恐龙蛋化石的产状_形成和意义_吴卫红

恐龙蛋化石的产状、形成和意义

On the Shape, Formation and Signifi cance of Dinosaur Egg Fossils

湖南省地质博物馆 吴卫红

Wu Weihong, Hunan Provincial Geology Museum

内容提要:本文综述了目前作者所见的恐龙蛋化石标本,解剖测试了一些样品;提供了化石蛋壳厚度及表面特征、X射线衍射分析、蛋化石壳微量元素含量、光学显微镜和扫描电子显微镜(简称SEM)研究成果。在SEM下发现了石化恐龙蛋壳内壁的卵壳膜纤维体,从一个侧面说明某些恐龙是“热血”的。本文将恐龙蛋化石分成三类:碎蛋型、寡蛋型、孵成蛋型,并着重探讨其形成过程及真假恐龙蛋化石的判别标志。综述了恐龙蛋化石的研究意义。

关键词:恐龙蛋化石 产状 形成 意义

Abstract:This paper makes a survey of the dinosaur egg fossils that the author has seen so Abstract:

far, some of which have been sliced and tested. It provides the fossil eggshell thickness and surface features, X-ray diffraction analysis, the trace element content in the shells of the eggs fossils, and the result of optical microscopy and scanning electron microscopy (referred to as the SEM) research. The SEM shows the existence of membrane fi ber body along the inner wall of the fossilized dinosaur eggs, which indicates that some dinosaur species were “warm-blooded”. This paper divides dinosaur egg fossils into three categories: the broken egg type, single egg type, and fetus type. It focuses on their formation process and on the features to decide true and fake dinosaur egg fossils. It also summarizes the significance of studying these fossils.

cance Key words: dinosaur egg fossils; state; formation; signifi

由于我们是哺乳动物,所以很难不用沙文主义态度对待地质历史,并把我们祖先的起源和后来的进化,看成是压倒一切的重要事件。然而,在中生代,我们的祖先只是扮演了一个无足轻重的角色,而恐龙却是那

个世界的主人。它们有高效率的生理机能和活动能力,独霸地球达1.2亿年之久。6.5千万年前它们留下谜题走向灭亡,许多答案我们现在只能从化石中寻找。

本文主要综述了目前所知国内恐龙蛋

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2011年・第八辑

图一 江西赣州发现的恐龙蛋化石(照片由赣州地质队提供)

化石的主要产地,解剖测试了一些样品,发现了一些有趣现象,试图解释说明恐龙当时可能的生态环境和某些生活习性。一 恐龙蛋化石主要产地及产出相关特征

1.产地

纵观全球恐龙化石分布,北美缺失侏罗纪早期地层及恐龙化石;南美缺少晚期侏罗纪恐龙化石;欧洲中生代晚期是海相地层,地层不连续,化石分布零星,最近发现最多的是法国南部与西班牙毗邻的比利牛斯山脉南侧约30万枚恐龙蛋化石;非洲大陆地层虽好,但化石点分散,而且晚期恐龙化石贫乏。

中国地域辽阔,中生代陆相盆地发育,地层连续,恐龙化石埋藏丰富。除福建、海南、台湾等少数几个省区没有确切的化石报道外,全国各省区均发现有恐龙化石。1902年,沙皇俄国陆军上校Manikin报道,在中国黑龙江乌云地区(嘉荫县),从当地渔民手中收集到了几块恐龙化石。100余年来,特别是1949年以后,发现了多个重要的侏

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罗纪、白垩纪恐龙化石层位和恐龙动物群,著名的产地有山东莱阳、诸城,四川自贡、合川,内蒙古二连、阿拉善,新疆乌尔禾、吐鲁番,广东南雄,甘肃嘉峪关,西藏昌都地区,湖南常德、湘西,陕西铜川,河北滦平,云南西双版纳,江西赣州等地。其中江西赣州发现的长形恐龙蛋化石,成窝出土,一至两层,大致呈放射状排列,长为16~19、宽7~9厘米。蛋壳为灰绿色,产于江西南部白垩红砂岩中(图一)。恐龙蛋化石发现最多的是河南西峡盆地[1]和湖北郧县,使世界为之震惊。河南西峡盆地发现过长形和扁圆形恐龙蛋化石。其中长形化石壳针状气孔构造突起清晰可见。长30~50厘米,最长达61厘米。蛋壳有碎裂,部分已脱落(图二)。近年工程施工的零星发现地有广东茂名市、浙江义乌、广东河源县和始兴县等。中国恐龙化石产出的最大特点是骨骼化石与蛋化石往往不在同一地,“不是有蛋无骨,就是有骨无蛋”。如四川省自贡、珙县,黑龙江嘉荫县等地发现许多恐龙骨骼化石,却找不到一个蛋化石。而产出上万枚恐龙蛋化

恐龙蛋化石的产状、形成和意义

图二 河南西峡盆地发现的恐龙蛋化石(照片由豫西地质队提供)

石的河南西峡盆地和上述我国数十处恐龙蛋化石产出地区,却未发现恐龙骨骼化石身影。目前似乎只有一处“例外”,即湖北郧县,同地产出过蛋化石和骨骼化石,然而,经研究发现,其恐龙骨骼化石却是异地搬运埋藏而成的。

2.产出特征

以河南西峡恐龙蛋化石为例,描述了与之有关的特征(表一)。其解释性意义可归纳为以下几点:

(1)恐龙蛋化石因恐龙的科、属、种不同,形态各异,大小不等。

(2)含恐龙蛋化石产出地层岩性几乎都为“红层”,碎屑岩。

(3)恐龙蛋化石多为就地埋藏,少数经短途搬运异地埋藏。

(4)恐龙生命开始的卵,一般要接受阳光照射才能孵化出来,但恐龙蛋的大小是受生理限制的,蛋内的液体容积量增大,要求蛋壳变厚以抵抗外界压力,如果蛋壳太厚,会使幼体在孵化期间难以破壳而出,所以,有可能个体庞大的恐龙,生的蛋并

不会比小个体的恐龙生的蛋大很多。

(5)恐龙的食量与其庞大的躯体成正比。一个30或40吨重的蜥脚类植食恐龙,每天大约需要吃半吨重的植物。蜥脚类植食

恐龙一般情况下是群居动物,庞大的群体需要经常迁徙寻找可以维持生存的食物,这种“转战南北”、“客死他乡”的生存模式,也许是恐龙蛋化石产地与恐龙骨骼化石不出现在同一地点的原因之一。

二 恐龙蛋化石的特征1.化石蛋壳厚度及表面特征

取恐龙蛋壳,除去围岩和化石蛋内部物质,刷洗干净,保证为纯净蛋壳化石,测量其厚度(表二)。从32块蛋壳厚度可以看出,下部层位蛋壳较厚,平均为1.120毫米;上部层位蛋壳明显较薄,平均仅为0.882毫米。从时代较早的地层逐次向上,蛋壳有变薄的趋势,它们因太脆弱而更易受到损害,这也许是恐龙灭绝的原因之一。

2.X射线衍射分析

分析前要确定好测试的样品,以保证

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表一 河南西峡恐龙蛋化石的有关特征[2]

特征

具体情况

河南省的恐龙蛋化石,大致有7科、10属、19种。有长形蛋、巨型蛋、椭圆形蛋、圆形蛋。近年来,还发现长径345~610毫米、短径140~270毫米的长圆柱状或长扁圆柱状恐龙蛋化石,其长径与短径之比为2.6∶1,蛋壳厚约1.2~3.0毫米。另还见有直径约250毫米的扁圆形蛋化石。这两种都可能是新类型。一般恐龙蛋化石长径为数十至百余毫米不等。

为含钙质、铁质的泥沙、砂砾组成的碎屑岩系,蛋化石一般产于正粒序层的中、上部(即中细—粉砂岩中)。

含蛋层的主要岩性:棕红、褐红色钙泥质粉砂岩、细砂岩、含砾细至中砂岩、粉砂质泥岩及细至巨砾岩。

含蛋地层多为中厚层至块状,大部分成熟度(成分和结构)均低。层理:单向交错、板状、波状交错、水平及块状。混积特点明显,冲刷充填构造十分发育,砾石成分相当复杂。层面上见较多干裂和虫迹。岩层内虫管十分丰富。含有大量的钙质结核、钙质团块及结核状泥灰岩、泥质灰岩。少数盆地中,局部见有透镜体煤层、煤线及0.5~1厘米的煤屑。

原地埋藏:恐龙产卵后,环境相对稳定,蛋化石未经搬运或仅短途搬运,即被沉积物迅速覆盖,且未受后期构造变动影响,此类成窝性好,集中分布,蛋化石形态完整,在蛋窝中排列较规则。

异地埋藏:一般短距离搬运,受到轻微磨蚀或破坏,而被迅速埋藏,蛋化石不成窝,分散分布,蛋化石间距一般为0.2~1米,有的可达5米以上,排列无规律。含蛋窝层在地层中的层数,一般在2~10层,最多可达20层。蛋窝在岩层中,一般顺层分布,沿走向延伸可达10千米,一般在0.5~1千米间,蛋窝的间距,一般在2~10米,部分在20米以上,或大到几百米。

①椭圆形式圆形放射状排列:主要为长形蛋、巨型蛋、长圆柱蛋等,蛋可向心或向圆外倾斜,倾角不等,一般在10~15°间,有时可重叠2~3层蛋,越向中心,蛋数越少。

②交错平行排列:以椭圆或圆形蛋为主,少量长形蛋排数一般2~5排,层数一般2~4层。

③多层平行排列。④不规则状排列。

仅在西峡、内乡的两块岩石上,有骨骼与长圆柱蛋和杨氏蛋共生。

在大多数含蛋化石地层中,均有数量不等的孢粉、轮藻、痕迹化石共生,少数尚有介形虫类及罕见的恐龙脚印化石。

在个别产蛋化石盆地中,尚见瓣鳃类、介形虫类、腹足类等与蛋化石共生。在蛋化石产出比较集中的盆地中,常见各类蛋化石在同一岩层面的近距离内出现,主要有蜂窝蛋与长圆柱蛋、副圆形蛋与椭圆形蛋、长形蛋与巨型蛋共生。有时两种类型的两窝蛋相邻产出;或两种类型的蛋,亦可出现在一个蛋窝内。在个别盆地中,可能有龟鳖类与恐龙蛋化石共生。

①圆形放射状移动下蛋方式:作环周运动,产蛋一圈后,在上盖薄层砂土,移动位置向外,以同样方式下蛋,直至下完为止。

②规律移动下蛋,左右排列有序,或平行或交错,每窝蛋数较多。③随意移动方式下蛋,排列无规律,每窝蛋数较少。

④局部有序移动下蛋,以2~4个为一组,以填空式把蛋产完。局部规律,总体则交错镶嵌。

恐龙蛋化石形态和大小

含蛋化石层的岩性

蛋化石埋藏的古微地貌

蛋化石保存形式

蛋窝在地层中的分布

恐龙蛋化石在蛋窝中的排列形式

恐龙蛋化石与恐龙骨骼共生恐龙蛋化石与其他门类化石共生

各类蛋化石共生

恐龙产蛋的可能方式

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恐龙蛋化石的产状、形成和意义

测试结果的实际利用价值。作者从河南西峡和江西赣州两地地质队员所提供的标本样本中,择取上下层位各一组分析样品,对围岩、蛋壳和蛋内物质分别进行测试(表三)。

从表三不难看出,恐龙蛋化石的蛋内和围岩的物质成分和含量非常相似,而壳层成分迥异,后者主要由方解石组成且占绝对多量。因而可以推测蛋的石化过程,

近似于浸泡“咸蛋”的过程。而壳本身为钙质石化所致。

3.恐龙蛋壳的微量元素

纯洁恐龙蛋壳粉碎后用玛瑙研钵研至负200目,经北京高能所中子活化分析,其主要微量元素为:Pb 0~7.9ppm、Cu 8~35ppm、Mn 500~1900ppm、Sr

800~3900ppm、V 6~80ppm(均为10个

表二 下部层位和上部层位蛋壳厚度实测结果

样号[***********][***********][***********]2平均

1.01.01.81.11.01.01.11.31.11.21.01.01.01.01.04.01.11.11.10.91.11.00.91.11.21.41.01.11.01.11.01.0

(下)西壳厚(毫米)

1.11.01.11.01.81.81.11.01.01.31.01.01.21.01.41.21.11.11.21.51.21.11.01.01.01.01.01.01.01.11.01.01.81.21.51.51.41.20.91.01.21.21.21.20.90.91.11.11.21.21.41.40.90.91.21.21.01.01.11.10.80.81.11.1

1.120

1.11.01.41.11.11.01.11.51.11.71.11.01.01.01.01.01.31.31.00.91.11.10.91.01.11.21.01.51.01.20.91.0

样号[***********][***********][***********]2平均

1.40.81.61.00.90.81.00.90.81.50.80.51.00.70.80.91.01.00.81.00.60.80.80.90.81.01.51.00.60.80.80.8

(上)长壳厚(毫米)

1.01.00.60.91.11.20.90.90.91.00.80.60.91.00.90.80.50.91.21.20.80.980.50.81.00.80.70.70.80.70.80.91.01.01.01.00.80.71.01.10.60.80.61.00.80.81.01.01.00.80.50.81.41.50.80.60.50.50.80.70.80.80.80.8

0.882

1.00.91.21.00.90.71.00.90.91.00.80.60.90.70.70.91.01.00.81.00.61.00.80.90.80.91.80.70.50.80.80.8

注:“西壳”为河南西峡产出蛋化石壳(中生代中期);“长壳”为江西赣州长石产出长形蛋化石壳(中生代晚期);测试标本均由当地地质人员提供。

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样品平均值)。它们似乎都远远高出地壳平均克拉克值,可能与恐龙的遗传基因有关(此项测试样品均为河南西峡恐龙蛋化石蛋壳标本)。

4.显微镜下研究

这里主要用的是光学显微镜和扫描电子显微镜。前者,将恐龙蛋化石劈开(实测标本为河南西峡圆形蛋),取内部黏土粉砂质岩块煮胶固结,磨制薄片;而石化蛋壳则取一小块直接磨片。经光学显微镜观察发现,恐龙蛋化石内部矿物组成,有的为黏土矿物(图三,1),有的则是恐龙孵成幼体破壳而出或蛋被压破有洞后,填充有石英粉砂和多晶石英碎块(图三,2),还有的为就地填充粉砂石英(图三,3),恐龙蛋壳横切面由石化钙质组成,有些孔洞似为气孔,但内

外并不连通(图三,4),于是能较有效地防止蛋内水分过多地蒸发,因此,即使在较为干燥的环境条件下,也能保持胚胎发育所需的水分。

取恐龙蛋化石内部黏土粉砂质或蛋壳横切面小块(均为自然断面),用苯清洗表面,镀金膜,在电子显微镜下进行观察。仅在一个恐龙蛋化石内部核心部位,高倍扫描电镜下见有坡缕石纤维状黏土矿物(图四,1)。坡缕石具有有别于其他黏土矿物的特殊结构,即链层状结构。它形成于富Mg、富Si和贫Al的干旱或半旱平静的湖滨条件,这从一个方面揭示了恐龙当时的生态环境。恐龙蛋化石内部物质或为片状黏土矿物(图四,2),或在内部粉砂泥质岩孔洞中有自生的矿物晶体存在(图四,3),特别值得注意的是

表三 部分样品X射线衍射分析结果(%)

含量样号西内

西围西壳长内长围长壳

蒙脱石1612—1818—

绿泥石510—1010—

伊利石1515—1717—

石英2125329285

钾长石62—34—

斜长石722—1<1—

方解石[1**********]

白云石———33—

矿等

物铁

质矿<5<5—<5<5—

注:西*代表河南西峡产出蛋化石,长*为江西赣州长石产出长形蛋化石;内:代表蛋内物质成分;围:代表围岩物质成分。测试样品来源同表二。

表四 真假恐龙蛋的判别标志

判别标志

围岩

几乎均为“红层”泥质粉砂岩

内部构造无核,肉眼无法识别圈层构造(图七)有核,肉眼可见明显的圈层构造

有无蛋壳及其特征有石化蛋壳,且有针状气孔构造

例子

河南西峡、湖南常德等

湖南新化县数千枚似恐龙蛋的石结核(灰岩结核)

真恐龙蛋

假恐龙蛋常为碳酸盐岩

一般为结核壳,光滑,无气孔构造

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恐龙蛋化石的产状、形成和意义

1 2

3 4

图三 恐龙蛋化石矿物成分(岩石显微镜照片)

1.恐龙蛋化石内部的黏土矿物(+)×50  2.恐龙蛋壳破裂后,蛋内填充石英粉砂和多晶石英碎块(+)×503.恐龙蛋内部就地填充的粉砂石英(+)×50  4.恐龙蛋壳横切面中的石化钙质(-)

×30(壳厚1.20毫米)

在恐龙蛋石化壳及内壁偶见卵壳膜纤维呈丝带状(图四,4),按现代动物学观点,一切卵生动物如鸟蛋均有卵壳膜纤维,它是一种“类角蛋白”的蛋白质,其胱氨酸类氨基酸含量很高。石化恐龙蛋的卵壳膜纤维体的发现具有重大意义,为爬行类动物到鸟类的进化提供了一个旁证,也从一个侧面说明了某些爬行类动物是“热血”的。此推论有待今后进一步研究,提取更多信息予以证实方可为据。在SEM下恐龙蛋钙质石化壳具有类似蜂巢状构造,且垂直于壳层,而壳外表层显平行构造(图四,5、6),这就说明恐龙蛋壳层的气孔并不与外界完全连通,在干旱环

境下,也能保持胚胎发育所需要的水分。

三 恐龙蛋化石形成刍议l.恐龙蛋石化过程

整个过程大致为:蛋——埋藏——有机物质分解——进入围岩物质——石化成化石。

2.恐龙下蛋方式的推测

特别是长形蛋科恐龙,它们在产卵时,先刨个缓坡坑,使卵有规律地与地面成一定角度排列在蛋窝中,这是非常必要和合理的。使蛋与地面成一定角度,以提高蛋壳的抗外载荷能力(图五,1~

3)。这就

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2011年・第八辑

1 2

3 4

5 6图四 恐龙蛋化石不同部位的扫描电子显微镜照片 (SEM)

1.高倍SEM下的坡缕石纤维状黏土矿物 2.恐龙蛋化石内的片状黏土矿物SEM照片

3.恐龙蛋化石内部的片状黏土矿物和孔洞中自生的矿物晶体 4.恐龙蛋化石壳层内壁呈丝带状的

卵壳膜纤维 5.SEM下似蜂巢状的恐龙蛋钙质石化壳 6.恐龙蛋钙质石化壳外表层SEM照片

・242

恐龙蛋化石的产状、形成和意义

12

图五 恐龙蛋排列角度示意图

3

1.平放,容易压碎 2.斜放,抗压能力强 3.

垂直放,抗压力虽然最强,但实际上放不稳

疏松薄膜层,蛋衣,相当于哺乳动物包衣的羊水(即扫描电镜下的卵壳膜)

1

有机质全部分解,粉砂泥质与围岩相同

2

图六 杂质侵入恐龙蛋示意图

1.粉砂等进入寡蛋 2.

粗砂岩块等掺入孵成蛋

图七 恐龙蛋内部结构

表明,恐龙的智商可能比人们长期以来想象的高。

3.恐龙蛋的孵化

目前所知恐龙蛋有三种命运: 第一种情况(在石化前就被压碎——碎蛋):生下的恐龙蛋在石化前就破碎,根本形不成完整的恐龙蛋化石。

第二种情况(未孵出恐龙,我们称为寡蛋):寡蛋根本不能孵出恐龙,或由于温度低未孵出小恐龙,或其他原因未孵出的蛋,迅速埋藏。其石化,颇似浸泡“咸蛋”的过程。蛋内有机物分解丧失,仅剩下一个完整

的壳。这种光壳蛋,毫无破损,轻如薄纸,长沙马王堆西汉女尸随葬品“竹笥”内盛数十枚蛋。这数十枚蛋历经两千多年后,都成了光壳蛋。那么,在漫长的地质历史中,恐龙蛋也可以变成光壳蛋。在此过程中,外部物质进入,形成的蛋化石外形完整,内部物质细腻均一,若有破裂可能进入粉砂等较粗物质(图六,1)。

第三种情况(小恐龙破壳而出——孵成蛋):孵成的小恐龙破壳而出,这种石化蛋外形不完整,破壳往往在围岩那一面;内部成分较复杂,可能掺入粗砂和岩块(图六,2)。

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2011年・第八辑

4.真假恐龙蛋的判别标志

我们通过列表对真假恐龙蛋的判别标志进行了对比分析(表四)。

四 研究恐龙蛋化石的意义

恐龙蛋的研究,对地球演变、生物进化、古气候、岩相古地理等有不可估量的价值。对探讨恐龙的习性、种类、繁衍行为和演化进程及地理变化,具有参考作用。仅举一例描述,在6.5千万年以前的中生代,广东始兴、南雄盆地一带气候湿润、雨量充沛,地势比较平坦,环境适宜,植物丰盛。这种得天独厚的优越环境,最适宜恐龙的栖息和繁衍,所以有不少恐龙蛋产出。通过恐龙蛋的研究发现,始兴地区的恐龙蛋与山东莱阳、江西赣州、广东南雄发现的同种类的蛋化石

比较接近。其产出时代都属于白垩纪晚期。在产出位置上,大都有一个规律,大部分都分布在每座山包的东面和南面山坡上。说明当时恐龙产蛋会选择向阳的位置,靠太阳热量来孵化繁衍后代。可以推测,若在某一地区发现有恐龙蛋,在其周围山体东面和南面山坡找寻,有可能会发现更多的恐龙蛋化石群。另外,恐龙蛋化石也是化石爱好者收藏的珍品之一。

注释:

[1]王德有、周世全:《西峡盆地新类型恐龙蛋化石的发现》,《河南地质》1995年第4期。

[2]周世全、罗铭玖、王德有等:《河南省恐龙蛋化石类型及古生态特征》,《河南地质》1996年第3期。本表实测并参阅周世全资料。

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