保存有寒武紀時期軟體動物的伯吉斯化石,距今5億多年

2020-12-03 無名狂客

有一種常見的誤解認為,軟體構型動物化石通常形成平展的碳質膜,以這種形式保存於巖石的表面。伯吉斯動物經過嚴重擠壓,當然也是扁平的——它們缺乏硬體結構,還要承受水以及將其深埋的沉積物的重壓,所以,我們不能指望其三維結構能得以較好的保存。但是,伯吉斯動物化石並非都是完全扁平的。有了這一發現作為事實基礎,惠廷頓才有可能用上一種方法,使它們的結構得以揭示。(伯吉斯動物的軟體結構不以碳質的形式保存,而是經過一種未為人知的化學過程,使原來的碳被鋁和鈣的矽酸鹽取代,形成一暗色的反射層,且不影響解剖學結構細節的精緻保存。)

一些動物的三維構架可以被保存下來。對於這一事實,沃爾科特從未認識到,即便有,也十分模糊。他把所有的伯吉斯化石看作平展的薄片,所以他篩選標本,尋找他認為身體朝向(orientation)最佳的標本。畢竟,保持那樣的體姿,能最好地展示解剖學結構(或者說最不令人困惑)。對於兩側對稱的動物,最佳體姿,通常就是伸展得徹底、鋪展得最扁平的。他不採用那些動物斜向和正面朝上的標本,認為不同的結構和表面被壓到地層的一個平面後,形成的一層膜無法解析。而頂視方向(背朝上體姿的背面觀)完全不同,它能使不同結構的特徵顯示得最為明晰。

沃爾科特通過研究照片來詮釋他的標本,而這些照片卻時常被過度修描。惠廷頓的團隊也大量照相,但主要用於發表,而非作為主要研究工具。實際上,對伯吉斯標本拍照,並不能獲得理想的效果。這些照片,無論是將其放大,或是用濾光處理,能從中獲取的信息都很少,不如標本本身。照明源位置不同,矽酸鋁表面反射的光也不同,若將照明源位置調高,看到的影像較灰暗;調低,則更加明亮。

直接觀察標本,通過調節照明源高度,來回比較,可以獲得分辨程度更高的影像於是,惠廷頓採用一種最古老的方法,作為他研究詮釋標本的主要方式——耐心細緻地手繪標本圖。這種方法所需的基本儀器設備叫顯微描繪器(camera lucida,也叫投影描繪器),惠廷頓使用的機型與沃爾科特用過的沒有什麼不同,跟礦物學家W.H.沃拉斯頓 [1] 在1807年發明的原型比,也沒有多少改進。顯微描繪器,簡單地講,就是能把實物影像投影到一個平面的一組鏡子。

您可以把它接到顯微鏡,把鏡下所見的影像投射到一張紙上。就這樣,當您繪製動物標本圖時,標本實物及其在紙上的映象同時出現在眼前,您的視線不必離開目鏡,也不用來迴轉頭。惠廷頓和他的團隊大規模使用這種技術,對研究的每一個物種的每一件標本進行了繪圖。同時觀察多種細小的標本不是件容易的事,得把它們一個個放大。不過,可以把一系列標本繪圖放到一起研究。

惠廷頓將顯微描繪器繪圖技術與一整套方法相結合,而選擇那些方法,都基於他對伯吉斯動物化石保存的認識——動物的三維結構得以保存下來,那些化石不僅僅是地層裡一個平面上的平展薄片。下面,我以對西德尼蟲(Sidneyia inexpectans )的研究為例,向大家展示這套方法在研究中如何實用,威力有多強大。西德尼蟲是伯吉斯頁巖裡最大的節肢動物,沃爾科特如此命名,是因為第一件標本由其子西德尼發現。(我選擇以西德尼蟲為例,是因為在惠廷頓團隊的系列出版物中,這篇由大衛·布魯頓於1981年發表的對該屬的專論在技術方面最為雅致動人。)工作主要涉及以下三個環節:

若果真如沃爾科特所言,所有解剖學結構被擠壓成一層膜,那麼,對化石進行重構,就好比讓被壓路機擀平的動畫形象恢復成之前的樣子。但是,在幻想世界裡對傻大貓 [2] 管用的招數,在現實中的頁巖石板上無法複製。 幸運的是,伯吉斯化石不像通常那樣只保存在地層的單一平面上。在被淤泥吞噬後,深埋其中的動物身體朝向各有不同。淤泥通常會浸入動物各組成結構,沉積物形成的薄面將它們隔成一系列微層——殼層往下挨著鰓層,鰓層往下挨著足層,如此一來,三維結構得以保存,即使在後來遭受淤泥的擠壓,也能保持。 利用小鑿或者(與在牙醫那兒見到的類型區別不大的)十分尖的震動鑽(vibro-drill),小心地將標本的最上面幾層揭走,表層之下的內部結構就顯現出來。(揭走的層面通常只有微米級的厚度,這項十分細緻的工作也可以利用針尖手工完成——一粒一粒地挑、一片一片地鑿。)

一些節肢動物本身就十分扁平,但西德尼蟲不同,重構的結果(圖3.3)顯示,它的結構相當立體。最外一層是半圓筒狀的殼,略呈拱形,將軟體結構覆於其下 [3] 。由於受到強度巨大的自然擠壓,標本有相當程度的裂損,鰓足二枝已有部分從殼的破裂處伸出。但布魯頓發現,要揭示完整的解剖學結構,還是得將標本鑿開。很多海洋節肢動物的附肢通常分為兩部分(詳見後文關於節肢動物解剖學結構的插頁),靠外的一部分著生有鰓,用於呼吸與遊弋,靠內的是步行足,但也常用以取食。

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