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保存有寒武纪时期软体动物的伯吉斯化石(距今5亿多年)

时间:2022-11-28

伯吉斯动物经过严重挤压,当然也是扁平的它们缺乏硬体结构,还要承受水以及将其深埋的沉积物的重压,所以,我们不能指望其三维结构能得以较好的保存

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有一种常见的误解认为,软体构型动物化石通常形成平展的碳质膜,以这种形式保存于岩石的表面。伯吉斯动物经过严重挤压,当然也是扁平的——它们缺乏硬体结构,还要承受水以及将其深埋的沉积物的重压,所以,我们不能指望其三维结构能得以较好的保存。

但是,伯吉斯动物化石并非都是完全扁平的。有了这一发现作为事实基础,惠廷顿才有可能用上一种方法,使它们的结构得以揭示。(伯吉斯动物的软体结构不以碳质的形式保存,而是经过一种未为人知的化学过程,使原来的碳被铝和钙的硅酸盐取代,形成一暗色的反射层,且不影响解剖学结构细节的精致保存。)

一些动物的三维构架可以被保存下来。对于这一事实,沃尔科特从未认识到,即便有,也十分模糊。他把所有的伯吉斯化石看作平展的薄片,所以他筛选标本,寻找他认为身体朝向(orientation)最佳的标本。毕竟,保持那样的体姿,能最好地展示解剖学结构(或者说最不令人困惑)。对于两侧对称的动物,最佳体姿,通常就是伸展得彻底、铺展得最扁平的。他不采用那些动物斜向和正面朝上的标本,认为不同的结构和表面被压到地层的一个平面后,形成的一层膜无法解析。而顶视方向(背朝上体姿的背面观)完全不同,它能使不同结构的特征显示得最为明晰。

沃尔科特通过研究照片来诠释他的标本,而这些照片却时常被过度修描。惠廷顿的团队也大量照相,但主要用于发表,而非作为主要研究工具。实际上,对伯吉斯标本拍照,并不能获得理想的效果。这些照片,无论是将其放大,或是用滤光处理,能从中获取的信息都很少,不如标本本身。照明源位置不同,硅酸铝表面反射的光也不同,若将照明源位置调高,看到的影像较灰暗;调低,则更加明亮。

直接观察标本,通过调节照明源高度,来回比较,可以获得分辨程度更高的影像于是,惠廷顿采用一种最古老的方法,作为他研究诠释标本的主要方式——耐心细致地手绘标本图。这种方法所需的基本仪器设备叫显微描绘器(camera lucida,也叫投影描绘器),惠廷顿使用的机型与沃尔科特用过的没有什么不同,跟矿物学家W.H.沃拉斯顿 [1] 在1807年发明的原型比,也没有多少改进。显微描绘器,简单地讲,就是能把实物影像投影到一个平面的一组镜子。

您可以把它接到显微镜,把镜下所见的影像投射到一张纸上。就这样,当您绘制动物标本图时,标本实物及其在纸上的映象同时出现在眼前,您的视线不必离开目镜,也不用来回转头。惠廷顿和他的团队大规模使用这种技术,对研究的每一个物种的每一件标本进行了绘图。同时观察多种细小的标本不是件容易的事,得把它们一个个放大。不过,可以把一系列标本绘图放到一起研究。

惠廷顿将显微描绘器绘图技术与一整套方法相结合,而选择那些方法,都基于他对伯吉斯动物化石保存的认识——动物的三维结构得以保存下来,那些化石不仅仅是地层里一个平面上的平展薄片。下面,我以对西德尼虫(Sidneyia inexpectans )的研究为例,向大家展示这套方法在研究中如何实用,威力有多强大。西德尼虫是伯吉斯页岩里最大的节肢动物,沃尔科特如此命名,是因为第一件标本由其子西德尼发现。

工作主要涉及以下三个环节:

若果真如沃尔科特所言,所有解剖学结构被挤压成一层膜,那么,对化石进行重构,就好比让被压路机擀平的动画形象恢复成之前的样子。但是,在幻想世界里对傻大猫管用的招数,在现实中的页岩石板上无法复制。幸运的是,伯吉斯化石不像通常那样只保存在地层的单一平面上。在被淤泥吞噬后,深埋其中的动物身体朝向各有不同。

淤泥通常会浸入动物各组成结构,沉积物形成的薄面将它们隔成一系列微层——壳层往下挨着鳃层,鳃层往下挨着足层,如此一来,三维结构得以保存,即使在后来遭受淤泥的挤压,也能保持。利用小凿或者(与在牙医那儿见到的类型区别不大的)十分尖的震动钻(vibro-drill),小心地将标本的最上面几层揭走,表层之下的内部结构就显现出来。(揭走的层面通常只有微米级的厚度,这项十分细致的工作也可以利用针尖手工完成——一粒一粒地挑、一片一片地凿。)

一些节肢动物本身就十分扁平,但西德尼虫不同,重构的结果(图3.3)显示,它的结构相当立体。最外一层是半圆筒状的壳,略呈拱形,将软体结构覆于其下。由于受到强度巨大的自然挤压,标本有相当程度的裂损,鳃足二枝已有部分从壳的破裂处伸出。但布鲁顿发现,要揭示完整的解剖学结构,还是得将标本凿开。

很多海洋节肢动物的附肢通常分为两部分,靠外的一部分着生有鳃,用于呼吸与游弋,靠内的是步行足,但也常用以取食。

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