2019-11-20 11:37

在这颗三四厘米的琥珀里,我们居然发现了40多种生物

本文来自公众号:“SELF格致论道讲坛”(ID:SELFtalks)www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票,作者:王博,中国科学院南京地质古生物研究所。题图来自:视觉中国


琥珀像一个时空胶囊,封闭了远古的一个小小的三维场景。它又像一架照相机,将古代一个很瞬时的场景给捕获下来。


说起琥珀,我想大家都不陌生。www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票它是大家在日常生活中经常见到的一类宝石。在我国,琥珀又被赋予了一定的文化和神秘的色彩。


其实在我们琥珀研究人的眼里,琥珀就是古代的植物树脂化石。我们平常所见到的,比如一些松树,还有一些水杉植物,都可以产生树脂。




这些树脂被分泌出来以后,在沿着树皮往下滴落的过程中,偶尔会包裹进去一些小蚊子、小草等生物体,在很偶然的情况下,被埋入到土壤等沉积物中,经历了上百万年,甚至上千万年的地质作用,然后形成的最后产物,就是我们常见的琥珀。


www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票琥珀也是我的一个研究主题。有很多人问我,琥珀研究到底有什么用?我把答案放在最后讲,在期间也请大家思考一下这个问题。


琥珀是包裹着历史的时空胶囊


www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票在我还是研究生的时候,我研究的是岩石中的昆虫化石。岩石中的昆虫化石,就像右边这张图一样,它的化石都是二维的,也就是说像一个平面一样,就相当于我们把一个昆虫给踩扁了,所以很多细节我们看不到。



研究生阶段,我查了很多标本,阅读了很多文献,我们还鉴定了一类新的蝉——华翅蝉,但它的头部结构和生殖器结构,我们始终都不知道。尽管非常着急,但也没有办法,化石保存就是这样的。


后来,我在缅甸琥珀的一块标本中,发现了一模一样的同类标本。当时我非常兴奋,因为琥珀里面保存的标本都是三维的、立体的,而且非常精细。www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票这就可以解答长久以来所困扰我们的一些问题。


琥珀中保存的生物或者昆虫,能精细到什么程度呢?


大家可以看这张图,这是一个远古蛾子的标本,在它的翅膀上有很多鳞片,它的鳞片长度其实不到0.1毫米。



但是我们从照片上可以看到,这些鳞片被保存下来了,而且保存得非常精细。www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票所以我当时就决定,我要研究琥珀。



但在10年前,国内唯一已知琥珀在抚顺,即抚顺琥珀,而且已经很多年没有人研究了。所以我的导师就建议我去抚顺,收集琥珀。


在收集琥珀的过程中,我发现有一类琥珀,从颜色和内含物,都和典型的抚顺琥珀不一样。这类琥珀就是来自缅甸北部克钦邦的缅甸琥珀。



缅甸琥珀所处的时代,是在白垩纪的中期,大概就是一亿年前。缅甸琥珀里面包含了很多昆虫和植物,还有螃蟹、蝎子和蜗牛等。



此外,还有青蛙、壁虎,甚至还有恐龙或者鸟类的羽毛等,这些都是非常罕见,而且很少在琥珀中发现的生物体。


www.ff.bet_【官方首页】-发发彩票另外,它的里面还有一些,我们以前所没见到过的,所没想象过的一些生物。比如这张图里面就展示了一类带尾巴的蜘蛛。



我们知道现在所有的蜘蛛都是没有尾巴的,但是在缅甸琥珀中,我们却发现一类带尾巴的蜘蛛。这里的蜘蛛,也是我们现在已知蜘蛛的一个老祖先。


琥珀像一个时空胶囊,封闭了远古的一个小小的三维场景。它又像一架照相机,将古代一个很瞬时的场景给捕获下来。


所以我在研究琥珀的时候,感觉自己就像一个侦探一样,利用这些信息,来重建当时的昆虫的行为和样貌。


比如下面这张图,大家可以看出这是什么昆虫吗?我不知道有没有小朋友认识它们?有的小朋友说是豆娘,有的小朋友说是蜻蜓。



它其实是一类豆娘,当然豆娘和蜻蜓类似,但是比蜻蜓个子要小。我们看这张图里面的这个豆娘,它其实是雄性豆娘,脚很大,而雌性豆娘的脚是正常的。这类豆娘的近亲,在现生的缅甸还有分布。


在交配季节,雄性豆娘一般会在雌性面前翩翩起舞,然后使劲地舞动它们的大脚,谁跳的舞漂亮、谁的脚大就容易得到雌性的青睐。


所以,根据这些化石,我们就可以判断出来,在一亿年前,这些豆娘就已经有了这种复杂的求爱行为了。而且那时候的豆娘脚更大,可能跳的舞更漂亮。


有了对象以后,接下来就是结婚生子,然后就是照顾小宝宝了。其实照顾小宝宝这种行为我们把它称为育幼行为,这种行为也是人类社会的构成基础。对于昆虫来说,也是这样的。


很多昆虫也演化出了育幼行为。两年前我们报道了一个世界上最古老的昆虫育幼行为的直接证据。



这是一类介壳虫的琥珀。琥珀里面是一个介壳虫的母亲,在它的腹部,有一个很大的卵囊,在卵囊里面,还有很多未孵化出来的卵,还有已经孵化出来的卵壳。


最特别的是,在这个母亲周围,还分布着大概6个刚孵化出来的小介壳虫,从这枚化石证据我们就可以推断,当时这个母亲具有孵卵行为,它保护着这些卵。


另外,刚孵化出来的小介壳虫还被母亲照顾着。只不过它们的运气不好,突然一个大树脂掉下来把它们给糊住了,于是它们就变成了化石,献身于我们的科学研究了。通过这个标本,我们就可以复原出当时的介壳虫已经有了复杂的育幼行为。


除了这些行为,在自然界中,很多昆虫也演化出了很奇特的伪装行为,比如图里的这些昆虫。它们有时候会把植物碎屑、沙粒,甚至蜗牛壳背在自己身上,达到伪装效果,就像我们的解放军战士穿上了各种迷彩服一样。


这种行为看似简单,其实是很复杂的。大家可以想象一下,如果想具有这种行为,首先,这个虫子的智商必须足够高,它必须会辨认所需要的伪装物。


其次,虫子不像我们,有手有脚,它需要有特殊的身体结构,把这些伪装物准确地放到自己的背上。


最后,它的背上需要有一些特殊的结构或者物质,能够把这些伪装物给勾住或者黏在身上。所以人们一直认为这种行为演化得很晚,但出乎意料的是,我们在一亿年前的缅甸琥珀中发现几类昆虫,也演化出了此类的伪装行为。


这里展示的就是两个蛉类的幼虫。左边这个蛉类幼虫,身上背着很多小沙粒,右边的蛉类幼虫背着很多植物碎屑。通过它们身上的伪装物,大家能推断出它们的生活地点在哪儿吗?



这个背着沙粒的肯定是生活在沙堆附近,这个背着植物碎屑的肯定是生活在地面的植物碎屑丛中。所以通过伪装物,我们就可以知道它们的生存环境。


另外,这类昆虫具有很大的大牙,非常引人注意。因为它们是一类很厉害的捕食者,所以它们用这个伪装,既可以躲避天敌,也可以迷惑猎物,具有一举两得的功能。



除了蛉类幼虫,还有很多猎蝽也具有伪装行为。我们在琥珀中发现这类猎蝽经常背着一些碎屑,如植物碎屑或者尘土碎屑,所以它在昆虫界鼎鼎大名,被人称为行走的垃圾桶。



但并不是所有的猎蝽都愿意当垃圾桶。对于同一种类的猎蝽,有的什么都不背,这说明它当时的生存压力没有那么大,敌人没那么多,它不需要整天背着一堆垃圾到处跑。


大家可能都看过《复仇者联盟》系列电影,那是一个英雄的世界。有人曾经归纳过,想在里面当英雄有两种方法,即富人靠装备,穷人靠变异。在昆虫世界也是这样。


下面我就介绍一个靠自己变异,成了自然界的模仿大师的昆虫。其实这枚标本也是我心中永远的痛。


2015年左右,我一个朋友首次把这枚标本照片发给我的时候,我当时觉得没什么特别,就是一个叶子压在一个虫子身上。



直到过了一年以后,一位台湾很著名的收藏家发给我一枚同类的标本,我才恍然大悟,我之前看走眼了,搞了一个大问题出来。



其实这类昆虫身上长出了很多突出物,这些突出物使得它看起来就像一个叶片一样。从这张复原图上我们可以看到,这个虫子的身体基本上都隐藏在它的叶片之下了。


非常有意思的是,这类昆虫在现在的自然界中根本找不到,在化石中也是首次出现。幸亏有琥珀把它保存下来了,否则我们永远也不知道,在过去的自然界曾经存在过这么奇特的昆虫。


刚才我讲的这些,包括昆虫和植物都是陆地上的生物,其实在琥珀里面偶尔也会保存海洋性的生物。在今年上半年,我们就报道了一枚很特殊的缅甸琥珀标本。



别看这枚标本不大,长大概三四厘米,宽大概两三厘米,但是我们把它称为海陆空大杂烩。大家可以从右下角这个标本里面猜出它包含了多少个生物体吗?


这里面至少有40个生物体。可以说很小的一个空间里边,蕴藏了很多的生物体。


这里面有能飞的蚊子、小蜂类,还有陆地上爬的,比如说千足虫、蟑螂,还有海里面生活的海螺和菊石。


菊石是一类现在已经灭绝的海洋生物。它和我们现在经常吃的乌贼、章鱼其实是近亲。只不过它们的壳长在外面,很漂亮。通过这枚标本,我们就可以推断当时这个琥珀森林,大概在海边或者离海不远。


海边的海螺壳或者菊石壳,就被冲到了海边,或者离海不远的池塘里边,然后树脂滴落下来,将它们包裹起来。经历地质作用以后,形成了琥珀。通过这枚标本,我们就可以重建当时的琥珀森林大概是什么样子的。


复原琥珀里生物的色彩


上面给大家看了很多琥珀里的昆虫和植物,也看了很多色彩非常绚丽的复原图。但很不好意思,这些复原图的色彩都是我和画师想象出来的,因为颜色无法在化石中保存。


我们知道,颜色分为两类:一类是色素色,是化学色;还有一类是结构色,是物理色。所以我当时就想,我们能不能通过化石,用一些手段把这个昆虫的颜色重建出来。如果我们知道颜色,将是一件多么有意思的事情。


色素很容易降解,所以很难在化石中保存下来。但对于结构色来说,它是生物体表面的纳米级结构,对光线产生了各种反射、折射等作用而形成的颜色。


最经典的例子就是我们平时见的,蝴蝶翅膀上的鳞片。



把图中这个鳞片逐级放大,我们可以看到,鳞片表面需要有这个非常复杂的结构。


从原理上讲,我们一旦知道了表面的纳米级结构,就可以通过计算把它的颜色复原出来。所以我们从缅甸琥珀里面,寻找了一类很原始的蛾子。在这类蛾子的翅膀上面密密麻麻分布着很多鳞片。



我们就和很多生物学家、物理学家合作,把这个鳞片的三维结构重建出来。同时利用物理模型,计算了它们当时的颜色。


下图中看到的这个金黄色的颜色,就是它真实的颜色,也是我们复原出来的颜色。这也是目前我们已知的、最古老的昆虫颜色。



很可惜,我们现在的古生物世界,基本上还是一个黑白胶卷的时代。相信随着技术的不断进步,我们会把更多的颜色重建出来。真正从黑白胶卷过渡到一个彩色世界。


琥珀研究中的新技术


除了技术上的进步,作为一个地质工作者,我们也在不断挖掘新的琥珀材料。


比如有一次,我的一个缅甸朋友,要带我们去缅甸北部的老矿去看一下产地。当时都已经快成行了,但是当地打仗打得很厉害,我们去不了了。


好在这位朋友带我们去缅甸西部一个刚刚发现的新的矿区,当时叫作提林矿。我们一到了新矿区就非常兴奋,因为我们发现这个新矿区的岩石和地层,和老矿是完全不一样的。



后来我们就采集了很多标本带回国,经过分析发现,这个新矿的年代比老矿晚了2000多万年。这个新矿的时代大概是在7000万年前,恰恰处于恐龙灭绝的前夕。而且这一时期,全世界都没有发现过琥珀矿,所以这个新矿为我们了解恐龙灭绝前世界是什么样子的,提供了很多证据。



现在看这些琥珀都很漂亮,其实最开始挖出来的这些琥珀都脏兮兮的,像一个煤块一样。我们要经过切割、打磨等很多道工序,才能把它最终的真实面貌给露出来。



研究后的琥珀,我们也会把它密封在树脂里面来隔绝氧化,这样它才能长久地被保存下来。


另外,除了放大镜、显微镜等技术,我们也在不断应用一些新的技术来观察各类琥珀。


比如说这是一枚标本,我不知道大家是否能够看出这是一个什么生物体。



其实它是一个花骨朵。这张照片已经是我们拍摄的极限了。但是我们用显微CT可以得到非常精细的照片。



显微CT与我们去医院做的CT的原理是一样的。只不过它的精度更高,拍的照片更多。利用显微CT,我们可以看清楚标本表面的一些细节的结构,而且还能把这个花骨朵内部的结构也重建起来。


最后,我来回答最开始提出的问题,就是研究琥珀有什么用?


我想琥珀里边蕴藏的信息是非常丰富的。我们可以通过研究琥珀,来了解过去的生物长什么样,了解过去的环境是什么样的。这些信息为我们了解现代的生物类群,还有保护我们现在的生物多样性和环境,提供了很好的借鉴。


其实琥珀里面还蕴藏了很多重要的信息。以我们现在的技术,只能解密这个时空胶囊里面一少部分的信息。


我想随着技术的进步,我们或许可以得到更多的信息。这就需要我们继续保护和善待琥珀资源。也希望大家能够支持我们的研究。 


本文来自公众号:“SELF格致论道讲坛”(ID:SELFtalks),作者:王博,中国科学院南京地质古生物研究所。

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