化石的形成
动、植物死亡以后,埋在泥沙里,伴随时间的推移,动、植物尸体就会随着泥沙的沉积慢慢被埋在地球深处。因为这里的压力相当大,温度十分高,沉积的泥沙慢慢变成了一层岩石,地质学上叫地层。而动、植物的坚硬部分——骨骼以及贝壳等也伴随泥沙慢慢变为地层且像岩石一样坚硬;动、植物的那些柔软部分,例如叶子等,也会在地层中留下印迹。这种伴随地层而形成的留有原动、植物印迹的石头,就叫做化石。
化石形成后,无论地球上发生什么样的变化,它也不会改变。所以,化石成了记录地球历史的特别文字。依据这些特别的文字,人们就能了解地球的年龄及当时的一些情况。如:在喜马拉雅山上找到了龙鱼的化石,但龙鱼是2亿多年前生活在海洋中的动物,因此证明了整个喜马拉雅山区,在2亿多年前曾经是一片汪洋大海。
化石真的完全被石化了吗
很久以前,人们在磨象牙化石时,偶然发现每当加水少或干磨时就会有类似于毛、角、爪烧着的气味,所以,人们便开始怀疑化石也许不是真的都石化,或多或少保存着生命有机体残余。直到20世纪50年代后期,古生物学家已经开始使用电子显微镜观察化石,他们看到了一些骨骼以及牙齿化石中有保存相当好的有机物——胶原纤维,还看到胶原纤维独特的横纹。而且,在海生动物化石中也同样观察到细胞的结构。
化石在研究生命起源的过程中存在着十分重大的意义。如采用古生物化学、同位素年代学以及有关技术,从而确定岩石年龄以及岩石中的有机分子和生化组成等,能够为生命起源研究提供一些线索,只要有少许的发现也是相当直接的见证,可以成为相当珍贵的材料。不但这样,古生物化石在煤矿、油田的勘探上具有重大的现实意义。在相当数量的大化石地层之中,有许多的孢子以及花粉化石,因为外壁有一种特别的“孢粉素”而成为没有石化的化石。人们通过对它们的古生物进行化学研究,从而恢复其所在地的古地理环境,可以用来指导勘探。甚至,通过对原油中的孢粉分析,不但能够确定生油的地质年代和成油的古地理环境条件,还能够了解原油的流动、运移情况。此外许多低等植物如藻类的化石在油田勘探中都被十分广泛地应用。
世界最大的多层化石森林
以喷泉闻名的美国黄石公园,有一片世界最大的化石森林。那一棵棵石质树木,挺立在岩石上,如同一支接受检阅的部队。在100平方千米范围内,成片的化石森林就有27群。更为奇怪的是,往下发掘,还有化石森林,挖了一层又见一层,迄今已发掘出12层;愈是下层,树种愈加古老。一些枝叶和毯球果仍保持着原状,现已鉴别出100多个种属,其中有赤杉、槭、橡树等。
这种直立型的化石森林,是在火山作用下形成的。正在河谷中生长的古代森林,突然受火山爆发的侵袭,枝叶被烧焦,树干因强大的根系钉在地下而挺立着。火山灰掩埋了森林,可溶性矿物质渗入树体,排挤掉纤维质,最终取而代之,将整棵树都变成化石。地下树木在缓慢石化过程中,地面火山灰废墟上又会长出新的树林。新森林又像前辈一样被火山爆发吞没。历史一再重演,化石森林一层叠一层地形成了。
我国保存完整的化石森林
北京延庆下德龙湾,是我国化石森林保存完整的地区之一。在古老的北山上,“森林”延伸2000多米,一根根树桩露出地面,一般出土1米左右,最大直径2.5米,小的有60厘米。树桩年轮清晰,表面呈褐黄色或灰白色,大部分埋在灰色页岩和黄绿色砂岩中,分布相当集中。树木的石质由石英、蛋白石、玉髓等组成,异常坚硬;连凹凸不平、厚约1厘米的树皮也完整地石化,保留了本来面目。切片观察,木质细胞历历在目,属于松柏、苏铁、银杏之类裸子植物。成因也属于“火山起源”型。大约1.5亿年前,北京地区属于北亚热带气候,森林繁茂,时值强烈的燕山运动时期,地壳运动强烈,火山大爆发,森林被埋地下,在绝氧的条件下,矽侵入植物体而成了石质木头。
化石与生物进化论
生物进化从低等到高等,从简单到复杂,其依据就是一整套化石。1832年8月,达尔文航行到南美阿根廷的彭塔阿尔塔地区,发现了许多早第三纪时期的巨大陆生哺乳动物(大树懒、磨齿兽、箭齿兽之类)遗骸,并且将这些遗骸和现代的当地类似哺乳动物对比之后,促使他坚信生物演化的规律,为他创立生物进化论找到有力证据!
再如100多年前,1861年、1877年相继发现的始祖鸟化石,对恩格斯在撰写《自然辩证法》,阐述生物演化的“中间环节”时,作出关于生物进化从量变到质变的正确论断又是多么有力的论证。
从化石可以知道,32亿年前已出现似藻类环状体和球状体,31亿年前存在蓝绿藻,后者和现生的念球藻相似。18亿年前,出现真核细胞生物,藻类开始繁荣。约6亿年前,海绵动物、腔肠动物、环节动物和节肢动物等无脊椎动物均已出现,其中腔肠动物最多,说明此时或更早些时候动物界已经完成了从单细胞进化到多细胞的飞跃阶段。进入古生代以后,几乎所有的动物化石都找到其代表了:
最早的脊索动物化石,具有雏型的原始脊索,为脊椎动物的前身,出现于距今5亿4千万年前的中寒武世。
最早的脊椎动物——无颌类,出现于距今4亿4千万年前的中奥陶世。
最早的鱼类,即棘鱼,从其头骨构造可以看到从无颌类进化到有颌类的特征,出现于距今4亿年前的中志留世。
最早的陆上植物是光蕨,出现于志留纪晚期。泥盆纪中期,即出现原始的裸子植物。
最早的两栖类,即鱼石螈,出现于距今3亿6千万年前的晚泥盆世,可以作为从鱼类进化到两栖类的过渡类型。
最早的爬行类是杯龙类,出现于距今3亿年前的晚石炭世,但发现于早二迭世的蜥螈具有从两栖类进化到爬行类的特征。
最早的鸟类,即始祖鸟,出现于距今1亿5千万年前的晚侏罗世。
最早的哺乳动物代表,如属于梁齿类的摩尔根兽,具有从爬行类演化到哺乳类的过渡性质。而出现于距今2亿年前的晚三迭世并在我国云南禄丰发现的卞氏兽,虽属于爬行类,但在很多特征上(诸如牙齿的分化),可以看到哺乳类的特征。
人类的演化,分为三个阶段:最早是南猿阶段,即非洲南猿(旧译南方古猿),出现于距今约300万年前;第二阶段是直立猿人,包括元谋猿人、北京猿人、蓝田猿人等,出现于距今约170万年前或更早;第三阶段为智人阶段,尼安德特人、山顶洞人均为其代表,出现于距今约15万年前以至几万年前。今后,还将继续演化,无穷无尽。
至于各门类中具体种类的系统演化历程,基本上也都有化石可证,特别是哺乳动物中的象、马、犀等化石记录最为完整,是研究生物进化的珍贵材料。
从化石中发现恐龙
恐龙化石和恐龙蛋化石,堪称世界上最有名的古生物化石。从风靡全球的影视大片《侏罗纪公园》到日本的《白垩纪恐龙》,从四川大山铺恐龙博物馆到河南西峡恐龙蛋化石中恐龙基因片段的发现,几十年来,恐龙及恐龙蛋化石,成了海内外人们心中的化石明星。
1770年的一天,荷兰人在圣彼德山挖着白垩土,一个巨大的动物下巴出现在眼前,上面长满了利剑般的牙齿……25年后,法国人把这块闻名欧洲的化石抢到手,经过年轻的古生物学家居维叶研究,认为它是生活在中生代的一种爬行动物,并起名叫苍龙。此后,各地人们越来越多地发现这种巨大动物的骨骼化石。1842年,英国的一位生物学家欧文总结了这些发现,提出在中生代地球上曾生活过奇形怪状、模样恐怖的大型爬行动物,他给它们起了一个总的名字叫“DINOSAURS”,意为“可怕的蜥蜴”,中文译为“恐龙”。我国发现的最大的恐龙——梁龙,长25米;而1986年出土于美国新墨西哥州的地震龙,长约50米,堪称世界之最。