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化石家族的新秀:化学化石

(选自《大自然》1983年第二期。作者李中明)

植物化石,是人类认识植物发展的宝贵资料,也是认识地层、寻找矿产资源的重要手段。因此,寻求历史长河中的种种信息,是科学工作者最关心的问题。近年来,由于科学技术的进步,在植物化石的家族中,又增加了一位新成员:化学化石。
人类发现植物化石,已有两百多年的历史了。最早的记载是1760年,自然学家埃德沃德·卢赫怀德发现了印痕化石。它是大化石中的第一个成员,以后又相继发现了模型化石、压型化石和“过矿化”化石等。由于大化石不仅保存了植物的形态,而且有的还具有有机残骸,保存了植物的结构,因此它在人类认识大自然的历史上是一位赫赫有名的功臣。有了它,才建立了古植物学,才能再现植物进化的各种图像和各时代生机勃勃的植物景观。但是它们也有辛酸之处,由于这种化石很难完整地保存,变化又慢,因此在生物地层学上,始终是个配角。
为了弥补大化石的缺陷,20世纪初又发现了微体化石。这是植物化石家族中的第二代。微体化石个体小,分布广,因此对生物地层学研究特别有用,也为人类寻找石油等矿产解决了一系列问题,因此微体化石成了科学工作者的宠儿。
近年来,随着人们对能源研究的深入和生物化学技术的日益进步,第三代化石也就是化学化石又应运而生了。最早研究化学化石的人是德国化学家特赖布斯。他在1935年从石油、煤和油母页岩中,获得一些卟啉类的有机化合物。这种化合物在自然界只有在生物体内才能合成,因此这些东西实际上是人类发现的第一批化学化石,只不过当时还没有认识到这一点。到了六十年代末,七十年代初,由于发展生产的需要和人们认识的深入,才把保存在地层里的,与植物形态和生理活动有关的各种化学物质当做化石,这就是化学化石。
化学化石是化石家族中的小字辈,不像它的前辈都是有形态,有解剖结构,用物理方法就可以观察到的个体,而是由一群高分子有机化合物或特殊的无机物组成的化石,因而只能通过化学方法把它们分离出来,并且认识它们。化学化石的外形也不像大化石或微体化石那样有个尺度范围,它大到可以成为一个巨大的矿体,如石油、煤等;小到只有非常灵敏的化学仪器才能检测出来。因此它不需要像大化石和微体化石那样保持一定的外形和尺寸,而只需要很少的样品就能进行鉴别。大化石和微体化石通常以生物学的名称来命名,如准银杏、似苏铁、裸蕨等等,而化学化石则主要是用生物化学的名称来称呼,如木质素、色素、角质、栓质、蛋白质、脂类等等。
化学化石作为一种新型化石,不仅单独存在,有时也存在于大化石和微体化石之中,因此化学化石的分布非常广。据估计,大自然中约有9400亿吨有机碳,而其中的三分之二存在于地壳之中,所以,由它们和某些无机物组成的化学化石在数量上是十分可观的,比大化石和微体化石要多千百万倍。
化学化石虽然问世不久,但由于它具有许多鲜明的优点,所以它在化石家族中已经表现为“青出于蓝而胜于蓝”了。碳的同位素是化学化石中最简单,最常见的一种。人们不仅用它来确定地层的年龄,而且根据C12与C13的比值来确定沉积环境是海相还是陆相。最近,美国科学家就是根据这一点,科学地解释了陆相煤核形成的原理。
存在于大化石或微体化石之中的化学化石,又是帮助人们确定许多古植物之间的亲缘关系的重要手段,通过生物化学分析得到的结果,有时比通过形态和解剖得到的结果更为可靠。
大自然把千千万万的生物体变成了化学化石,其中有的已成为人类必不可少的能源,而更多的包括存留在地球表面的三分之一的有机碳,人类还无法把它们变成高效的能源或用于别的途径。所以,化学化石的形成过程也是值得人们探讨的。现在有些科学家正在探索直接用植物“制造石油”,或许就是从这里得到的启示吧。
由于化学化石的用途如此重要而广泛,所以,科学家们为了研究它,而专门开辟了两门新兴学科,即“古生物化学”和“古化学分类学”。

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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