化石是如何形成的

　　化石是如何形成的推荐文章1：化石竟隐藏着这么多不为人知的“秘密”？

　　生活中，我们常常会在博物馆看到形态各异的化石：

　　

　　

　　上海自然博物馆的化石

　　但是，除了过过眼瘾，你真的了解它们吗？

　　 化石是什么？

　　化石是指保存在岩石中的远古（一般指一万年以前）生物的遗体、遗迹和死亡后分解的有机物分子。

　　

　　遗迹化石|图源：pixabay

　　化石有多种类型，最多最常见的是实体化石，比如大家最熟悉的恐龙骨骼化石；还有一种是遗迹化石，是指生物在活体的时候发生行为的一种印迹，比如恐龙蛋，恐龙脚印，恐龙排泄物，以及觅食痕迹等；另外还有模铸化石，分子化石，和琥珀化石等类型。

　　 化石传奇在哪里？

　　地球已有46亿年的历史，生命的演化史也有将近40亿年，在地球漫长的演化过程当中，曾经出现过难以数计的生命现象。科学家都是怎样揭秘遥远过去的生命现象的？

　　

　　图源：《地球生命的起源和进化 》

　　当然是通过化石！那么，化石中隐藏着哪些远古时期的秘密？

　　书写地球历史的“文字”

　　如果把地球历史看做一部编年史书的话，不同地质年代的岩层则可以作为地球的 “书页”，而化石就是书中提供关键信息的“文字”。地球生物的演化历史就埋藏在岩层中，年代越久远的生物化石就保存在岩层的最底层。

　　

　　地球演变历史就像一本书|图源：冯伟民

　　生物界经历了从简单到复杂，从单细胞到多细胞的发展阶段。这种不可逆的生物发展演化过程，大都以化石的形式记录在从老到新的地层中。因此，化石在地层中的分布序列清楚地记述了自有化石记录以来的地球发展历史。

　　地球历史的“时光机”

　　化石像一个“时光指示器”，清楚地揭示了生命进化的规律，即生命从无到有、从海洋进化到陆地，再向空中呈现立体全方位的演化。

　　以5.4亿年为界限，可以把地球生命史分为两大阶段。这个时间点之前统称为前寒武纪，这个阶段涉及三大生命的起源，原核生物、真核生物起源、多细胞生物起源及早期演化。

　　在前寒武纪阶段，生命现象主要是微生物主导的。这一时期有两次重要的事件就是大氧化事件，第一次大氧化事件将原来缺氧的地球转变成有氧的地球。大氧化作用的发生跟蓝藻（蓝细菌）大繁盛有很大的关系。

　　

　　蓝藻（蓝细菌)|图源：sohu

　　渐渐地，大气中充满氧气，有氧环境就此形成，导致了生物界一些革命性事件：真核生物的真核细胞出现，真核细胞进一步发展成多细胞，完成有氧环境下形成的生物演化。

　　地球舞台上的“模特”

　　地球就像一个无比巨大的舞台，每个地质历史时期都会产生不同特征的生物类型，演绎着你方唱罢我登场的历史剧。这些登台亮相的生物就像当今T型台上的“模特”，展示了自古以来一批又一批的生物造型。

　　地球历史上的“模特”告诉我们：生物形态是从不规则、不定型、不对称到辐射对称再到两侧对称，两侧对称又衍生出各种各样的类型，如软体动物两侧对称，节肢动物两侧对称，昆虫两侧对称，鱼类两侧对称等。

　　

　　上海自然博物馆内两侧对称的三叶虫|图源：王晓丹

　　地球板块的“拼图师”

　　如今分隔大洋两侧的化石，在远古时代可能曾经生活在同一块大陆上。古生物化石为大陆漂移假说提供了直接而有力的证据，可以帮助再造远古时代的大陆板块。

　　

　　化石证明了冈瓦纳古陆的存在|图源：冯伟民

　　动植物化石见证着超级大陆。比如：舌????????????????羊齿类植物广布于南美洲、非洲、南极洲、澳大利亚和印度的石炭纪—二叠纪地层中；淡水爬行动物中龙产于南美和非洲早二叠世地层；非海相动物水龙兽主要分布于冈瓦纳大陆，也见于我国新疆和包括俄罗斯乌拉尔在内的东欧等其他陆块的二叠纪末—早三叠世地层中。

　　恐龙化石多样性证明了大陆漂移。恐龙是中生代陆上霸主，从侏罗纪到白垩纪恐龙多样性不断发展，至白垩纪恐龙多样性达到了顶峰，这与大陆板块从侏罗纪开始不断分离，至白垩纪形成当今大陆分布格局雏形的时间段相符合。

　　生物大灭绝的“记录者”

　　生物的灭绝与新生是生命演化中的自然现象，几乎每时每刻都在发生。统计数据表明，地球上的生物以平均每一百万年2-5个科的速率在灭绝。

　　地球上曾存活过10亿至40亿种动、植物和菌类，其中97%以上已经灭绝。在整个生命历史中，生物的更替是以一种不均衡的速度发生的。

　　

　　化石记录的五次生物大灭绝事件|图源：冯伟民

　　自显生宙以来的5.4亿年中至少发生了22次生物灭绝事件，具有全球影响的生物大灭绝有5次，即发生在奥陶纪末，晚泥盆世中期、二叠纪末、三叠纪末和白垩纪末的大灭绝。

　　科学家统计了全世界的古生物化石，绘制出了以科为基础的生物多样性曲线图。从远古到现在，动物多样性总体呈现出增加的趋势，但是，在生物多样性下降比较明显的地方，我们可以看出有5次大的起伏，这构成了5次生物大灭绝的背景。

　　地球气候的“温度计”

　　如果在地层中找到造礁珊瑚的化石，就可以推断这个地层曾经是温暖的浅海；如果在地层中发现猛犸象化石，就可以知道这一地层是在寒冷的气候条件下形成的。

　　

　　造礁珊瑚|图源：yixi.tv

　　温度作为对生物生长最具有影响的环境因素，不仅控制着生物的纬度分布，也决定了海洋生物和陆生生物海拔或水深垂向上的分布。温度的影响还记录在生物骨骼中，骨骼生长环的宽窄变化是夏冬季节或日夜长短的标记。骨骼成分也清晰地记录了温度的变化。

　　远古时代的“天文台”

　　生物的生长离不开环境因素的制约。在地球绕太阳旋转的过程中，四季更替、昼夜变化、潮涨潮落无不对生物的骨骼生长产生周期性的影响，骨骼不仅以生长环（带、纹）表现了这种周期的年、月、日变化，而且骨骼的成分也记录了环境的变化。

　　

　　图源：冯伟民

　　根据古生物钟研究，地球自转速度至少从寒武纪以来是逐渐变慢的，这也和天文学家的推算一致。

　　生命时钟上的刻度

　　笔石是奥陶纪和志留纪最丰富的物种之一，其演化速度特别快。用笔石来判定地层年代，尤其是在奥陶纪和志留纪，是非常精确的，其精确度远远高于同位素定年。

　　

　　笔石动物生态场|图源：冯伟民

　　牙形刺是古生代和三叠纪生物地层的主帅，古生代与中生代界限的划分就是以牙行刺为主的化石确定的，牙行刺在确立二叠纪末金钉子剖面中起了关键的作用。

　　

　　金钉子的标志化石——牙形刺|图源：sougou.com

　　中生代菊石演化迅速，分布广泛，成为推算中生代岩石年代最有用的化石之一。珊瑚、贝壳化石、鹦鹉螺化石等具有硬体骨骼的生物生长线能提供的时间刻度更是精细到年、月和日。

　　地球资源的“藏宝图”

　　页岩气是一种存在于页岩地层中的新型能源，如何圈定页岩气的分布范围，确定页岩气的地层分布深度？在页岩里发现的笔石化石发挥了重要的作用。

　　

　　笔石助力我国页岩气勘探|图源：cnhubei.com

　　我国页岩气产业部门共同采纳的地层划分标准是13个笔石带，只要对钻井岩心中笔石的种类进行分析，确定其对应于这13层中的哪一层，就能确定该岩心是否富含页岩气。

　　相信随着更多化石的发现，我们能够更好地了解自然和生命，更好地保持对自然和生命的敬畏和热爱，更好地认识我们赖以生存的地球家园。

　　

　　编辑：一星期

　　科学审核：冯伟民 博士，中科院南京地质古生物研究所二级研究员

　　转载内容仅代表观点

　　不代表中科院物理所立场

　　：上海自然博物馆

　　编辑：just_iu

　　化石是如何形成的推荐文章2：人类的听觉是如何形成的？一块1.6亿年前的化石解开了谜题

　　风声、雨声、读书声，声声入“中耳”。“听”是生物演化进程中最美妙的事情之一。但是敏锐的听觉并非“天赋”，而靠演化，更需漫长历史长河的“打磨”。

　　哺乳动物的听力演化是古生物学研究之谜。我国古生物学家通过研究1.6亿年前的化石，解开了这一谜题，证实与恐龙同时代的“贼兽”已长有哺乳动物中耳。该成果于1月28日在线发表在国际期刊《自然》上。今天，我们就来解读下这项具有颠覆性意义的成果。

　　人类耳朵是从爬行动物进化而来

　　“哺乳动物的耳朵，是从爬行动物的耳朵进化而来。”论文的通讯、云南大学教授毕顺东说，“这是生命演化大戏中最精彩的章节，也是脊椎动物演化史上，身体结构由一种功能变为另一种功能的经典范例。”

　　哺乳动物中耳有三块听小骨——镫骨、砧骨和锤骨，它们是哺乳动物骨骼系统中最小的骨头，是听觉链上的重要结构，也是哺乳动物听到声音的关键。

　　“听见”的过程极其神奇。声波从外耳进入，通过窄窄的耳道，穿越鼓膜，到达中耳区，就会遇到锤骨、砧骨及镫骨，这“三兄弟”在耳膜与充满液体的内耳间，能把声波放大，再将声音有效地传递到内耳。我们的耳朵之所以能“听见”，就与这三块听小骨有关。

　　而爬行动物的中耳仅有一块听小骨——镫骨。因此，哺乳动物比爬行动物的听觉更敏锐，能感知到更细微的声音。

　　爬行动物的中耳是怎么演化为人的中耳的呢？这是一个复杂的过程，毕顺东尝试进行通俗的解释——

　　爬行动物的下颌与头部相连，它们的中耳虽只有一块镫骨，但它们头骨中的“方骨”和下颌中的“关节骨”形成的颌关节，却具有咀嚼和听觉的双重功能。

　　“简单来说，爬行动物的嘴不仅能‘吃’，还能‘听’，它们在吃东西时，下颌上下运动，会影响到听力，因此它们几乎是嚼几下就咽了，像鳄鱼和蛇不能撕咬和咀嚼，只能囫囵吞下去。”毕顺东说。

　　在进化为哺乳动物的漫长岁月中，爬行动物的“方骨”和“关节骨”逐渐演变成了砧骨和锤骨，位置也从嘴部向上、向后移到了头部，最终与镫骨一起，形成了哺乳动物“三骨鼎立”的听觉。

　　其实，人类也留下了爬行动物这一特征。人类的锤骨与砧骨也是由爬行动物的关节骨和方骨演化而来，位于中耳腔，通过耳咽管与鼻咽部相连。举例来说，当人类嚼硬东西，像豌豆、蚕豆、薯片时，听力是会受影响的。再比如，人类感冒咳嗽、咽喉发炎时，有时也会导致中耳炎。而中耳炎产生的积液，可能会堵塞耳咽管，影响听力，严重时甚至会暂时性失聪。

　　“贼兽”揭开中耳演化之谜

　　那么，生物演化研究的难题来了——爬行动物的“方骨”和“关节骨”是如何演化成哺乳动物听小骨的呢？我国古生物学家通过研究河北省出土的距今约1.6亿年的一件“双钵翔齿兽”化石，解开了生物演化这一难题。

　　双钵翔齿兽是一种贼兽类动物，与恐龙生活在同一时代，是早期哺乳动物，样子很像今天的松鼠。“它不仅有大尾巴，还有可以滑翔的双翼。”该成果的第一、内蒙古自然博物馆馆长王军有说，“非常罕见的是，这一标本的两侧保存了完整的听小骨和关节结构，其中，砧骨仅长约1毫米。”

　　王军有还原出了这样一幅图景——这只双钵翔齿兽生活在有大量湖泊和森林的辽西地区，突然有一天，一场火山爆发把它的家全覆盖了，这只双钵翔齿兽被完好地“封印”在了岩层中，甚至连1毫米的听小骨也保存了下来。1.6亿年后，古生物学家在研究这些被大自然完好留存的细微结构后发现，双钵翔齿兽的听小骨已明显与下颌分离，属于典型的哺乳动物中耳。其中，砧骨、锤骨这两块听小骨，与现生鸭嘴兽类一样，是上下叠覆的关系。

　　听力，躲过大灭绝的关键

　　关于爬行动物中耳演化为哺乳动物中耳，学界一直存在两种假说。

　　一种是“脑颅膨胀”说，即哺乳动物生长过程中，脑颅增大，致中耳位置后移，最终中耳脱离下颌。第二种是“负向异速生长”说，即在哺乳动物胚胎发育早期，中耳骨骼形态相对于下颌较大，中耳骨化时间更早，因此在胚胎发育后期，随着头骨、下颌的长大，中耳听小骨最终脱离下颌。

　　而毕顺东等人对双钵翔齿兽的研究成果，推翻了以上假说。

　　“正是砧骨和锤骨上下叠覆的连接方式，允许这两块听小骨间能发生微小运动，从而为哺乳动物下颌的运动提供了空间。”毕顺东解释说，简单理解，这两块叠覆的骨头为哺乳动物前后、左右、上下咀嚼提供了可能。

　　之后的漫长岁月里，这两块听小骨与下颌完全分离，并不断缩小，进入到中耳，专职听力，真正演化为哺乳动物的听小骨。

　　“听小骨，终于从具有咀嚼和听觉双重功能，过渡到单一听觉功能。而强大的听力，也为哺乳动物躲避天敌提供了预警保护。可以说，哺乳动物中耳的演化，完全是自然选择的结果。”毕顺东说。

　　听小骨虽小，却让人类获得了更为敏锐的听力，以及对更大声阈范围的感应力。毕顺东说：“听力的提高、听觉的敏锐，可能正是哺乳动物能躲过中生代大灭绝、繁衍至今的一个关键原因。”

　　：新华每日电讯

　　化石是如何形成的推荐文章3：化石是怎么形成的,化石的形成条件

　　化石是如何形成的推荐文章4：古代生物不少，如今发现一块化石都难？怎样的生物才能变成化石？

　　说起远古时代，其中各色各样的生物总是令人着迷，但这些都是我们从书本看来的，真实它们长什么样，我们并不清楚，但随着化石研究的发展，现在越来越多的生物群慢慢的展现在我们的眼中。

　　特别是恐龙时代，现在发现的恐龙化石也是非常多，经过考古学家的研究后，终于给我们展示了恐龙时代的生活，还有它们当时生存下的环境，让我们对过去的事物，产生了越来越多的好奇感。

　　古时候的生物化石，是我们了解它们过去的必要东西，虽说现在发现的化石也很多，但随着时间的推移，现在的化石基本却是很难见到，甚至都要经历好几年甚至十几年的时间，才可能会发现一个具有重大意义的生物化石。

　　由此可见，如今的生物化石越来越少，基本也越来越难以见到了，那为何化石为何现在这么少见了呢？其实还是和的形成的条件有关系，说到它们的形成，想必都有不少人好奇，那就这些动物是怎么形成化石的？成为化石的难点是什么？现在的动物还能不能成为化石？带着这些疑问我们一起来看下其中问题。

什么动物能成为化石？

　　大家看到过这么多的动物化石，但它们具体是怎么形成的呢？要具备哪些条件才能够形成这些化石呢？

　　其实相对来说的话，化石形成的条件是十分苛刻的，其形成的条件需要具备以下的4点，看完你就知道有多苛刻了。

　　1、具备能保存的硬体

　　想要成为化石的先天条件就是要有足够坚硬的硬体，就好比我们人类的牙齿、骨骼等东西，因为只有具备这些，才是形成化石的基础，当然贝壳那种也是属于硬体，所以如果没有这个基础条件的话，基本很难形成化石。

　　不过也有例外，有些软体动物在极为特殊的条件下，也是能够成为化石的，但相对来说，这种动物成为化石的极少，所以一般也很难看到软体动物的化石，而要有这些硬物，是为了不让其腐烂，如果只有肉的话，会很快腐烂或者是被吃掉。

　　2、迅速被掩埋且绝氧

　　在这些动物死亡之后，还要迅速地被掩埋才行，因为在被掩埋的过程中，能够使得动物的遗体少接触氧气，也就是说要在绝氧的环境下被保存，这样才能够使得这些动物能够成为化石。

　　不过除了这个之外，有些还要具备一个原因，那就是需要大量动物群死亡，才会形成动物化石，好的会形成动物化石群，但其中有些是被破坏掉了，所以形成的动物群就很少。

　　3、足够的时间让其石化

　　除了上面两种原因之外，还需要足够的时间让它们来形成化石，因为如果时间很短的话，基本难以形成化石，这也是我们发现的化石都是在几十万年或者是几亿年前的化石，而不是几百年或者几千年的，这些时间短的，基本是属于骸骨了。

　　因为在这长时间中，动物在被埋葬之后，才能慢慢的变成岩石，让其变得更加坚韧和具有更强的化学特性，使得它们成为了我们如今知道的化石。

　　4、不被后面的灾害再次破坏

　　在前面三种具备的情况下，还是需要它们在被埋葬后，不再后天破坏，也就是被埋葬之后，它们所埋葬的岩层，不再受到地球自然灾害的影响，如果受到地球自然灾害的影响的话，很难保存下来，也就很难形成化石了。

　　除了自然灾害之外，也要警惕岩层的运动，如果这些都没有的话，那这些死亡的动物就不会再次受到破坏，这样能保存下来，才能是化石。

如今的动物需要多少年成为化石

　　上面所说形成化石的条件后，这就让人有不少的好奇心，那就是在如今来说的话，我们人类或者是动物在死亡之后，具备以上的条件下，需要多少年的时间，我们才能成为化石呢？

　　这个在学术界中是有定义的，如果人类和动物都具备以上的条件的话，想要形成化石，最少都需要1万年的时间，因为在学术界中，超过1万年的才能被称之为化石，所以最少需要1万年的时间，那时候人类的骸骨或者动物的骸骨才能完全石化，也才会被我们称之为“化石”。

结语

　　不过这是最少的时间限定，因为这还是在最有利的环境下，才能让骸骨慢慢石化形成化石，如果不是在有利的环境下，一般都是很难完成石化的，甚至需要的时间也更久，这就造成了如今化石也越来越难找到的原因。

　　毕竟化石都是需要时间的沉淀，随着人类挖掘出来的化石越来越多，所以存在的化石数量就越来越少，也就更加难寻了。

　　以上就是小编带来的内容，对于化石的形成，大家有什么看法的，欢迎在下方评论区留言评论。

　　化石是如何形成的推荐文章5：能源科普｜化石是什么，它们是如何形成的，是如何保存下来的？

　　各式各样的化石是来自地质历史的珍贵礼物，是保存在地壳中的古代生物的迹象和遗迹。化石（fossil）这个词于拉丁语fossilis， “fossilis”的意思是“挖掘出来的”，这仍然是我们称之为化石的关键属性。大多数人一想到化石，就会想到动物的骨骼或者植物的叶子和木头，全都变成了石头。但地质学家有更复杂的认识。

　　1 不同种类的化石

　　化石包括古代的遗骸，古代生命的实体。这些可能出现在冰川或极地永久冻土层中。它们可能是在洞穴和盐床中发现的干燥的木乃伊遗骸。它们可以在地质时期保存在琥珀卵石中。它们可以被封闭在致密的粘土层中。它们是理想的化石，几乎从未改变过它们作为生物的时代，但它们非常罕见。

　　生物实体化石，或矿化的生物，恐龙骨骼和石化的木头和其他类似的东西是最有名的化石。在条件适宜的地方，它们甚至可以包括微生物和花粉颗粒(微化石，而不是大化石)。它们构成了化石图片库的大部分。生物实体化石在很多地方都很常见，但在地球上，作为一个整体保存下来，它们是相当罕见的。

　　古代生物的足迹、巢穴、洞穴和粪便是另一个类别，称为痕迹化石或遗迹化石。它们非常罕见，但化石具有特殊的价值，因为它们是生物行为的遗迹。

　　最后，还有化学化石，仅由有机化合物或在岩石中发现的蛋白质组成。但是大多数的书都忽略了这一点，石油和煤也被称为化石燃料，是非常庞大和广泛的化学化石例子。化学化石在对保存完好的沉积岩的科学研究中也很重要。例如，在现代树叶上发现的蜡质化合物已经在古代岩石中被发现，这有助于说明这些生物是何时进化的。

　　2 什么成为化石

　　如果化石是被挖掘出来的东西，那么它们必须从任何能被埋葬的东西开始。然而，如果你环顾四周，你会发现被埋葬的东西很少会持续。土壤是一种活跃的、有生命的混合物，在其中，死去的植物和动物被分解并循环利用。为了避免这种的崩溃，生物必须在死后不久被埋葬，使其远离所有的氧气。

　　然而，当地质学家说“很快”时，那可能意味着数年时间。骨头、贝壳和木头等坚硬的部分在绝大多数时候会变成化石。但即便如此，它们也需要特殊的环境才能得到保护。通常，它们必须迅速埋在黏土或其他细小的沉积物中。皮肤和其他柔软部位的保存需要更罕见的条件，比如水化学成分的突然变化或矿化细菌的分解。

　　尽管如此，人们还是发现了一些令人惊奇的化石: 1亿年前的菊石，其珍珠母质的完整叶子来自中新世岩石，呈现出秋天的颜色; 寒武纪的水母，5亿年前的两细胞胚胎。有一些特殊的地方，地球足够温和，足以大量保存这些东西;它们被称为lagerst?tten。

　　3 化石的形成

　　一旦被掩埋，有机遗骸要经过一个漫长而复杂的过程才能变成化石。对这一过程的研究被称为埋藏学。它与成岩作用的研究相重叠，成岩作用是将沉积物转化为岩石的一系列过程。

　　一些化石在深埋的高温和压力下以碳薄膜的形式保存下来。在大范围内，这就是煤层的形成。

　　许多化石，特别是年轻岩石中的贝壳，在地下水中经历了一些再结晶。在另一些情况下，它们的物质被溶解，留下空间(模具)，再用周围环境中的矿物质或地下流体(形成铸件)填充。

　　真正的石化是指化石的原始物质被另一种矿物慢慢地完全取代。如果用玛瑙或蛋白石代替，其结果可能栩栩如生，也可能非常壮观。

　　4 挖掘化石

　　即使化石在地质年代中被保存下来，也很难从地面取回。自然过程破坏它们，主要是变形的热量和压力。它们也可能消失，因为它们的宿主岩石在较温和的成岩条件下重新结晶。而影响许多沉积岩的断裂和褶皱可以抹去它们可能包含的大部分化石。

　　化石由于保存它们的岩石的侵蚀而暴露出来。但在数千年的时间里，可能需要从一端到另一端揭开化石骨架的面纱，露出的第一部分会碎成沙子。完整化石标本是稀缺的，这是为什么发现像霸王龙这样的大型化石能成为头条新闻的原因。

　　除了幸运之外，发现和发掘化石还需要高超的技术和实践。人们使用各种工具，从气动锤到牙签，从珍贵的化石材料中去除石质基质，这使得所有拆封化石的工作都是值得的。

　　注：所有图片来自网络。

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