足迹里的远古世界

▲三峡地区埃迪卡拉纪足迹化石

▲恐龙足迹

▲山东郯城的恐龙足迹

■我们的记者张文静

根据留在地上的脚印，可以判断脚印主人的身体特征和行走习惯...这看起来像是现代法医专家的工作。但是在古生物学领域，也有一群人在做类似的工作。他们追踪数十亿年前生物的身体代码。

这些古生物学家寻找和研究的宝藏是脚印化石。根据化石脚印上留下的线索，他们不仅能推断出脚印主人的类型和身份，还能再现他们当时的生活场景。

劈开一块石头寻找痕迹。

四五年前，中国科学院南京地质古生物研究所的研究员陈喆带领他的团队去了湖北宜昌的三峡地区。他们此行的目的是寻找化石。

埃迪卡拉生物群是由陈喆和其他人在2011年夏天发现的。这里的山里有很多石灰石。研究人员将这些大石块分成小石块，然后将小石块分开，看看其中是否有化石的痕迹。寻找化石是一项既无聊又费力的工作。超过20个人可能找不到化石，即使他们将它分割一天。幸运的是，一切努力都有回报。一天，陈喆劈开一块石头，发现里面有一些特殊的标记。"这可能是某个古代生物留下的脚印吗？"带着这样的疑虑，陈喆把它放进了自己的包里，并把它带回了他在南京的办公室。

回到南京后，陈喆仔细研究了这块化石。经过观察，他发现这块化石在动物行走的过程中，由附肢在沉积物表面形成了两排凹坑。两排脚印之间的距离为1~2厘米，这显然是两侧对称的爬行动物留下的。此外，这样的脚印还表明，当它爬行时，它的胃离开了地面，并且有动物钻入沉积物在化石上打洞的痕迹。

经过一系列分析，陈喆认为脚印的主人应该是节肢动物、环节动物或它们的祖先，它们长约2厘米，宽约1厘米，两边对称，并有附属物。这块化石也成为已知最古老的动物足迹化石。"这一发现表明，在寒武纪之前，就出现了有附肢和对称侧边的复杂动物."陈喆告诉《中国科学》的记者。

6月6日，美国杂志《科学》的子刊《科学进步》发表了研究结果。

足迹化石早已为包括陈喆在内的古生物学家所熟知。足迹化石是一种遗迹化石，是指残留在沉积岩层上的动物足迹化石。除了足迹化石，遗迹化石还包括洞穴、粪便化石、钻孔等。

为什么脚印化石能引起古生物学家的注意？“这是因为，尽管足迹化石不能像固体化石一样保存完整的生物形态，但我们可以从足迹化石中分析生物的一般形态和行为特征，比如它们如何行走。”陈喆解释说，在前寒武纪到寒武纪的过渡时期，足迹化石尤为重要。“因为当时保存下来的动物固体化石太罕见了。前寒武纪生物没有骨头，只能在非常特殊的条件下保存。”

“当直接证据缺失时，我们只能通过间接证据——遗迹化石来推断当时的环境，并推断哪些生物留下了脚印以及它们是否有复杂的动物行为。那些相对可靠的遗迹化石可以为我们提供前所未有的信息。”中国科学院南京地质古生物研究所副研究员尹宗俊说。

脚印揭示恐龙的日常生活

如果前寒武纪的足迹化石由于固体化石的稀缺而特别珍贵，那么最近对恐龙足迹化石的另一项研究显示了足迹化石的其他丰富的研究价值。

6月18日，白垩纪研究发表了一项关于恐龙脚印的研究成果。中国地质大学(北京)副教授邢利达带领的研究小组在山东郯城发现了大量恐龙脚印。

这次邢利达团队发现的恐龙足迹包括食肉恐龙、植食性恐龙和鸟类等七种类型的300多个足迹。在这些恐龙脚印中，最重要的是四个平行的两趾脚印，其主人是恐爪龙。他们的每条足迹只有7-8厘米长，形成四条足迹，但始终保持平行，这是社会本性的典型体现邢利达说，“足迹专家发现的恐爪龙的足迹大部分是“孤独的人”，其中只有一条平行的足迹暗示着社会生活。这给迅猛龙的生活方式投下了一个大问号，在科普书籍和电影中迅猛龙是群居的。这一次，我们发现了第一个有羊群行为确凿证据的小赤龙案例，可以说这结束了这场争论。”

古生物学家也已经研究恐龙脚印很长时间了。在中国，恐龙脚印的研究始于1929年，当时古生物学家在陕北神木侏罗纪地层中发现了禽龙的脚印。此后，1940年在辽宁朝阳发现了400多条恐龙足迹。自1949年以来，许多地方都发现了恐龙足迹。2001年，古生物学家在甘肃省永靖县延果峡2平方公里的范围内，共发现了10个恐龙足迹化石遗址和数千个脚印。化石的规模、数量、多样性和保存在亚洲是前所未有的。2010年，在山东诸城发现了包含3000多个恐龙脚印的大型化石遗址。这些脚印表明，一群大型蜥脚类恐龙成群迁徙，而另一群大型兽脚类恐龙正在追逐一大群小型鸟脚类恐龙。这可能是世界上最大的恐龙狩猎。

与前寒武纪生物相比，恐龙骨骼化石保留得更多，但为什么恐龙脚印如此吸引人呢？

邢利达在他的《恐龙足迹》一书中解释道:“因为恐龙足迹具有骨骼化石不可替代的功能，骨骼化石只保存恐龙死后的零碎信息，但足迹化石保存了恐龙在日常生活中的精彩瞬间。恐龙脚印不仅能反映恐龙的生活习惯和行为，还能解释恐龙与周围环境的关系。这些是古生物学家梦寐以求的宝贵信息。”

例如，很久以前，古生物学家认为那些巨大的古代蜥脚类动物生活在水中，仅仅依靠水的浮力来支撑它们巨大的身体。1938年，在美国得克萨斯州发现了大量的龙脚印，从而否定了学者们先前的推测。脚印清楚地告诉人们，即使是巨大的蜥脚类动物也能充分利用它们的四肢来支撑身体和在陆地上行走。

很久以前，古生物学家不确定恐龙是否群居。同类化石聚集在一起，主要是因为洪水。美国生物学家奥斯特罗姆观察了鸭嘴龙的脚印，发现这些鸭嘴龙群居，具有一定的社会性。从那以后，大量的恐龙脚印被发现并证实了这一点。

足迹化石价值之争

尽管古生物学家长期以来发表了大量关于化石脚印的研究，但学术界对这些古代动物留下的脚印仍有一些争议。

有些人认为脚印化石不是动物的主体，而是沉积物上留下的痕迹。它们仅具有地质意义，例如识别地层是否倒转以及脚印形成的地质时代，并提供古地理和古生态学信息。另一个学派认为脚印化石在生物学中具有重要意义。

“我认为这两种观点都是合理的。足迹化石确实反映了前寒武纪非常重要的地层条件。事实上，前寒武纪和寒武纪之间的界线是基于一个遗迹化石。因此，遗迹化石具有地层意义当然不成问题。”陈喆说，“同时，脚印化石也有重要的生物学意义。例如，我们这次在三峡地区发现的埃迪卡拉纪脚印化石是两排间断的脚印，而不是两个拖痕。然后我们可以确认它是一种足够的动物。然而，之前报道的绝大多数埃迪卡拉动物是固着的、不动的，或者是一些会留下痕迹的蠕虫。这就是脚印化石的生物学意义。”

陈喆认为，这一论点的关键在于，化石脚印往往不能确定哪些物种被留下了。“恐龙更好。当我们非常了解一种动物的特征时，我们也许能够将化石足迹与一种动物相匹配。但是对于一些动物，如各种虾和蟹，它们的脚印是相似的。因此，我们只能识别一大类动物，但很难识别特定的生物。”

“此外，同一种生物可以在不同时期或不同环境中留下不同的足迹。这给足迹化石和示踪剂之间的一一对应造成了困难。与我们看到固体化石不同，我们可以立即清楚地看到这种生物的样子。”尹宗俊补充说，“然而，在前寒武纪和寒武纪的底部，化石记录是非常罕见的。我们不知道早期动物的样子，所以我们只能从类似的活着的动物的脚印推断出当时化石的脚印。”

如果化石足迹和化石足迹的拥有者可以同时出现在一个地方，这个问题就可以解决了。然而，不幸的是，在同一个地方保存痕迹生物和化石脚印往往很困难。

“两人的埋葬环境明显不同。例如，页岩可以保存许多软体动物化石，但这种软泥对脚印化石的保存不是很友好。足迹化石需要保存在稍硬的环境中，如砂岩，但如果动物死在孔隙度和含水量较高的砂岩中，它们更容易腐烂。

研究变得越来越热。

尽管伴随着争议，史前脚印近年来仍然成为古生物学家热衷研究的对象。越来越多的研究成果已经发表，人们也越来越关注它们。

"至少在前寒武纪遗迹化石领域，研究正变得越来越热."陈喆说，“因为埃迪卡拉生物群的化石是在前寒武纪被发现的，古生物学家认为这些动物看起来像有脚的动物，而且左右对称，但是他们怎么能证明他们能移动呢？如果他们移动，他们会留下脚印。因此，足迹化石在前寒武纪化石研究中受到越来越多的重视和研究

此前，古生物学家也在世界各地发现了一些前寒武纪的脚印，但大多数都相对简单且非常小，大约不到一厘米大，如蠕虫状的攀登痕迹。“在发现之后，我们也不能说它是哪一种生物，只能说是一种移动的生物。因此，最初的报道很少，引起的关注也较少。”陈喆说。

随着足迹化石的发现，它们的保存和保护也成为人们关心的问题。对此，陈喆更喜欢原地保存。“我们将努力在原地保存在三峡地区发现的化石脚印。如果在某个化石表面有更多的化石，我们将移除一半的原始表面，并把它带回来进行研究，而另一半将留在原处。如果需要研究，我们可以去那个地方再看一遍，或者做一个模型，然后带回来。”

对于足迹化石的未来研究，陈喆预计古生物学家和生物行为专家将能够进一步跨领域整合。“足迹化石本身是动物行为和古生物学交叉的领域。现在，每个人都开始意识到这个问题。目前，一些研究生物行为的专家将在实验室里进行大量的实验，比如让不同的昆虫爬上各种泥土和沙子介质来研究其足迹形态特征，或者去海滩拍摄生物足迹，然后与一些足迹化石进行比较，来推测哪些动物可能已经形成了足迹。在这方面，如果我们能有更多的合作和交流，足迹化石的研究将会更深入。”陈喆说。

中国科学新闻(2018-06-29，第一版集锦)