原創(chuàng) 劉森 十點科學

一坨糞便化石雖然不起眼，卻揭示出遠古海洋魚類錯綜復雜的捕食關系。新鮮的屎，也攜帶著關于生物體和周遭環(huán)境的豐富信息。

糞便化石在古生物學家眼中就是一座寶藏。｜Paul Blow

作者｜劉森 遼寧古生物博物館

走在路上踩到一坨屎，你會怎么辦？大概率會尖叫、跳開，大罵“Shit”！屎對我們可能不是什么好詞，但古生物學家可不這么想，尤其如果撿到的是一坨兩億多年前的史前屎。

2020年10月，英國布里斯托大學的科學家就走了這樣的“狗屎運”，他們不是撿到了一坨屎，而是數(shù)百坨。通過對這些屎——現(xiàn)在已是化石——進行 CT 掃描（電子計算機斷層掃描），他們發(fā)現(xiàn)，布里斯托地區(qū)曾經(jīng)乃是一個“大魚吃小魚、小魚吃蝦米”的殘酷海洋世界，揭示三疊紀晚期各種魚類之間錯綜復雜的食物網(wǎng)。

詳情發(fā)表在29日的《地質(zhì)學家協(xié)會會刊》。

01.

從糞便化石發(fā)現(xiàn)誰吃了誰

動物骨骼化石記錄著生命演化的傳奇，相對來說，一坨糞便化石雖然不起眼，卻可以提供骨骼化石無法提供的獨特證據(jù)。

對糞便化石的研究可以追溯到近200年前。當時，英國牛津大學的地質(zhì)學教授威廉·巴克蘭注意到化石獵人瑪麗·安寧發(fā)現(xiàn)的魚龍和蛇頸龍化石，它們的腹腔中保存有許多深灰色的小石頭，里面偶爾還夾雜著骨頭和魚鱗。巴克蘭認為，這些小石頭都是古生物糞便，并創(chuàng)造了 “Coprolite”（糞化石）這個詞。

地質(zhì)學與古生物學家威廉·巴克蘭（左），開創(chuàng)了對糞便化石的研究。他研究的很多樣本來自化石獵人瑪麗·安寧（右）。｜圖片來源于網(wǎng)絡

想知道古生物吃什么，骨骼結(jié)構能告訴我們一些間接證據(jù)，例如，肉食動物往往有尖牙利爪，植食動物則有適合咀嚼堅韌葉片的牙齒。但若要進一步了解動物吃過什么，消化物或糞化石上的殘留物才能提供更直接的證據(jù)。

瑪麗發(fā)現(xiàn)的魚龍糞便化石，就透露出它的食譜里有魷魚，因為其中的黑色色素和魷魚的墨汁有相同的化學成分。最近在在美國蒙大拿州發(fā)現(xiàn)的距今7500萬年的鴨嘴龍糞便化石，則透露出這種生活在白堊紀時期的鳥腳類恐龍，并非人們一直以為的“素食主義者”，而是會吃甲殼類動物打牙祭，來補充蛋白質(zhì)和鈣以維持骨骼和肌肉生長。

而這次布里斯托大學的科學家們發(fā)現(xiàn)的幾百坨史前屎，更是揭開了其主人們之間復雜的捕食關系，一幅遠古生物的生活畫卷，仿佛鋪開在我們眼前。

02.

數(shù)百坨屎描繪遠古時期食物網(wǎng)

研究表明，英國布里斯托大學發(fā)現(xiàn)的這堆史前屎，形成于兩億多年前的三疊紀晚期。曾經(jīng)生活在這片海洋里的古代魚類和鯊魚，幾乎都是食肉動物，它們的糞便化石中包含各類骨骼、鱗片和牙齒。

其中一塊微小的糞化石長度只有一厘米，卻包含有三塊骨頭：一塊是一種魚的有結(jié)節(jié)的頭骨，還有兩塊來自厚椎龍——一種小型海洋爬行動物——的尾椎骨。可以想象這坨糞便的制造者，先是吞掉了一條魚的頭部，又咬住了一只游過來的厚椎龍，咬掉了它的一大塊尾巴。

頗令人驚奇的是，這些骨頭和鱗片幾乎完全沒有受損。今天的大多數(shù)吞食者，比如鯊魚、鱷魚或虎鯨，都會用胃酸把骨頭溶解掉；但這些古老的魚類，卻似乎并沒有進化出這種功能。可以想像它們排便的過程一定非常痛苦，因為其中布滿了大塊骨頭。

研究人員還第一次發(fā)現(xiàn)了一些螃蟹和龍蝦的糞化石，從而拼湊出完整的食物網(wǎng)：海洋爬行動物和鯊魚以小魚為食，而小魚又以更小的魚和龍蝦為食。一些動物的牙齒結(jié)構表明，它們以牡蠣和其他軟體動物為食。

根據(jù)魚糞化石重構的海洋魚類食物網(wǎng)。紅色、黑色箭頭為推測，藍色表示有確定的糞化石證據(jù)。｜Marie Cueille and Mike Benton

03.

屎里面有“新世界”

對古生物學家而言，糞化石是珍貴的遠古遺跡，在時間長河中保存下來不容易。大部分生物的屎都是柔軟的排泄物，只要經(jīng)歷一番風雨就可能消失無蹤，如果不幸被其他動物踩踏，成為不朽化石的“遠大前程”也會被斷送。此外糞便中還寄居著大量微生物，持續(xù)蠶食著剩余的有機質(zhì)。

所以想要幸運地留存下來，這坨屎往往是巧合地被埋藏到了地下，其間殘留的有機質(zhì)被逐漸分解，并被外來礦物質(zhì)填充，經(jīng)過幾十萬甚至幾億年的時間終于凝結(jié)成化石。

不過，糞化石固然珍貴，新鮮的屎也并非一無是處。它里面同樣包含著豐富的信息。

比如，野生動物的糞便中就包含著其主人的生物信息，可以幫助科學家確認動物種類。他們中的一些人，據(jù)此還把蒼蠅變成了天然的“環(huán)境勘測無人機”——它們鐘愛吃糞便和腐肉——來了解一個地區(qū)動物的排便和死亡情況，從而更有效地保護瀕危物種。

黃石國家公園風光，科研人員已經(jīng)利用蒼蠅在此檢測出多種哺乳動物。|來自網(wǎng)絡

前段時間人們發(fā)現(xiàn)呆萌可愛的大熊貓，竟然喜歡在糞堆里打滾，這也與屎中的一種特殊物質(zhì)有關：因為馬糞中的β-石竹烯和石竹烯氧化物，可以抑制大熊貓身體里的冷覺感受器，鈍化對寒冷的感知，從而幫助熊貓御寒。

而屎也是我們?nèi)梭w的健康指標，它的顏色、氣味、形態(tài)都記錄著我們之前的飲食狀況，也映照著腸道內(nèi)的環(huán)境，因為糞便的固體物大部分是從腸道脫落的細胞和死掉的細菌。糞便中檢測到紅細胞，可能預示著結(jié)腸炎等病癥；檢測到巨噬細胞，則可能意味著有直腸炎的風險。

盡管“屎”總是亂糟糟臭烘烘，讓人避之不及，但它里面確實可能別有風光。剛剛過去的2020年，我們就沒少罵“shit”，但，誰說得清呢？也許，它是一個警示。所有磨難，都是美好明天的鋪墊。

編輯 | 陳天真

責編 | 高佩雯

參考資料：

[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

文章由“十點科學”（ID：Science_10）公眾號發(fā)布，轉(zhuǎn)載請注明出處。

原標題：《屎里面別有洞天，幾百坨屎繪出遠古食物網(wǎng)》

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