探秘恐龙时代的小侦探介形虫

　　在一亿年前的白垩纪时期，地球是一个与今天截然不同的世界。 开花植物和树木直到后期才进化为与针叶树、蕨类植物、苏铁和其他群体共存，而各种各样的恐龙是陆地上巨型动物的主要形式（图1 ）。 这些动植物生活的全球气候也非常不同：更温暖、更潮湿，而且两极几乎没有冰。
　　图1. 白垩纪恐龙化石
　　那么，科学家们是如何获知这段已经尘封了长达亿万年的恐龙时代呢？我们知道，了解人类历史可查阅史书记载，再往后则依靠考古发现（新旧石器等）。同理，恢复亿万年前的地球历史同样需要查阅＂地球档案＂，包括当时的沉积物、各类化石等（图2 ）。例如，找到了恐龙化石，可复原恐龙动物；找到了蕨类、银杏树叶化石，可恢复当时的植物面貌。
　　图2. 地质年代表示意图（引自 https://www.bilibili.com/read/cv12150073）
　　＂地球档案＂的典型代表是古湖泊沉积物，湖泊中长年累月沉淀下来的碎屑物质、动植物遗体等，经过沉积和成岩作用，形成了类似＂千层饼＂的沉积岩层（图3 ）。从底部到顶部的每一层沉积层由老到新记录了当时的各阶段历史。
　　图3. 白垩系火山-湖泊沉积（摘自 Zhou, 2006）
　　很多大型古湖泊沉积物通常会掩埋在数百到数千米的地下，科学家们想查阅这类＂沉积档案＂，则需要借助钻井取芯的方法。然而，动辄十几米甚至几十米的恐龙等大个体爬行动物，或者几厘米至几十厘米的鱼类等化石，在野外剖面中数量稀少，更难以在十几厘米中的岩芯样品中发现。
　　这时候，介形虫等微体化石的优势就体现出来了。介形虫外形长得像小豆子，分类上属于节肢动物门甲壳纲，具有可以完全包围整个身体的钙质双瓣壳（图4 ）。介形虫是最多样化的甲壳类之一（估计有超过20000个现生种，其中只有大约8000个被描述过），并且有约5亿年的化石记录，从奥陶纪开始，有超过65000个化石物种被描述。由于介形虫的个体通常只有0.4~2 mm，100 g的岩芯样品中可以找到成千上万个介形虫化石，有的岩芯层位甚至就是＂芝麻饼状＂的介形虫层，可以为科学家提供充足的研究材料。
　　图4. 部分代表性淡水介形虫壳体(引自 Horne, 2005). 比例尺为1 mm.
　　除了数量丰富外，介形虫还广泛分布于各种水体环境中，它们的生活、繁衍、迁徙等活动与水体环境和气候的变化息息相关。科学家们可以通过地质历史时期沉积物中保存下来的介形虫来恢复当时的古气候环境特征。例如：介形虫有自己固定的栖息地，从不到处漂泊，例如在深湖生活的种类很少到滨浅湖处栖居；在滨浅湖处生活的种类也很少到深湖去邀游。古生物学家根据介形虫的这一习性，就能估算出古湖泊的深浅。又如，介形虫在分泌生长新的钙质壳体时，壳体的组成物质来源于其生活的水体，也就是说，介形虫壳体的元素组成与生活时的水体中的元素组成相近，因此，可以测试介形虫壳体元素来恢复地质历史时期的水体特征、古气候温度等（图7 ）。
　　例如，被誉为＂金柱子＂的松科钻井在松辽盆地获取了累计达万米的岩芯样品，岩芯中保存的丰富的介形虫化石为相关的生物地层、古环境、古气候等研究立下了汗马功劳（图5~7 ）。
　　图5. 位于松辽盆地的＂松科三井＂钻井现场（摘自 Wang et al., 2021）
　　图6. 松辽盆地白垩系钻井岩芯与介形虫层（修改自 Pan et al., 2017）
　　图7. 松辽盆地松科1井介形虫的δ18O值与北大西洋浮游有孔虫的δ18O值（引自 Chamberlain et al., 2013）
　　参考文献：
　　[1] Wang, C., Y. Gao, D. E. Ibarra, H. Wu, and P. Wang (2021), An unbroken record of climate during the age of dinosaurs, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO158455. Published on 17 May 2021.
　　[2] S. Pan, S. Liang, L. Ma, C. Liu & H. Liu (2017) Genesis, distribution, and hydrocarbon implications of ostracod-bearing beds in the Songliao Basin (NE China), Australian Journal of Earth Sciences, 64:6, 793-806.
　　[3] Horne, D.J., 2005. Ostracoda. In: Selley, R.C., Cocks, R.M., Plimer, I.R., Encyclopedia of Geology. Elsevier, Oxford.
　　[4] Horne, D.J., Cohen, A., Martens, K., 2002. Taxonomy, Morphology and Biology of Quaternary and Living Ostracoda. In: Holmes, J.A., Chivas, A.R. (Eds), 2002. The Ostracoda: Applications in Quaternary Research. AGU Geophysical Monograph 131, 5–36.
　　[5] Chamberlain, C.P., Qiao, W.X., Graham, S.A., Carroll, A.R., Doebbert, A.C., Sageman, B.B., Blisniuk, P., Kent-Corson, M.L., Wang, Z., Wang, C.S., 2013. Stable isotopic evidence for climate and basin evolution of the Late Cretaceous Songliao basin, China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 385, 106-124.
　　[6] Zhou, Z.H., 2006. Evolutionary radiation of the Jehol Biota: chronological and ecological perspectives. Geological Journal 41, 377–393.