高 源

此“牙”非彼“牙”

說(shuō)到牙齒，你有我有大家有！怎么還滿地找牙呢？我今天要說(shuō)的不是我們嘴里的牙齒，而是一種特殊的微體古生物——牙形石。

牙形石又稱(chēng)牙形刺，是一類(lèi)海生生物的遺骨化石。牙形石的個(gè)頭非常小，一般在0.1-0.5毫米，小到肉眼幾乎看不見(jiàn)，需要在顯微鏡下放大很多倍才能看清楚。因?yàn)闃幼酉裱例X，所以稱(chēng)為牙形石。根據(jù)其形狀，牙形石通常可分為單錐型、復(fù)合型和臺(tái)型三種。

牙形石的發(fā)現(xiàn)和研究始于1856年，當(dāng)時(shí)俄國(guó)古生物學(xué)者潘德?tīng)柺状螆?bào)道了波羅的海沿岸的牙形石。但由于牙形石通常以單個(gè)狀態(tài)分散保存，之后一百多年，人們一直搞不清楚牙形石的分類(lèi)地位，連它是植物化石還是動(dòng)物化石都有爭(zhēng)議。

原創(chuàng)牙形石復(fù)原圖

直到1983年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了保存有軟體印痕的標(biāo)本后，人們才對(duì)牙形石有了更明確的認(rèn)識(shí)。牙形石其實(shí)是某種魚(yú)形動(dòng)物的捕食器官，我們把這種動(dòng)物稱(chēng)之為牙形動(dòng)物，這是一族類(lèi)似鰻魚(yú)的脊椎生物，但體型比鰻魚(yú)小得多，長(zhǎng)度大約只有21-55毫米，還不到成年人的小拇指長(zhǎng)。牙形動(dòng)物頭部長(zhǎng)有一對(duì)大眼睛，被戲稱(chēng)為“大眼萌”。

北京哪里有“牙”

牙形石廣泛發(fā)現(xiàn)于寒武紀(jì)至三疊紀(jì)（“紀(jì)”是一個(gè)地質(zhì)年代單位）的海相地層（海洋環(huán)境下形成的巖石地層）中，包括灰?guī)r、頁(yè)巖、海相砂巖等常見(jiàn)巖石。我國(guó)華北地區(qū)海相地層出露廣泛，牙形石研究歷史悠久，自20世紀(jì)80年代開(kāi)始已經(jīng)有四十多年。目前，華北地區(qū)已有多處報(bào)道了牙形石化石的發(fā)現(xiàn)，然而北京地區(qū)的牙形石相關(guān)報(bào)道極少。

筆者作為科普工作者，對(duì)牙形石非常感興趣，曾經(jīng)帶著學(xué)生們學(xué)習(xí)牙形石，過(guò)程中發(fā)現(xiàn)關(guān)于牙形石的資料不多，于是決定走進(jìn)野外親自勘察一番。

北京尋“牙”之旅

想要尋找牙形石可沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，需要做好前期準(zhǔn)備工作。通過(guò)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，我們了解到，北京地區(qū)古生界海相地層主要分布于西山地區(qū)和周口店地區(qū)，綜合考慮后，我們選擇西山地區(qū)進(jìn)行考察。

但是，從寒武紀(jì)到奧陶紀(jì)的巖石地層這么厚，如何確定其中具體的位置呢？這就要對(duì)巖石地層進(jìn)行劃分，在20世紀(jì)已有大量的地質(zhì)工作者們對(duì)這里的剖面進(jìn)行過(guò)精確的測(cè)量和地層劃分對(duì)比工作。巖石地層劃分對(duì)比研究采用的單位主要是“組”，同一個(gè)組內(nèi)巖石的特點(diǎn)比較相似。

我們根據(jù)地質(zhì)圖確定出剖面的位置，然后驅(qū)車(chē)前往。剖面位于永定河兩岸，東岸挨著109國(guó)道，西岸挨著京門(mén)鐵路。現(xiàn)場(chǎng)勘察的重點(diǎn)是根據(jù)巖石特征識(shí)別不同的組，觀察組內(nèi)的沉積現(xiàn)象。盡管有前人留下的文獻(xiàn)書(shū)籍，但這件工作并不容易，有的地方巖石因?yàn)樾蘼?、采石而被開(kāi)鑿，又有的地方被填土、樹(shù)木、網(wǎng)布等遮蓋。我們?nèi)チ瞬幌氯?，每次都是一整天，考察了東西兩側(cè)的剖面，終于對(duì)寒武系的炒米店組、奧陶系的冶里組和亮甲山組有了一定的認(rèn)識(shí)。

每個(gè)組都有具有典型特征的巖石，例如，炒米店組的鮞粒灰?guī)r、冶里組的亮晶灰?guī)r和竹葉狀灰?guī)r、亮甲山組的含燧石結(jié)核灰?guī)r，等等。這些典型特征找起來(lái)還不算太難，難度更大的是確定兩個(gè)組之間的分界線。我們來(lái)來(lái)回回仔細(xì)地找了許久，才算找到它們之間的分界。最終，我們選擇了幾處灰?guī)r露頭進(jìn)行采樣。

使用地質(zhì)錘敲下巖石，每個(gè)位點(diǎn)取巖石1.5-2kg，在現(xiàn)場(chǎng)裝進(jìn)樣品袋中并做好清晰的編號(hào)。之后將樣品敲碎成直徑為1-2cm左右的小塊，以備后續(xù)處理。牙形石由磷酸鈣組成，而周?chē)膰鷰r成分主要為碳酸鹽，利用冰醋酸不能溶解磷酸鹽但可以溶解碳酸鹽的原理，在實(shí)驗(yàn)室中采用濃度為10%-15%的冰醋酸對(duì)樣品進(jìn)行泡制處理，并使用20-120目的篩網(wǎng)（120目的篩子每英寸篩網(wǎng)上有120個(gè)篩孔）進(jìn)行篩洗，就得到了牙形石。

采集牙形石標(biāo)本

含有牙形石化石的粉晶灰?guī)r

北京西山地區(qū)奧陶紀(jì)牙形石

牙形石非常小，需要在顯微鏡下進(jìn)行挑選，挑選時(shí)使用一種特質(zhì)的小型毛筆，這是一件極為精細(xì)的工作。下一步是對(duì)挑選出的主要化石進(jìn)行掃描電鏡照相工作，即得到牙形石的清晰照片，有的像小山，有的像腳蹼，還有的說(shuō)不出像什么，是不是非?？蓯?ài)？

小“牙”立大功

經(jīng)過(guò)專(zhuān)家鑒定，本次在寒武系和奧陶系中都發(fā)現(xiàn)了不少的牙形石。本次研究不僅豐富了西山地區(qū)的牙形石面貌，也更深刻地了解了京西地區(qū)的巖性特征和地質(zhì)年代。

牙形石劃分地層插圖

在地層中，生物化石會(huì)呈現(xiàn)出一定的演化順序，地質(zhì)學(xué)家則可以據(jù)此來(lái)確定地質(zhì)年代。但是，不是所有的化石都可以做為依據(jù)，地質(zhì)學(xué)家需要找到一種“標(biāo)準(zhǔn)化石”，它要具備分布廣、數(shù)量大、演化快、在某一地層單位中特有這幾個(gè)特點(diǎn)，才能成為確定地層地質(zhì)時(shí)代的依據(jù)。牙形石就是這樣一種化石。我國(guó)長(zhǎng)興煤山剖面的牙形石成為劃分二疊-三疊系的標(biāo)準(zhǔn)化石，為我國(guó)贏得了一枚“金釘子”，也就是國(guó)際地層委和地科聯(lián)所指定的年代地層單位界線的標(biāo)準(zhǔn)。

牙形石還可以幫助我們復(fù)原古環(huán)境。牙形石還能指示石油和天然氣的情況，一方面，油砂大都是淺海范圍的沉積，所以深海相的牙形石帶是找不到油砂的；另一方面，牙形石可以推算古地溫，從而揭示這一區(qū)域內(nèi)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成石油、天然氣的一般情況。

北京西山地區(qū)寒武紀(jì)牙形石

綜上所述，牙形石個(gè)頭雖小，卻是個(gè)大功臣！它們不僅能標(biāo)記地層，還能給我們帶來(lái)很多啟迪?，F(xiàn)在科學(xué)家正通過(guò)牙形石的深入研究，來(lái)推測(cè)復(fù)原遠(yuǎn)古環(huán)境的溫度和氣候。

筆者此次親歷在北京滿地找“牙”的工作，過(guò)程雖然不乏辛苦，但結(jié)果令人欣喜。這次的探索僅僅是個(gè)開(kāi)始，由于采樣點(diǎn)有限，還不能完整構(gòu)建化石地層序列，邀請(qǐng)更多對(duì)牙形石感興趣的朋友一起出野外，一起發(fā)現(xiàn)北京牙形石更多的秘密！

特別感謝中國(guó)國(guó)家博物館楊志華博士對(duì)研究工作給予指導(dǎo)；特別感謝河北地質(zhì)測(cè)繪院楊彪老師幫忙處理牙形石標(biāo)本；特別感謝中國(guó)地質(zhì)博物館李宏博博士對(duì)牙形石野外考察提供藥品支持；感謝頂秀欣園社區(qū)科普中心賀蘇晨副主任對(duì)野外工作的支持；感謝李明峻、劉子正和王靳哲同學(xué)一起完成野外工作。