、最好的材料主要是在我國發(fā)現(xiàn)的。就出土化石材料的數量而言，甘肅臨夏盆地的鏟齒象化石位居全國之首。2003年9月開館的和政古動物化石博物館保存有比較完整的鏟齒象頭骨和下頜約60余件，是我國最豐富的一批鏟齒象化石材料。該館擁有一套國內外獨一無二的鏟齒象個體發(fā)育系列頭骨標本，其中包括10具不同年齡的完整的鏟齒象頭骨，它們從幾個月大一直到60歲左右，從中可以清楚地看到鏟齒象類的整個生長發(fā)育過程。

巨鬣狗化石標本可稱為黃河古象廳內的“國寶級”化石。(圖6)早在1903年，國外學者依據我國發(fā)現(xiàn)的一些單個牙齒，建立了鬣狗類的一個新種，特征為個體特別大。真正認識它并且改稱巨鬣狗是在1988年，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所邱占祥院士，研究了在和政縣新莊鄉(xiāng)大深溝三趾馬動物群地層中發(fā)現(xiàn)的一個保存相當完好的鬣狗頭骨。這個頭骨之大、構造之奇特是目前所有已知鬣狗中所未見的。但其上裂齒卻和國外學者1903年所記述的幾乎完全一樣。因此，可以確認和政發(fā)現(xiàn)的材料正是這種體型巨大鬣狗的頭骨。這一發(fā)現(xiàn)，不僅使我國學者有可能糾正國外學者原鑒定中的一些不確切之處，而且也使我們對這種鬣狗的性質有了真正的了解。它顯然代表了鬣狗科中一個極為特殊的支系，具有獨立的屬的分類位置。邱占祥遂把原稱“巨大鬣狗”改稱“巨鬣狗”，以示其為鬣狗中的異類。這件巨鬣狗的頭骨陳列在化石展廳中，體重可達210多公斤，這樣大的食肉類動物在任何時代都不常見，在鬣狗類群中則是絕無僅有。巨鬣狗生活在新近紀晚中新世早期——距今約1200萬至900萬年以前的歐亞大陸及北非。那時的環(huán)境，隨著氣候逐漸變干變冷，植被也普遍從森林向草原轉化。與開闊草原相適應的食草動物也逐漸向奔跑型方向演化，如是，盡管巨鬣狗的體型巨大，但還是善于奔跑，否則它就無法去追逐三趾馬、犀牛、長頸鹿、古麟、羚羊等獵物。目前巨鬣狗化石僅發(fā)現(xiàn)于中國的西北部。

和政羊化石骨架是黃河古象廳新近增加的標本。它的原化石材料達到95%以上，實屬罕見。和政羊是中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等單位，于2000年以在和政縣境內發(fā)現(xiàn)的化石標本作為正型，首次在世界上記述的一個新屬新種，被命名為步氏和政羊。和政羊雖然在個體大小和體態(tài)上與現(xiàn)生的羊很接近，但其頭骨的構造以及角和頸部的形態(tài)卻與現(xiàn)今僅生存于北美阿拉斯加地區(qū)的麝牛更接近，是麝牛類早期的祖先類型。它屬于中等大小的一類麝牛。和政、廣河(主要產地是阿力麻土)、東鄉(xiāng)地區(qū)所發(fā)現(xiàn)的和政羊化石非常多。產出和政羊的地層巖性為灰黃色泥質粉砂巖。甘肅省博物館、和政古動物化石博物館收藏的和政羊化石標本既有幼年個體，又有成年、老年個體，表明它們是在突發(fā)事件中死亡的。到目前為止，和政羊化石僅在甘肅臨夏地區(qū)發(fā)現(xiàn)，它是這里最具特色、最有代表性的一種全新動物。它也是臨夏地區(qū)三趾馬動物群中最有代表性的動物之一。這一動物群在總體面貌上和山西保德三趾馬動物群很相似，其時代可能也很接近，大約為晚中新世的中期。

展廳中央陳列的就是這個廳的命名動物——黃河古象。1973年1月，合水縣板橋公社田窯大隊穆旗生產隊的村民們在馬蓮河畔挖砂時首先發(fā)現(xiàn)了一對粗壯的古象門齒(象牙)。當年4月5日至5月17日，由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、甘肅省博物館、慶陽地區(qū)文化館、合水縣文化館分別派人組成發(fā)掘隊進行了發(fā)掘。經過35個日日夜夜，終于順利地完成了發(fā)掘任務。隨后，在北京對這具古象化石進行了修復、裝架。古象化石修復完畢之后，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的周明鎮(zhèn)等立即開始了緊張的研究工作。根據這頭象的形態(tài)特征，特別是它的門齒和臼齒的特征，將它鑒定為劍齒象。這是劍齒象的一個新種，由于它發(fā)現(xiàn)于黃河邊，因而研究人員就給它取名為“黃河劍齒象”，俗稱黃河象。黃河古象是世界上已發(fā)現(xiàn)的保存最完整的劍齒象之一，就連長度20多厘米的舌骨也保留了下來，甚至在100多塊腳趾骨上，直徑只有3厘米的末端趾骨都完好無損。復原裝架的黃河古象身高4米、體長8米、門齒長3米多，這也是我國目前發(fā)現(xiàn)的最大一具古象化石。與黃河古象共生的動物還有鴕鳥、嚙齒類、原脊象、駱駝、羚羊、真馬和長鼻三趾馬等。生態(tài)環(huán)境非常類似現(xiàn)代非洲的撒哈拉大沙漠稀樹草原環(huán)境。推測這個動物群的時代為新近紀的上新世晚期至第四紀早期，距今約250萬年左右。

展廳后半部陳列的埃氏馬，是以甘肅東鄉(xiāng)龍擔地區(qū)的發(fā)現(xiàn)命名的，正型標本的材料為完整頭骨及下頜骨，成年雄性，年齡約12歲。補充材料有年齡約8歲的成年雄性、成年雌性的頭骨、老年雄性的頭骨等。埃氏馬是歐亞大陸已知最大的真馬。它的最大特征是頭骨巨大，頭基長平均為61.4厘米，與頭骨相對應的下頜骨也非常長大，平均值為57.3厘米。面部和吻部相當長，從測量的眶前指數看，埃氏馬的面部和吻部是真馬中最長的，這一特征有助于體型巨大的它們在吃草時隨時用眼睛保持對周圍情況進行觀察。此外，龍擔埃氏馬還有一些獨特的特征，如牙齒中的上臼齒原尖就比所有古馬的都要長，這種馬按其頭骨比例推測它的掌骨相當短等。這些特征都具有重要的進化和生態(tài)意義。展廳陳列的是保存非常完整的埃氏馬頭骨，長57厘米、寬16厘米、高32.5厘米。和政古動物化石博物館則保存了一件目前最長的頭骨化石，達到72厘米。埃氏馬的生存時代為第四紀的早更新世，距今約255萬至216萬年。共生的哺乳動物有小哺乳動物、靈長類、食肉類、奇蹄類、偶蹄類等20余種。這個動物群的構成與國內其他早更新世時期的動物群都不同，體型巨大的動物占有很大比例，食肉類動物占到半數以上，耐寒動物居多，動物群的生活環(huán)境為一個寒冷的高纖維硬草植被環(huán)境。

“甘肅古生物化石展”還有許多具有重要科研意義的化石標本，限于篇幅本文僅將在國內外有重大影響的化石做一簡要介紹，以期讓讀者對化石的科學知識有所了解。

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