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或者，如美国麻省理工学院的两位生物学家认为，彗星撞击地球时可以 普降酸雨，致使恐龙及其他生物死亡。甚至在80年代中期，美国科学家提出 例证，在北纬70°的阿拉斯加一条河流里发现一条食草恐龙化石，其致死原 因就是酸雨所致。他们设想，有一块彗星，其质量重12万亿吨，由冰块组成， 撞击到地球，引起地球大气层的放电现象，造成大量氮的氧化物，形成酸雨 倾泻地面，毒性物质致使生物绝灭。 天文学家还认为，太阳系经过银河系平面时，宇宙尘就会扰动彗星云， 引起彗星雨轰击地球。每隔3300万年轰击一次，每次轰击的时间可持续几万 至几十万年。所以认为彗星撞击地球的机会要比小行星撞地球的机会多得 多。 四是小行星撞击地球假说。从前面提到的白垩系与第三系交界处富含铱 的分析中，科学家们找到了小行星即含丰富的铱这件事中受到启发，于是提 出，6500万年前，有一颗直径约为7～10公里的小行星驶近了地球轨道，在 地心引力作用下，冲向地球，以极快的速度进入大气层，与地球发生猛烈的 撞击，爆炸的声波和引发的地震横扫了地面的一切，大批生物当场死亡。爆 炸所产生的粉尘，直冲云霄，形成了遮天蔽日的云雾。这些尘雾，能在平流 层停留长达3～5年之久，致使地面接受不到阳光而骤然变冷，植物不能进行 正常的光合作用而枯萎，地球生态系统遭到严重的破坏，恐龙及其他生物或 因病而死亡，或在饥寒交迫中绝灭。 五是巨陨石撞击说，巨陨石中的铱含量也很高，于是有此假说。美国加 利福尼亚大学的艾伦斯和奥基弗等人认为，一颗巨大的陨石 （直径约11公 里）在6500万年前，以每秒40公里的速度向地球袭来，冲入深达6400米的 海底，使海底撞击出一个直径达40公里的大坑，坑深可达30公里。于是大 量的海水迅速变成高温蒸气，直冲 40公里高空，这个高温蒸气柱的直径达 48公里。同时，海洋中还卷起5公里高的大浪，在27小对之内席卷全球。 陨石在降落过程中，一部分也气化了，形成微尘，漂散全球，地面昏暗，气 温骤降，生态破坏，恐龙及其他生物当然也绝灭了。但这一假说还缺乏进一 步的证据。 六是火灾假说。美国芝加哥大学安德斯研究了白垩纪地层中所含有物 质，发现其中的含碳量比其上覆地层或下伏地层中的都高，甚至相差 10000 倍。他认为，这是巨大的陨石下降时散发出的高温引起地面森林大火所致， 恐龙食料中断而死亡。他并进一步论证了界于亚美两大洲之间的白令海峡就 是巨陨石 （相当于10亿百万吨极）的撞击坑，当时这个大火球的温度可高达 3000°F。 七是银河系旋臂运动假说。这是我国天文学家喻京川提出的。他研究了 地质历史上五个地质时代——震旦纪末期、奥陶纪末期、泥盆纪末期、二叠 纪末期、白垩纪末期是生物的大绝灭时期，而这5个时期的时间间隔约在1.26 ±0.1亿年，正好与太阳系围绕银河系旋转的半周期比较接近。 这是因为围绕银河中心的两条银河旋臂正好处在太阳公转轨道直径的两 个端点上，太阳系公转一周要穿过这两条旋臂，每半个周期就会与其中的一 条旋臂相交。于是太阳系从一个旋臂到另一个旋臂的运行时间即公转半周期 和地球上生物大绝灭的周期可以进行吻合推算： 6 根据天文数据：太阳系处在银河系旋转周期为220×10年，即2.2亿年。 而太阳系的旋转周期为2～2.5亿年之间，所以太阳系公转半周期为1.2±0.2
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亿年。 由此得出5个地质时代的平均时间间隔为1.2575±0.1亿年。如果用± 0.2亿年的误差对推算值进行校正的话，所得的数值正好与绝对年龄值相 当。 由此得出结论，地球上平均每隔1.26±0.1亿年出现一次大规模的生物 绝灭事件与太阳系平均每隔 1.2±0.2亿年和银河旋臂相交的时间是一致 的。 银河系两条旋臂存在密度波，密度波通过星系盘会引起物质暂时堆积现 象，所以旋臂是由密度波运动产生的。当密度波扫过银盘上星际介质时，其 中的冲击波会把气体和尘埃突然地收缩，这种收缩会触发恒星的形成。在旋 臂里，密度波还会使恒星及星际物质高度集中并产生强大引力。这样，干扰 恒星的运动和轨道是必然的了。 地质年代 绝对年龄 推算值 校正值 （纪） （亿年） （亿年） （亿年） 震旦纪末 5.7 ±0.5 5.7 ±0.2 5.7 奥陶纪末 4.4 ±0.1 4.5 ±0.2 4.4 泥盆纪末 3.5 ±0.1 3.3 ±0.2 3.5 二叠纪末 2.3 ±0.1 2.1 ±0.2 2.3 白垩纪末 0.67 ±0.03 0.9 ±0.2 0.7 喻京川认为，地球上生物大绝灭应与旋臂运动有关。因为旋臂是恒星密 集区，引力强度大，而且太阳系在这里与其他恒星的距离有所缩短，这对太 阳系中的质量较小的彗星和小行星运动轨道能产生较大影响。同时，太阳和 地球等在冲击波的作用下会出现收缩现象。这样，地球上的生物就易受到太 阳辐射变化和受小行星、彗星等的撞击，地球本身的地壳运动也会加剧，从 而又引起气候的变化。 尽管有关恐龙绝灭之谜的探讨罗列了如此众多的假说，听起来也颇感在 理，似乎令人信服，但研究者仍然认为这许多假说并非天衣无缝，十全十美 的。在没有得到进一步论证之前，还不能过早定论。有关恐龙灭绝的原因， 尚待科学界深入的研究。相信终有一天，人类会揭开恐龙灭绝这一千古之谜 的。
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我国古代学者对化石的研究 沈括鉴定 “竹笋”化石 沈括 （公元1031～1095年）是北宋时代著名的政治家，又是一位卓越的 自然科学家。他对自然科学、人文科学、医药卫生、工程技术各方面都进行 过考察和研究；在天文、数学、地理、地质、气象、测绘等方面都有独到的 见解和突出的成就。特别是他记载过许多劳动人民的创造发明，为研究我国 古代科技成就提供了极为宝贵的资料。 宋神宗元丰年间 （公元1080年前后），沈括担任陕西鄜 （州）延（州） 经略安抚使，带兵抗击西夏，驻扎在延州 （今延川县）永宁关。 一个意外的机会，他在黄河岸边发现了一些石 “竹笋”。意外的发现， 引起了沈括的沉思：关于化石，我过去在浙江婺州金华山也见过，那里有松 石、核桃、芦根、鱼、蟹之类，但它们都是浙江江中部一带的本地产品，倒 是没有什么值得奇怪的；而今天，我在延州碰到 “竹笋”，不得不奇怪了。 因为竹子是生长在南方气候温和、雨量充沛的地方。而现在的延州，地处干 燥的黄土高原上，不可能生长竹子。据我的经验，秦岭—淮河以北，已经见 不到竹林了。值得思索的是，为什么在地下深处的岩层里会留下如此多的竹 丛？这些 “竹笋”化石，无疑是更古老年代里生长在山野之间的。照这样看 来，延州这个地方古代与现在不一样，或许曾经像南方地带那样，也是温暖 湿润的气候环境！ 根据现代地质古生物学的知识，沈括所说的 “竹笋”化石，实际上是中 生代时期的一种芦木植物，称为 “新芦木”（是现代生长在温暖气候区水塘 边的木贼草的祖先）。但是，在古生物鉴定属种具体名称问题上的差错并不 损害沈括由此推断古地理、古气候方面的创见。仍然反映了富有实践经验的 沈括在古地理学方面所发挥的卓越智慧与才能。首先，他认识了数百棵已经 石化了的 “竹笋”的客观事实，进而分析到“延郡素无竹”的情况得出结论： “无乃旷古以前，地卑气湿，而宜竹耶？”（引文见《梦溪笔谈》第373条）。 沈括的推论，完全合乎科学的道理，直到今天，我们在研究地质历史时期的 古地理特点，恢复当时的自然面貌也正是运用如沈括所阐明的 “将今论古” 的原则。 沈括的古生物学和古地理学的正确思想比西方的达·芬奇的类似观点早 400多年。而达·芬奇在欧洲地质学界被誉为古生物学和古地理学具有科学 见解的第一人。 黄庭坚也找到 “竹笋”化石 黄庭坚 （公元1045～1105年），北宋时代著名的诗人、书法家，与沈括 几乎是同时代的人，他对 “竹笋”化石也很感兴趣。 “文革”期间，破“四旧”的红卫兵在江西武宁旧县城的石家词堂里， 发现了一块长19厘米，宽11.4厘米，厚2.5厘米的方正石块，它表面十分 光亮，正面有一支 “竹笋”化石。侧面刻着黄庭坚的诗。 南崖新妇石，霹雳压笋出。 勺水润其根，成竹知何日？
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这块难得的“竹笋”化石标本辗转到了县文化馆，又请来几位文人研究， 最后确定这块不寻常的标本已经在民间流传900多年了。题字者就是北宋的 黄庭坚。 诗中所说的南崖，位于修水城南的修水河畔，一座不高的小山，悬崖峭 壁下是碧波照人的河弯转角处的水潭；崖上古树苍郁，建有几座楼阁亭台， 廊榭里竖立着几十块由黄庭坚亲笔书写的诗碑。因为黄庭坚是本县人，当时 曾在南崖讲学，如今南崖变成一处古迹名胜，外地来修水的人，都要到这里 游览一番。想象中，黄庭坚对南崖是有一股感情的，因此他把含有 “竹笋” 的石块说成南崖的特产，可以理解。 但南崖所在地的地层属于寒武纪的，不产这类 “竹笋”化石。那么，这 “竹笋”化石到底是什么？好在黄庭坚所得标本保存得的十分完整，切面也 合乎科学的剖视，只要初学过古生物学知识的人都能看出，这是生活于距今 4亿5千万年前奥陶纪时期海洋中，属于软体动物门的头足类壳体化石。这 类动物的后裔，如今还游弋于热带海域里，即鹦鹉螺。不过现在看到的鹦鹉 螺壳体是旋卷起来像蜗牛的壳体一般，而那时的头足类壳体绝大多数都是直 的，如角，故称为角石。无论鹦鹉螺，或者角石壳体的内部构造基本上都是 相同的，分隔成一个一个连接的小室，其中充气，便于动物在海水里浮动游 泳。当它们形成化石以后，分隔成一节一节如笋节般的特点也就清晰可见， 再加上壳体的头部较大，往后，徐徐变小，到尾部就收缩得更为尖细，所以 外貌也就像竹笋，无怪乎黄庭坚见到这件罕物，当作 “竹笋”来吟咏了。 如果再查看一下附近的地质图，与修水相邻的武宁县境内就有奥陶纪地 层，其中产有丰富的角石。经古生物学家鉴定，黄庭坚获得的角石，可以正 确地定出它的属种名称，叫中华震旦角石。 中华震旦角石或近似的化石，在我国长江流域几乎很多地方都有出产， 由于它的造型奇特，色泽美丽，过去很多有钱人家者把它当作古董收藏，经 过巧妙的加工以后，用红木框架镶嵌起来，置于客厅案头，显示其名贵高雅。 不过，他们不把它作为“竹笋”看待，而另起吉祥的名字，称为“宝塔石”。 例如 《湖北通志》物产下卷22中提到：“宝塔石，一名太极石。《荆门州志》 云：产远安荷花店山中，形如笋，一笋者居多，或有三笋连生者。有纵横生 者，锯为屏风，直如塔，横者如太极图，亦奇产也。案此石，东湖、长阳、 兴山皆有之，见三县志。”这段文字中，不仅对角石外形的描述相当详细而 切题，而且还讲述了化石埋葬的情况，也算是难得的古生物学中的古代文献 呢！ 韦应物研究琥珀 韦应物 （公元737～790年？），唐代的著名诗人，评论家认为他的山水 田园诗写得很出色，抒情细腻，状物工致。确实，他对物体的观察，很有独 到入微的特点。今摘录其 《咏琥珀》一诗，可见一斑： 曾为老茯神，本是寒松液。 蚊蚋落其中，千年犹可觌。 在这首仅20个字的绝句中，不仅描述了昆虫化石的保存特点，而且说明 了化石及琥珀的形成过程，还涉及到古昆虫的生态特点，堪称为古代科学诗 的杰作。
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他的第一、二句诗，说明琥珀的来历是由于松柏类的树脂深埋于地下历 时千年以后而形成的，用现代矿物学与古生物学的研究来衡量，韦应物的观 察基本上是正确的，许多树木外表皮受伤以后，特别是裸子植物 （松柏类就 是其中之一）和某些被子植物 （如桃树），很容易从伤口分泌出树脂，这就 是所谓 “寒松液”，一旦树脂与森林一起由于某些自然因素 （比如地震，山 洪暴发）而倒坍，并被砂土迅速掩埋于地下深处，受到强力的压力和地壳的 热力的影响，树脂石化为琥珀，树木则变成煤碳。所以，琥珀往往就与煤系 地层共生一起了。 当然，这种由树脂变成琥珀，由树木变在煤碳的时间并不是千年所能完 成，据目前出产琥珀的地层年代看，至少也得两三千万年以上！就这一点来 说，韦应物似乎不够准确。 诗的第三、四句，是说明昆虫化石的形成过程与保存特点，完全合理。 当我们观察流出的树脂时，散发出一股清香，招引飞虫扑来，没有料到，当 它们的肢翅接触到树脂时，被粘住了。几番动弹，几番挣扎，粘得更紧，最 后就无法逃脱。此时，树皮外伤的伤口尚未结疤，树脂继续外溢下流，慢慢 地，将昆虫全身覆盖包裹起来。昆虫与外界空气、雨水、风吹、日晒隔绝， 好像置于密封器皿中，既不会腐烂变质，也不受风化侵蚀等生物化学作用的 影响。随着在地下深处的煤炭和琥珀的形成，但这些昆虫不受影响，终于形 成化石。有些完整的，简直像一个用有机玻璃制作的工艺美术品，十分逗人 喜爱。由此可见，韦应物对昆虫化石的观察，真有古生态学的特点呢！ 我国著名的琥珀产地在辽宁抚顺，生在距今四千多万年前的始新世含煤 地层中。除作药用外，大量的作为工艺品和装饰品。 从韩愈谏迎佛骨说起 韩愈 （公元768～824年）是唐代著名的文学家，在提倡文风方面，立下 不可磨灭的功劳。影响我国文坛很大，后人对他颇为崇拜，称他为 “文起八 代之衰”的先驱。 同时，在他的世界观方面，也竭力反对迷信、崇拜偶象，提倡尊重实际， 崇尚科学。于是，在他的政治生命中引发出一种冤曲的故事。 当时，唐朝的皇帝宪宗，到了晚年，迷信起佛法来。他得知凤翔法门寺 里有一座远近闻名的护国真身塔，塔里供奉着一根小骨头，据说是释迦牟尼 佛死后留下来的指骨。当时僧人们流传着这样一种说法，每30年开放一次， 让大家看一下 “佛骨”，那年肯定是风调雨顺，国泰民安。 唐宪宗被好事者说得动起心来，于是下令，特派30人的仪仗队前往凤翔 法门寺，把 “佛骨”接到长安来，先在皇宫里供奉几天，然后送到寺里，供 大家瞻仰。 虽然这个过程很简单，但皇帝下令的迎送，非比寻常，仪式要特别隆重， 排场要特别阔气，耗费的人力、物力、财力可想而知了。 当时，韩愈在宰相裴度手下做行军司马，他不信佛法，心情耿直，是敢 言直谏的大臣。 韩愈对铺张浪费来迎“佛骨”，很不满意，就给宪宗皇帝上了一道奏章， 劝谏宪宗不要干这种迷信的事。 他说，佛法的事，中国古代是没有的，只有在汉明帝以来，才从西域传
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进来。历史上，凡是信佛的王朝，寿命都不长，可见佛是不可信的。 当奏章送到宪宗手上，龙颜大怒，虽免于一死，但还是被降职发配到广 东潮州任刺史。 那么，法门寺的 “佛骨”真是释迦牟尼的指骨吗？ 直到抗日战争时期，我国著名的古脊椎动物学家杨钟健教授来到四川峨 眉山游览，见到寺庙里的和尚供奉着 “佛骨”，兴趣所致，靠近细看，才恍 然大悟，原来是一种几十万年前广布于华南各地的重要哺乳动物化石——剑 齿象。 到50年代，杨老出版 《脊椎动物的演化》时，把这件事写在书上，并指 出：“韩愈阻止的佛骨也无疑是象一类的化石”。 所谓 “象一类的化石”，就是中药店里的“龙骨与龙齿”，现在一些中 药店的橱窗里还将上述的剑齿象的臼齿标明 “青龙齿”之名。“龙骨”也好， “龙齿”也好，如果用古脊椎动物的常识加以注释，乃是上新世到更新世中 期这段距今1000万年前后形成的古哺乳动物的骨骼或牙齿化石。如果说凤翔 法门寺供奉的 “指骨”是属于“佛骨”的话，那么小型哺乳动物的肢骨化石 完全可以乱真，因为一般僧人和信徒是不会去追究其真假的。 佛骨—龙骨—哺乳动物化石三者的关系现在已基本上搞清楚，同属于一 样东西。 中医为什么将这些化石入药？我们尚未见到科学性较强的研究报告，不 过，有人曾对其进行定性分析，其中含有钙、钾、铝、铁等多种化学元素， 多呈碳酸根、磷酸根，由此估计，可能与补就人体所需的某些元素增进健康 有关。从化学角度看，据说牡蛎的成分与 “龙骨”相同，是否可以通用？因 为牡蛎的价格便宜得多。 据中药学的要求，以 “五花龙齿”最佳，这些化石，基本上是上新世或 更新世早期的哺乳动物的牙齿化石，其中以象类、犀类、马类最为常见。 由于“龙骨”当作药用，买卖“龙骨”的生意也随之兴隆，例如在宋朝 黄复休的 《茅亭客话》中这样记载的：“蜀有蚕市，每年正月至三月，州城 及属县循环一十五处……有鬻龙骨叟与孙儿辈将龙骨、齿、角、头脊之类， 凡数担，至暮货之亦尽。因问所得之处，云某住灵池县分栋山，山去府城七 十余里，北连秦陇，南接资沪，山阜岗岫之间，磎硐土穴之内，有能兴云雨 之处，即有年深朽腐者，大十数丈，小三五丈，掘而得之甚多。”这里记载 四川买卖 “龙骨”的热闹场面以及产地位置。 每年正月至三月，农闲季节，村民就去挖 “龙骨”，每天可售出几担， 三个月内售数百担，可见其开采量相当大。如果从今天研究化石的角度看极 为心痛，说不定有许多珍贵的化石都被捣碎作药了。 就目前已知的四川地质情况看，距今数十万年前至百万年前，当地的哺 乳动物群成为化石者，分布相当广泛，特别是洞穴堆积中更为丰富。 到了清代乾隆年间，约 1792年前后，“龙骨”除了继续药用以外，还作 工艺品的。 据天汉浮渣散人所撰的 《秋坪新语》卷五载：“太州深山中，农人往往 得龙角，长丈余，圆四围，一歧而中空，重于石。工人截之，择坚整者作朝 珠并小器物。其色不一，有白如象牙，红如紫，褐青如沉香木，其纹理皆如 鱼鳞，宝光陆离可爱，士人重之。” 这里所说的 “龙角”，按今日的古脊椎动物学的知识判断，可能是大象
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牙，即发现于新第三纪至第四纪的许多乳齿象或真象类的獠牙。其他哺乳动 物的角不可能如文中所说的 “长丈余，圆四围，一歧而中空，重于石。“这 些化石象牙，不大坚硬，容易雕琢，所以成为工艺品的原料了。
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地层古生物学家的贡献 达·芬奇向上帝挑战 在中世纪（指公元5世纪欧洲奴隶社会解体以后，直到15世纪后半期文 艺复兴时代以前）的欧洲，教会拥有无限的权力。 当时，西欧的三分之一的耕地掌握在教会的手里。教会又是文化的垄断 者，哲学被用来为宗教服务，自然科学也不例外。说什么上帝按照自己的形 象创造出来的人处在宇宙中间不动的地球上，自然界一切都从好的方面或坏 的方面来适应人，地震和破坏性的风暴是上帝派来惩罚和警告人们的犯罪行 为的，如此等等。如果有谁敢于提出异议，例如说地球是动的，地震是自然 现象，就会遭到教会的迫害，以致烧死。所以，在这段约有 1000年的时间 里，自然科学毫无进展，处于 “黑暗时代”。 在这个黑暗的年代里，哲学家与科学家对地球科学的某些问题本身也不 敢正视，例如地层里的化石是怎么来的？只出种种符合教会 （或教义）的主 观臆说，诸如以往某些唯心主义哲学家散布的 “化石是在星际空间作用影响 下形成”等谬论那时仍在流行。虽然有时也承认化石是古代生物的遗体，但 也脱离不了教义，说什么这是世界大洪水泛滥的产物，并且广为流传。 直到15～16世纪欧洲“文艺复兴”时期，也正是封建社会走向资本主义 社会的过渡时期，生产力有了新的发展，自然科学也跟着相应地发展起来， 科学家越来越注意航海技术、水利工程、天文学、力学、数学、地学方面的 问题。 特别是为了发展农业和交通，兴修水利，开挖运河成为重要的工程建设， 这必然接触到地理与地质科学。当人们挖掘到盛产海贝的地层时，发现许多 化石，不约而同地就会对它们议论开来，甚至对其来历发生热烈的争论。 正当处于青年时代的著名画家、科学家达·芬奇（公元1452～1519年）， 在意大利北部平原上主持设计运河的挖掘工作，他多次在岩层里发现了贝壳 化石，经过反复观察并联系当时各方的见解，也提出自己的看法。他认为： 当这些贝壳还在海岸附近的海底上生活的时候，河里冲下来的泥砂将它们掩 埋了，并且掺入它们的内部。久而久之，海岸抬升，泥沙固结，干燥石化以 后，终成化石。 他甚至敢于冒犯圣经的教义，率直地说： “我也不明白，如果说以前海 水曾淹设过整个大地和山岭，那么现在这些海洋又躲藏到哪里去了？贝壳化 石绝不是这个臆想中的大洪水的产物，而是现在还生活在海洋中的那些生物 的祖先。”于是，他得出结论：古往今来，山和海的位置并不是固定不变的， 也很难想象，山岳会骤然升出海面，大陆会突然变成汪洋。实际上，海洋和 陆地的轮郭是在慢慢地改变，就像眼前我们所能见到的一样，想来，古代也 是如此。 年轻而勇敢的达·芬奇大胆地否定了教义，提出有关贝壳化石形成过程 的科学解释，并进而批判了流行几百年的所谓星际影响下形成化石的谬说， 据理质问那种为顽固的教会势力效劳的奇谈怪论，为欧洲的文艺复兴时代的 科学中兴打开了通向真理的缺口。因此，欧洲地学界习惯于把达·芬奇推崇 为对化石具有科学见解的第一人。 达·芬奇的思想影响是很大的，例如 1517年，修建意大利的米兰城时，
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发现了无数稀罕的化石，科学家们对此很感兴趣，进行了研究。其中最有名 的是弗拉卡斯多罗，他接受了达·芬奇的主张说： “这些化石，多数是现生 的贝类，现时找到它们脱壳的地方，就是它们以往生活的地方。怎么可能由 石头自身塑造出来的呢？”他也对摩西洪水造成化石的谬论给予有力的驳 斥： “泛滥的时间很短，而且主要是河流的作用，即使洪水把贝壳搬运得很 远的话，那么一定只散布在地面上，而不可能把化石藏进高山的深部。如果 人们不是诡辩的话，这样简单面明白的解释，应当无需争论了。即使暂时还 不理解，今后发现更多的化石资料，也肯定会迅速消除你们的疑团。” 今天看来，弗拉卡斯多罗的见解，似乎不足为奇，但在当时教会势力仍 很坚固的情况下，敢于站出来捍卫真理的科学家，必须有极大的勇气和自我 牺牲的精神。 居维叶绝技解迷团 居维叶在巴黎的法国国立自然博物馆从事脊椎动物解剖研究工作几年以 后，他感到所有动物的器官都有相互牵连的关系，比如肉食类动物的犬齿特 别发达，臼齿也利于咀嚼时的切割作用，那么它的足尖肯定长有锋利的爪； 如果是食草类的动物，犬齿不会发达，臼齿也变得平整而不是呈弯曲的脊状， 四肢的前端则长着蹄同样是食草类，善跑的腿必然细长，不大会跑的腿则变 得粗短，如此等等。各类动物的器官特点必然相互关联，而且与它们的生活 习性，特别是采获食物的方式有着极为密切的关系。这种规律，居维叶总结 为 “器官相关定律”。当研究地层中出产的脊椎动物的骨骼、牙齿、角化石 时最为有用，奠定了研究脊椎动物化石的基础。但是，在 19世纪初期，能够 相信他的 “器官相关定律”的人很少很少，甚至有人讥讽他是吹牛大王。 居维叶为了宣传他的研究成果，有一次，当众作了 “器官相关定律”的 精彩表演。 他收集到一块尚由岩石包裹起来，仅露出少量骨骼的脊椎动物化石，对 观众说： “这块化石来自巴黎郊区新生代的地层里，从已暴露的骨骼判断， 无疑是属于哺乳动物。”话音刚落，有几个围观的走近细看，点头赞同。居 维叶接着又问： “谁能说出这块化石到底是哺乳动物的哪一类？”听众们面 面相觑，感到化石的暴露部分实在太少，无法判别。稍停了一会，居维叶看 看在场的观众们面有难色，于是他举起手中的标本，慢慢地说： “你们看， 这块标本只见到几颗牙齿和少数骨骼，但根据器官相关定义可以判断它是有 袋类的负鼠化石。”说罢，他用剔针轻轻地去掉周围的松动岩石，果然袋骨 暴露出来了。在场的人们，包括一些科学家都惊呆了，不得不佩服赞叹。这 具标本，就命名为 “居维叶负鼠”，以志纪念。至今，这块不寻常的标本还 保存在巴黎自然博物馆。 通过这次表演，居维叶总结说： “每个有机体都是一个完整而严密的体 系，它的各部分都是相互适应的。任何一部分的改变都要引起另一部分的改 变，因此获得一部分就可以判明其他的部分。 “只要骨头的一端保存良好，就可以巧妙地运用类比和精确的比较，像 拥有一个完整体那样准确地决定它的纲、目、科、属、种。 “如果一个动物的肠子是消化生肉的，那末这个动物的颌骨构造一定适 应于嚼食猎物，爪子能抓住并撕裂它，牙齿能咬碎它，四肢能追赶它，感觉
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器官能在远处发现它……。 “如果一个人看到了偶蹄类的痕迹，那么他就可以断定遗留这个痕迹动 物是反刍动物……只要一个痕迹，就可以使观察者发现前代动物所遗留的牙 齿形状、颚骨形状、脊椎形状以及腿、肩和骨盘的全部骨骼的形状等。” 早在1801年，他的“器官相关定律”尚未公诸于世的时候，居维叶曾收 到一个博物馆馆长柯林伊的素描图，据称，这是一个奇异的海生动物化石， 但不知叫什么名字，要求鉴定，居维叶就运用正在研究的“器官相关定律”， 分析了它的前肢和头部特点，大胆地断言： “这是一个飞龙化石。”当时曾 引起热烈的争论，有人说是会游泳的鸟类；有人说这是介于鸟类和蝙蝠之间 的过渡型动物。直到后来采获到更多的化石，证明居维叶的论断与鉴定是正 确的。 更有趣的，据说有一个 “调皮”学生听了居维叶的“器官相关定律”课 程以后，想试试老师。一天夜里，他把自己化装成一个奇怪的“哺乳动物”， 悄悄地溜进居维叶的卧室，发出嘶叫和鼻息的声音，并装出要吃掉居维叶的 姿态。一阵突如其来的怪声惊醒了居维叫，在微弱的光线下，他睁大眼睛看 一看，镇静地说： “！没有什么了不起，你有蹄又有角，根据器官相关定律 推测，你只是一只吃草的哺乳动物，不会吃人，何必惧怕呢！”说完，居维 叶翻了一个身，依旧睡他的觉了。 他运用这一定律，一生中记述过现存的和化石的哺乳动物达 150种之 多。 史密斯发现化石层序律 18世纪末期的一天，年青的矿山测量员威廉·史密斯和他的几位朋友在 英格兰南部威尔士的一间咖啡店里聚会闲聊，无意中谈起如何划分地层的问 题。对当时来说，化石是埋藏在地层里的古代生物的遗骸经过石化作用以后 留存下来的无机物已经为人们所共识，不再像以往那样争论化石是大洪水灾 变后的产物。但从地层里挖掘出来的化石，到底有什么用处？还很不清楚， 最多只认为能指示沧海桑田的变迁。但是，史密斯长期在矿山工作中，在开 挖运河的测量工作中，经常发现化石，他还见到不同地层层位里的化石是不 同的；同一地层里的化石是相同的，就凭着这个直觉的发现，他利用化石的 特点进行地层的划分，所以当朋友们提到地层问题时，他就能侃侃而谈，如 数家珍。 正在这个时候，被邻座的一位牧师听见了，牧师凑近史密斯，对他说： 你刚才谈论的问题，十分重要。现在，很多矿山在开矿 （比如说开采煤层） 过程中，突然发现矿层中断，不知道到哪里找？所以，科学家们正在研究， 如何能把地层进行有次序的划分，再能标志出各地层的特征，找寻矿层中断 问题不就有力法了。” 史密斯思考了一会说： “我在威尔士煤矿上工作时，经常跟采煤的矿工 们交谈，他们也觉得挖煤带有很大的盲目性，有煤时，挖得挺欢，挖不到时， 垂头丧气，我也为他们着急。于是，我在工作之余，也跟着下井，观察地层， 细看煤层分布的规律，捉摸煤层埋藏的标志，通过不断的实地调查和研究， 终于找到那里的煤层的分布规律，矿工们按照我的方案去挖，基本上没有落 空的， “煤层往往和植物化石在一起，所以众多的植物化石就成为寻找煤层
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的标志。而这些含煤的地层深埋在地下，它的上面，是一层红土，不含化石， 在红土之上，则是沙土，这里含有丰富的贝壳类化石，属于最新的地层。” “后来，我转到开挖运河的工地上，当起测量员，在那里，需要正确的 计算运河的长度与宽度，需要预测开挖的土石方量，而且运河是通过坚硬的 地层区，因此，很需要寻找这些地层的标志物，于是我运用起找煤层的经验， 发现这些地层里含有丰富的菊石化石，我就仔细观察了这些菊石的外表特 征，终于发现先后层序中所含的菊石类型或种类是不同的，借此，不仅划分 出地层的新老关系，还能对比同样层位而相距较远的地层呢！经过这一番考 虑，开挖运河的工作就比较顺利地进行了。” 史密斯的这一理论的发现，地质学上称之为： “化石层序律”，直到今 天，野外地层工作者，基本上还是按照史密斯的发现进行工作的。 没有想到，在这次偶然的机会里，给这位牧师捞到了学术资本，他就以 自己的名义，将史密斯的发现写成论文，并向英国地质界公布出去，并赢得 了一片赞扬声。因此，当时英国的地质界只知道牧师约瑟夫·泰乌谢德在地 层和化石的研究方面做出了卓越的贡献，而不知道他的见解竟完全是从史密 斯那里打听来的。后来，在1807年创建的 “英国地质学会”的“名誉会员” 就给约瑟夫·泰乌谢德窃取了。史密斯仍默默无闻。又过了几年以后，真相 终于大白，史密斯在英国地质学界才获得了应有的地位。 为什么历史学家在提到史密斯发现 “化石层序律”之时要尊史密斯为英 国地质学之父？请看他的贡献： 1977年，30岁时，运用“化石层序律”原理制作了一张“英国沉积地层 表”，这也是世界上第一张最有系统的地层表。后来，这张手写的表格吸引 了当时欧洲地质界的广泛注意。大约过了20年，这张具有科学意义的地层表 才得以正式出版。 到 1813～1815年，史密斯根据自己多年实地调查中累积起来的地质资 料，完成了英格兰、威尔士和一部分苏格兰的地质图，这是世界上第一幅地 质图。 1816年，他撰写了 《根据有机物化石所鉴定的地层》，这本书实际上是 他发现的 “化石层序律”的总结。他在这本书的序言上写道：“有机体化石 及其产地，可以被所有人，甚至不识字的人所认识，而这些化石则为认识土 壤和土壤以下的岩层从各方面提供很好的线索。”这几句简单的话，说明了 一个真理，科学并不神秘。任何客观事物都可以认识，而且任何人都有条件 去认识它。在这本书里，他还写道： “一切地层都是在海底沉积的，每一层 都含有它形成期间的海生动物遗体。因此，每一地层都含有它特有的化石， 大多数情况下，根据这些化石就能确定不同地点的地层是在同时形成的问 题。”这段简明扼要的阐述，也就成为他的 “化石层序律”的基本概念，也 是生物地层学的基本原则。 史密斯在研究地层问题时，经济条件极为困难，曾徒步走过遍及英格兰 的山山水水，但终于获得新成果，1819年，他又公布了6张长距离的地质剖 面图，在图上，划分出不同时代的地层，表示上各自的岩石特征，反映出区 域地质构造面貌。这些工作，前人从未做过，都是他的创造，直至今天，我 们还是沿用他的工作原理与方法。
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古生物钟的奥秘 生物钟现象 公鸡定时啼鸣；候鸟适时搬巢，并作长途飞行；植物的开花、结果也都 严格地遵循季节时令而出现；某些海鱼或海龟也选择每年固定的时刻回游到 河流、三角洲或海滨陆上产卵；甚至包括人类也过着定时睡眠、定时醒来的 习惯，所有这些日常可见的现象，都无不与时间节奏紧密地联系在一起，就 好像钟表指示时间的周期一样，但这些自然现象都是生物体本能的反应，科 学家称之为生物定时，通俗地说，就是生物钟。 如果有机会到海边去进一步观察某些生物的活动规律，它们表现出来的 生物钟现象更奇妙呢！比如生活于低潮线以下的招潮蟹，其体色在24小时之 内会随着昼夜的交替作定时的变化——白天，光线充足时，颜色变深，呈深 黑色；到夜晚，黑暗时，体色变浅，呈青灰色的了。 生活于低潮线以下的贻贝，每当潮水上涨时，双壳张开，伸出特有的两 根肉管 （即排水管和吸水管），不停地抽水和排水，借此不停地循还作用， 吸取海水中带来的微生物以作食料，排出提取过食料的 “废水”。而这种抽 水与排水的速度会随着潮水的涨落变化而变化，即高潮时，速度快，低潮时 较慢。而且由于潮水涨落的时间每天要推迟50分钟，它们的张壳时间，或者 说觅食的时间也会作相应的调整，同步进行呢！ 现代生物学已经证明，从低等的单细胞藻类到高等的动、植物，包括人 类在内，生物的周期现象存在于生命系统的各个层次中。而且进一步研究还 表明，从细胞内原生质的生命活动，包括DNA的合成到生物个体的发育成长， 乃至生态系统的潜替，都毫不例外地以各自特定的形式作周期运动，其周期 从毫秒到若干年不等。 据研究，这种生物节律与自然节律的一致性，即周期性的表现，大致有 以下四种类型： 一是日节律，或称昼夜节律，其周期为地球绕太阳自转一周，大约为24 小时。这种节律是生物界最基本的节律，几乎所有地球上的生物都具备这种 节律。 二是年节律，周期为一年，即地球围绕太阳公转一周所需的时间。现代 生物的年节律约为 365天。生物的年节律变化与地球上的季节关系极为密 切。 三是潮汐节律，或称太阳日节律，主要在海洋生物中表现出来，其节律 运动与海水的潮汐一致。由于潮汐运动是受到月球对地球的吸引所致，所以 其周期称为太阳日。 四是月节律，又称朔望月节律，或太阴节律，称太阴月，周期为一朔望 月，严格的时间应为29日12时44分2.976秒，通常认为30天。月节律对 动物的生长繁殖颇有关系，如珊瑚的生殖节律、人类女性的行经节律。 总之，生物节律的日、月、年的变化往往能在生物成长过程中留下痕迹。 这样，对我们研究以往年代的自然现象及其规律就有启发意义了。现在选择 人们比较熟悉的树木年轮问题说起。 树木车轮带来的信息
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年轮的出现，是由于生长在温带或高纬度地区的树木受气候因素的控制 而形成的。每当夏季之时，树木正处于生长期，雨量充沛，气候暖热，树木 生长迅速，木质便出现疏松，颜色比较浅淡；到了秋季，气温下降，雨量也 随之减少，生长就比较缓慢，木质细胞壁增厚，颜色也加深，木质就变得紧 密了。到冬季，由于植物体本身的保护性本能特点，木质部分的生长极慢， 甚至几乎停止生长了。所以一年之中，树木的木质生长经历了一个由疏松到 紧密，浅色到深色的变化。一年中，木质是渐变的，看不到明显的界线。但 两年之间的木质的颜色、紧密的程度等都有明显的区别。这样，当我们在观 察了年轮的变化，就可以了解树木生长时期的气候变化，特别是持续的高温 或低温、大雨或大旱、以及空气的清洁度等都可使年轮增多或减少。 所以，从树木年轮带给我们的古气候信息是相当多的。有许多实例可以 说明。 兰州大学卓正大与胡双熙对生长在祁连山上海拔3670米处的一棵有917 年树龄的古柏年轮进行研究以后得出如下的结论：一千多年以来，当地的气 候出现过冷、暖交替期达4～5次之多，暖年期平均持续68年，冷年期平均 持续180年，冷期占总年数的70％以上，可见这一千多年来的气候是以冷为 主。特别是17世纪20年代到19世纪70年代的冷期，共持续250年之久， 是近千年来最冷的一次冷期。在这次冷期中，又可分为三次相对的冷期和两 次相对的暖期。三次相对的冷期分别是1620～1670年 （最冷年出现在17世 纪中叶的几年间）；1700～1745年（最冷年出现在18世纪的10年间）；1830～ 1870年。平均冷期历时达50年。这个结论与竺可桢撰写的 《中国五千年的 气候变迁》一文的论断是一致的。 又如美国科学家对科罗拉多州南部残存的古树年轮进行研究以后，所得 的结论与历史考古学家的推论一致。大约在2000年前，当地山崖间的洞穴中 居住着相当多的印第安人，当时，这里草木茂盛，雨量充沛，胜过现今。他 们在山野间开荒种地，栽培玉米，饲养山羊与火鸡。到公元1276年，遭到严 重干旱，作物无收，树木枯死，流水竭尽，并持续达24年之久。印第安人不 得不离乡背井，远走他乡。 大家知道各地的气象纪录和水文纪录一般只有几百年的历史，而对几千 年来的气候变迁情况是无法了解的。现以根据树木年轮研究的资料正好能弥 补这个空缺，为研究古气候提供佐证。 这里也许有人疑问，研究古树的年轮，是否要砍倒这棵古树？不必，现 在可用 “生长锥”。从树皮直钻到树心，便记下全部年轮资料。所以，古树 的科学价值自然也就提高了。我们必须好好地保护古树的道理也就在于此。 现已列入国家重点保护的古树有以下各处： 陕西黄陵县黄帝陵内两棵古柏，相传是黄帝时所植，至今已有4000年以 上，树高19.3术，树围10.3米，至今仍郁郁葱葱，枝繁叶茂。 山东曹县浮来山定树寺有一棵古银杏，相传是商代所植，至今已有3000 多年，树高24.7米，树围12.7米覆盖面积达一亩地，至今亦枝叶繁茂。 四川沪定县冷碛乡古银杏，相传为诸葛亮南征时所植，迄今有 1700余 年，树高30米，树围3.98米，覆盖面积达800平方米，故当地老乡称之为 “风水树”。 河南嵩山嵩阳书院内的 “将军柏”，相传为汉武帝驻骅嵩山时所植。山
