[科普中国]-粪化石

简介

粪化石(coprolit)即是石化的动物排泄物，通常被归入遗迹化石。粪化石虽然具有立体的形态形似实体化石。但它们不是生物体本身，习惯上不归入实体化石。

粪化石这一概念，最早由巴克兰德(W . Buckland)于1829年提出，用于描述一些发现于英国多塞特郡莱姆里杰斯(Lyme Regis)地区的下侏罗统地层(约1.9忆年前)中的特殊化石，是一种旋绕体，具有一种应当在呈柔软状态时经过爬虫类或鱼类肠子排出而形成的形态。该旋绕体长期被认为是松科毬果化石或牛黄石，巴克兰推测为粪便成因。经分析进一步确认类似鬣狗的粪便，并发现该化石基本上由磷酸钙和碳酸钙组成，常常含有未改变的骨屑。巴克兰将其命名为coprolite，乃取自希腊文kopros(粪便)和lithos(石头)而成。在巴克兰德研究之前这些化石曾被描述为冷杉球果的化石，而巴克兰德可能是第一位阐述这些化石的直正属性的科学家。

在判断粪化石时，其大小、化学组分并不是重要的依据，我们需要综合多方面的因素来考虑，包括其内部组分外表面上保存的结构，周困相关的沉积环境等，比如内部所含的鱼鳞、贝壳、骨骼碎片，或是其他未被消化的食物残渣通常都是有效可靠的判断依据。1

外观形态动物排泄物的外观形态原本就呈现出多样性，它们在沉积、成岩过程中亦会发生变形，因此导致了粪化石的外观形决更具多样性。

大的粪化石直径多在2-5厘米之间；小的粪化.石又被称为粪粒，直径多数小于5毫米。

常见的有鱼、爬行动物和哺乳动物的粪化石，粪化石大于粪粒，多为卵圆形或长条形，棕或黑色，大都由磷酸钙组成。各类脊椎动物的食物及消化道特点不同，故其排泄物也常有一定的形状、特征。有些鱼粪化石为螺旋状，哺乳动物粪化石一般呈椭圆形至长条形，其中属于食肉类的常有骨骼碎渣，而食草类的则全由植物的纤维状构造物质组成。粪化石通常呈棒形或雪茄形，坚硬致密，颜色从浅黄到深褐。只有极少数情况下能把排泄粪便的动物准确确定，多为爬行动物和肉食哺乳动物。1

形成原理动物排泄物一般细长、松散、柔软和易碎，被保存为化石的概率很低，它们易被外部环境所破坏，此外其内部的微生物(以细菌为主)也会破坏其中的有机物质。另一方面，正是由于细菌的作用，产生了磷酸盐、硫化铁等副产物，使得原本松软的排泄物被矿化(主要是磷酸盐化)，而得以被保存下来。这一情况在缺氧的环境中更为常见。

细菌的矿化作用是在成岩过程的早期完成的，在其后漫长的成岩过程中，动物的尸体、贝壳、甚至是骨骼可能被压扁了，粪化石却仍能保持原始的三维形态。粪化石中未被消化的软组织也可能以三维形态被保存下来，比如羽毛、皮肤组织，肌肉组织和昆虫的外骨骼等。植食性动物的数量远远多于食肉性动物,然而食肉性动物的排泄物被保存为粪化石的几率更高，这是因为其排泄物中的食物残渣以骨骼与肉类为主,它们富含钙与磷，为排泄物的矿化提供了原生的矿物质来源，使其最终被全面转变为磷酸钙。

快速埋藏条件对粪化石的保存极为重要，所以水生动物的粪化石的保存几率远远高于陆生动物。陆生动物的排泄物往往会暴露在空气中，经历风化与破坏,等不到被埋藏，更加等不到成岩过程,因此保存为化石的可能性更低。

粪化石外表面上保存的结构，可能指示排泄物被排泄后所降落的介质，比如植被或是岩石，它们会在松软的排泄物外表面上留下三维的印痕，这也为我们认识当时的环境提供了有用的信息。1

判断依据在判断粪化石的来源时，外观形态不是有效可靠的依据，不同动物的排泄物，可能具有非常相似的外观形态。粪化石的大小、内部组分、沉积环境能在某些程度上提供排泄物可能的主人的信息,至少可以令研究者在大类群上做出区分。

根据粪化石的大小，研究者可以估算猜测排泄物主人的体积。有一点是显而易见的，体积小的动物无法排泄出体积大的粪化石。食肉性动物的排泄物与植食性动物的排泄物通常易于区分，因为食肉性动物的排泄物是磷酸盐性的，且含有鱼鳞、贝壳和骨骼碎片等。不过，食肉性动物的排泄物中的组分，更多的提供的是被捕食的猎物的信息，而不是排泄物主人(即是捕食者)的信息。

粪化石多呈纽状或松散的小球形，其中含有作为食物而未消化的其他生物的遗骸（北美泥盆纪鱼的粪化石中有硬鳞鱼的鳞），可以用来推测食性，在判断肛门基本形状方面也有重要作用。因为大部分是由磷酸钙构成，所以有时单独的磷酸盐团块称为粪化石。在英格兰（England）北部最上部侏罗纪有称为粪化石层的地层。2

化学组分粪化石最主要的化学组分为磷酸钙，还含有有机物、碳酸盐、铁的氧化物、镁的氧化物、二氧化硅、粘土和海绿石等。其中的有机物,主要是食物残渣，一部分会在成岩过程中因为交代而发生变化。有机物的保存情况与多寡,与其在消化过程、成岩过程中所经历的时间长短相关。1

研究意义从粪便中走出的人类历史动物粪化石可以帮助我们了解动物的生活习性，人类粪化石当然也可以帮助我们了解古人的相关信息。北美最早的人粪化石距今有143万年，这块来自于美国俄勒冈州东部洞穴中的化石提供了迄今有关人类开拓美洲大陆的最早证据。研究人员甚至从粪化石中提取出DNA。这可能有助于揭开有关第一批美洲人的旷日持久的谜团。

而在欧洲，1972年，人们在英国的约克郡挖出一块长约23厘米的人粪化石，这块化石最初被认为是一块有年头的精炼炉渣，但最终被考古学家确认为一块有1000多年历史的矿化人类粪便。1000多年前，包括约克在内的英国东北部地区在维京海盗统治之下。因此，考古学家推断，这块千年人粪化石来自于维京海盗。这块化石又硬又粗，考古学家据此推测这个粪便的主人大概是好几天都没大便了。此观点显然有一定道理，因为当时的海盗毕竞整日忙于奸杀抢掠，估计连大便的时间都没有。听，粪化石在缓缓诉说着这个世界的历史。从粪便中，我们发现了更加栩栩如生的“失去的世界”。3

人类粪化石1972年工人们在为英国约克的劳埃德银行挖一个新金库过程中居然发现了人类粪化石。这块化石长9英寸(约合23厘米)，最初被认为是一块有年头的精炼炉渣，经过分析，它的真实身份最终浮出水面，竟是一块有着1000多年历史的矿化人类粪便。古粪便学家安德鲁·琼斯指出：“这是我曾经见过的最令人兴奋的粪便。它的价值相当于王冠上的宝石，价值连城，这绝不是在开玩笑。”

奢华的恐龙粪表粪化石不仅因其特别的史料价值得到了考古学家的垂青，竟然还能跻身于时尚行列。粪化石因为石化中含二氧化硅等成份，所以极容易变成类似玛瑙(玛瑙就是由二氧化硅结晶而成)的石头。打磨抛光后的粪化石首饰往往非常漂亮，绝不逊色于其他首饰。

最近，瑞士一个著名的钟表设计师就打算用恐龙粪化石打造一款时尚的手表。这块表的外壳将采用生活在距今约一亿年前的食草恐龙的粪化石打磨，而表带的原材料则取自于一种生活在美国境内的海蟾蜍的皮肤。目前预计这种手表的价格将超过一万美元。

稀有有时候就是一种时尚，粪化石很幸运地拥有了这么一种力量。某种意义上，我们也要感谢恐龙。如果不是它们花时间“生产”这些“原材料”，制造商又用什么来制造粪化石首饰呢？3