古代生物消化系統(tǒng)“三劍客”牙結(jié)石、胃容物和糞便化石里的秘密

在古生物學(xué)與考古學(xué)領(lǐng)域，隱藏著哪些神秘的線索？有沒(méi)有一種方法，可以讓我們了解古生物如何生存，吃什么，甚至推測(cè)當(dāng)時(shí)的環(huán)境狀態(tài)？哪些化石能夠在億萬(wàn)年后依然保存著古生物的飲食痕跡？它們就是3位古老的“信使”——牙結(jié)石、胃容物和糞便化石。

牙結(jié)石：飲食與健康的“時(shí)光寶盒”

牙結(jié)石是由殘留的食物顆粒與口腔中的微生物和唾液混合，在牙齒表面逐漸沉積而成的。

通過(guò)對(duì)牙結(jié)石進(jìn)行元素分析、化學(xué)成分鑒定，能夠確定其中包含的物質(zhì)，進(jìn)而推斷古生物所攝入食物的種類(lèi)，以及生存環(huán)境中的化學(xué)元素分布情況。

分子生物學(xué)技術(shù)也被應(yīng)用到牙結(jié)石的研究中，通過(guò)提取牙結(jié)石中的古DNA分子或古蛋白質(zhì)（關(guān)于古DNA分子詳見(jiàn)本期《分子考古學(xué)家的科研日常》），嘗試重建古生物的遺傳信息和生理特征，從而更深入地了解它們的生存狀態(tài)和演化歷程。

東亞早期現(xiàn)代人的“菜單”

以湖南省道縣福巖洞出土的人類(lèi)牙結(jié)石為例，科研團(tuán)隊(duì)借助先進(jìn)的技術(shù)手段，從中分析發(fā)現(xiàn)了橡子、塊根塊莖等多種植物的淀粉粒。這說(shuō)明，在距今12萬(wàn)～8萬(wàn)年前，東亞早期現(xiàn)代人已經(jīng)開(kāi)始廣泛利用富含淀粉的植物資源了。

可以想象，在艱難的環(huán)境中，東亞早期現(xiàn)代人展現(xiàn)出了驚人的適應(yīng)能力和創(chuàng)造力，他們努力尋覓著食物資源，學(xué)會(huì)了識(shí)別可以安全食用的植物，憑借著智慧與勤勞在這片土地上堅(jiān)韌地生存著。

遠(yuǎn)古“草食英雄”：施泰因海姆嵌齒象的生態(tài)適應(yīng)之路

現(xiàn)代象類(lèi)的祖先——施泰因海姆嵌齒象，它們的牙結(jié)石更是有著獨(dú)特的故事。科學(xué)家在其牙結(jié)石中發(fā)現(xiàn)了草類(lèi)的植硅體（某些高等植物從地下水中吸取了可溶性二氧化硅，二氧化硅會(huì)沉淀于植物細(xì)胞內(nèi)部或者外部位置，從而形成含非晶態(tài)的二氧化硅顆粒），表明它是純粹的食草動(dòng)物。

施泰因海姆嵌齒象生活在距今約1600萬(wàn)年的新疆準(zhǔn)噶爾盆地。那時(shí)，準(zhǔn)噶爾盆地的大部分區(qū)域還是溫暖濕潤(rùn)的森林，大規(guī)模草原尚未出現(xiàn)。施泰因海姆嵌齒象卻大膽地選擇以草為食，這種獨(dú)特的食性在當(dāng)時(shí)極為罕見(jiàn)。

隨著環(huán)境的變化，該地區(qū)出現(xiàn)了小范圍的草原，施泰因海姆嵌齒象因提前適應(yīng)吃草而得以生存。

為更好地適應(yīng)吃草生活，它們的牙齒不斷進(jìn)化，齒冠變高，釉質(zhì)齒板排列更密集，形成了巨大而耐磨損的磨盤(pán)般臼齒結(jié)構(gòu)，提高了對(duì)食物的消化效率，從而存活了下來(lái)，成為現(xiàn)代象類(lèi)的祖先。

胃容物：

飲食的“直接密碼”

胃容物就像是古生物飲食的直接密碼，能讓我們確切知曉古生物在死亡前的最后一餐。通過(guò)分析胃容物中的植物種子、果實(shí)、葉子、昆蟲(chóng)、小型動(dòng)物等，可以確定古生物的食性——若胃容物中主要為植物材料，該古生物可能是草食性動(dòng)物；若含有大量動(dòng)物骨骼和毛發(fā)，則很可能是肉食性動(dòng)物。胃容物還能提供古生物生存環(huán)境的信息，例如發(fā)現(xiàn)特定地區(qū)的植物種子，就能推斷古生物曾生活在那個(gè)地區(qū)。

熱河鳥(niǎo)與它的木蘭葉美食

熱河鳥(niǎo)生活在距今約1.2億年前，是除始祖鳥(niǎo)之外和鳥(niǎo)類(lèi)祖先最接近的一個(gè)支系，2002年，由我國(guó)古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)并以其原始的尾巴和化石產(chǎn)地命名。

熱河鳥(niǎo)有著靈敏的嗅覺(jué)，白天外出覓食，晚上回巢休息，體型與野雞十分接近。不同于有著一口鋒利牙齒的恐龍，它們只有幾個(gè)小小的牙齒；也不同于現(xiàn)在的鳥(niǎo)類(lèi)，它們擁有一條像恐龍一樣的、由20多節(jié)骨質(zhì)尾椎所組成的尾巴。

但熱河鳥(niǎo)究竟在食用哪種植物呢？答案藏在熱河鳥(niǎo)的胃容物中：科研人員利用植硅體分析、X射線、CT掃描、掃描電子顯微鏡、幾何形態(tài)分析等手段，證實(shí)熱河鳥(niǎo)的胃容物中保留了來(lái)自木蘭類(lèi)葉子的植硅體。

糞便化石：

消化系統(tǒng)的“最終謎底”

提到糞便化石，很多人首先會(huì)聯(lián)想到不好的氣味。但經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，糞便化石中的有機(jī)物質(zhì)已經(jīng)被礦物逐漸替代，并且在石化過(guò)程中，那些會(huì)產(chǎn)生臭味的揮發(fā)性物質(zhì)早已消失殆盡。所以，當(dāng)科研人員發(fā)現(xiàn)和研究糞便化石時(shí)，通常不會(huì)聞到臭味。糞便化石雖然看起來(lái)不太美觀，卻是古生物消化系統(tǒng)的終極產(chǎn)物，蘊(yùn)含著豐富的信息。

通過(guò)分析糞便化石的形狀、大小、成分等，可以推斷古生物的食性和消化方式——草食性動(dòng)物的糞便化石通常較大且形狀規(guī)則，含有大量植物纖維；肉食性動(dòng)物的糞便化石則相對(duì)較小、形狀不規(guī)則，可能含有動(dòng)物骨骼碎片等。

糞便化石還能反映古生物所處的生態(tài)環(huán)境，若其中發(fā)現(xiàn)特定的花粉或孢子，就能推斷古生物生活在該植物生長(zhǎng)的環(huán)境中。

糞便化石中的生物多樣性密碼

科研人員曾在河南省“許昌人”靈井遺址的鬣（liè）狗糞便化石中，發(fā)現(xiàn)豐富的動(dòng)物毛發(fā)、骨骼碎片以及植物纖維等。通過(guò)對(duì)這些物質(zhì)的分析，可以推斷出鬣狗的食物來(lái)源較為廣泛，既包括小型哺乳動(dòng)物，也有一定比例的植物性食物。這說(shuō)明，在特定的歷史時(shí)期內(nèi)，該地區(qū)展現(xiàn)出了豐富的生物多樣性，各個(gè)物種編織成一張錯(cuò)綜復(fù)雜的食物網(wǎng)。

此外，糞便化石還可能包含其他有價(jià)值的信息，如動(dòng)物的健康狀況、消化系統(tǒng)的特點(diǎn)等。對(duì)糞便化石的深入研究，有助于我們更加全面地認(rèn)識(shí)古生物的生存狀態(tài)和演化歷程。

牙結(jié)石、胃容物和糞便化石以不同的方式記錄著遠(yuǎn)古生命的歷史片段。它們的存在，使得古生物學(xué)與考古學(xué)不再僅僅是化石的堆砌與分類(lèi)，而成為一個(gè)活生生的、充滿細(xì)節(jié)的故事講述平臺(tái)。通過(guò)這些“信使”，我們不僅能夠了解到古生物如何生活、吃什么，甚至可以推測(cè)當(dāng)時(shí)的環(huán)境狀態(tài)，構(gòu)建起一幅幅生動(dòng)的歷史畫(huà)面。

（責(zé)任編輯 / 高琳 美術(shù)編輯 / 周游）