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热河生物群的起源与发现

中国化石网2009/6/17 11:25:19

作者：雷广臻

　　摘要：辽西朝阳丰富的化石资源充分证明了一亿三千万年前，朝阳独特的地质结构和生态环境，促使陆生动、植物种群的大爆发，构成了当时地球物种的天堂，形成了“热河生物群”。自二十世纪中叶起，随着古生物化石的不断发现，使沉睡了一亿多年的“热河生物群”重现生机和活力，为人类研究生物的起源、生物演化和地质变化提供了科学的依据。
　　关键词：热河生物群；物种；环境
　　以辽宁朝阳为中心的大地上发现的古生物化石种类繁多、世界罕见，被命名为“热河生物群”。热河生物群是距今一亿多年的白垩纪早期，或侏罗纪与白垩纪交替时期,在我国北方、蒙古、西伯利亚以及朝鲜和日本等地区爆发的一个古老的生物群，分为热河动物群和热河植物群两部分。热河生物群代表了地球中生代生物更替的全过程，也是新生代生态体系的摇篮。

　　1热河生物群产生的地理条件

　　辽西具有独一无二的产生新生物的地质环境。一亿两三千万年前，地球北半球有一巨大的古陆，后来形成了欧亚大陆。欧亚大陆的东部，也就是以今天的朝阳为中心的一个巨大区域，包括了中国的北部、蒙古以及西伯利亚东部的外贝加尔地区，由淡水包围着。淡水能滋润万物，孕育着新的生命。
中生代以来，朝阳地区被卷入濒太平洋活动带，受太平洋板块向中国东部板块俯冲作用影响，产生了一系列盆岭相间的构造格局。盆地内以火山沉积构造为主，其中赋存有极丰富的生物化石。产生的主要盆地有7个，分布在朝阳大地上的盆地，有金岭寺—羊山盆地、北票—朝阳盆地、建昌—喀左盆地、凌源—三十家子盆地。这些盆地周
围伴随着频繁的火山活动，大量沉降的火山颗粒为水体中的低等生物提供了丰富的矿物质元素。各种由低等到高等的动植物组成了复杂有效的生物链。由于各类盆地的相对隔绝，地势变化较大，同一时期的不同地点以及同一地点的不同时期往往存在气候上的较大差异，因此存在复杂多变的小环境和生态灶。由于异常的外界条件，如火山的喷发等因素的不断发生，可能更容易引发基因的突变。在这样的古生态条件下，形成丰富生物种类的机率便大大增加。同时，各类生物可以占据不同的生态环境，以鸟类为例，便形成了以树栖生活为主的反鸟类和以水边生活为主的今鸟类。当时树上、陆地和水边生活的生物种类几乎同样丰富。因北半球气候湿润，形成了陆地生物的大爆发,使辽西地区的生物物种空前繁荣。那时辽西的环境可以说是地球物种的天堂，记载地球历史的银杏树和现在的国家一类保护动物中华鲟在那个时代就已经生长着。同样由于频繁的火山活动和构造运动，导致大量生物的集群死亡后，并能迅速将其加以埋藏。由于许多湖泊水体较深，生物被掩埋后很少受到外界的侵扰，因此，保障了生物的完整保存，包括许多一般条件下难以保存的软组织、皮肤及其衍生物的构造。总之，正是由于以上种种天时地利的因素，才使得我们今天得以看到亿万年前栩栩如生的生物景观。

　　2热河生物群的初期发现

　　美国地质学家A.W.Grabau(1870～1946)在上个世纪首先发现了朝阳大地古老的生物和生命演化的信息。A.W.Grabau1901年任哥伦比亚大学教授，1920年应聘到中国，任农商部地质调查所古生物室主任，兼北京大学地质系古生物学教授。1929年任中央研究院地质研究所通讯研究员。1934年任北京大学地质系主任。A.W.Grabau是一专多能的地质学家，把自己的后半生完全贡献给了中国古生物学、地层学奠基的伟大事业。1928年，A.W.Grabau教授出版了一部科学巨著——《中国地质史》。在这部书里，他第一次提出了“热河生物群（Johol Fauna）”这一名词，用来代表分布于东亚狼鳍鱼岩系的综合化石群，而将当时热河省凌源市附近含化石的地层定名“热河系（Jehol Series）”。“热河”之称得名于化石群的经典产地，即当时的热河省东部地区。从20世纪30～40年代以后，热河生物群这一名称被广泛地应用在各种地质学文献中。中华人民共和国建国以后，热河省被撤消，其西部划归河北省，东部划归辽宁省。原热河生物群的经典产地因此落在了今天辽宁省的西部，即辽西以朝阳为中心的地区。但是，热河生物群这一在地质古生物学界具有深刻影响的名称仍然保留着。1962年，我国著名的地质古生物学家顾知微院士在他的经典论著《中国的侏罗系和白垩系》一书中，总结出以东方叶肢介（Eosestheria）、三尾拟蜉蝣（Ephemeropsis trisetalis）和狼鳍鱼（Lycoptera davidi）为代表的“热河生物群”或“热河化石群”。
20世纪50年代以后，中国科学院以及中国的地质、石油和煤炭部门的科学工作者在辽西地区开展了大量的研究工作，为突破性的化石发现奠定了基础。

　　3热河生物群的突破性发现

　　20世纪80年代末至90年代末，辽西热河生物群有了突破性的发现。动、植物各门类齐全，数量极其丰富。脊椎动物70多种，数万件；无脊椎动物近千种，数十万件；植物60多种，数万件。它囊括了白垩纪早期众多门类的陆相化石生物，包括鱼、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类和古植物及其孢粉以及无脊椎动物类群中的双壳类、腹足类、节肢类（包括虾类、昆虫类和蜘蛛类）、介形虫等等。其中，早期鸟类、带毛恐龙、原始哺乳动物和早期被子植物的发现成为20世纪古生物学界最为重大发现的一部分，它们的研究成果涉及现代生物界许多重要生物门类的起源和早期演化问题，为探讨地球陆相生态系统的演变过程和规律也提供了难得的线索和例证。热河群地层层序与化石层位自下而上分别是：义县组底部（陆家屯层，热河龙——爬兽组合）；义县组下部（尖山沟层，中华狼鳍鱼——孔子鸟组合）；义县组中部（大王杖子层，戴氏狼鳍鱼——潜龙——辽西鸟组合）；义县组上部（金刚山层，室井氏狼鳍鱼——满洲龟组合）；九佛堂组（波罗赤层，吉南鱼——华夏鸟——朝阳鸟组合）。
热河生物群具体有以下组合特征:①陆家屯化石层。重要产地：北票县的陆家屯、小北沟、南岭；义县的六台等地。生物组合特征：富含小型鸟脚类恐龙—上园热河龙（Jeholosaurus shangyuanensis）、鹦鹉嘴龙、大型原始哺乳类—强壮爬兽（Repenomamus robustus）。②尖山沟化石层。重要产地：北票四合屯、尖山沟。生物组合特征：脊椎动物化石极度丰富，共计有30属35种，其中富含：中华狼鳍鱼、潘氏北票鲟、孔子鸟（数千件）、带“毛”恐龙6种；原始中华龙鸟（Sinosauropterys prima）、粗壮原始鸟（Protarchaeopterys robusta）、邹氏尾羽龙（Caudipterys zoui）、董氏尾羽龙（Caudipterys dongi）、意外北票龙（Beipiaosaurus inexpectus）、千禧中国鸟龙（Sinornithosaurus millenii）。③大王杖子化石层重要产地：凌源市大王杖子乡（现称宋杖子乡）。生物组合特征：富含戴氏狼鳍鱼（Lycoptera davidi）、凌源潜龙（Hyphalasaurus lingyuanesis）、楔齿满洲鳄（Monjurosuchus splendens）、杨氏锦洲龙（Jinzhousaurus yangi）、娇小辽西鸟（Liaoxiornis delicatus）、丰宁原羽鸟（Protopterys fengningensis）。④金刚山化石层。重要产地：义县金刚山。生物组合特征：脊椎动物化石属种较单调，仅有4属4种。室井氏狼鳍鱼（Lycoptera muroii）、满洲龟（Manchurochelys manchuensis）、满洲鳄（Monjurosuchus splendens）、细小矢部龙（Yabeinosaurus tenuis）。⑤波罗赤化石层。重要产地：朝阳县波罗赤、朝阳市龙城区上河首。生物组合特征：脊椎动物化石丰富，15属17种，富含：长头吉南鱼（Jinanichthys longicephalus）、燕都华夏鸟（Cathayornis yandica）、郑氏波罗赤鸟（Boluochia zhengi）、朝阳长翼鸟（Longipteryx chaoyangensis）。
尤其值得一提的是近年还发现了大量的木化石—硅化木。一般都是挺拔铿锵树木躯干的石化部分残留体，种类有石英硅化木、玉髓硅化木、蛋白石硅化木。

4发现热河生物群的重大意义

　　热河生物群保存十分精美。特别是以保存许多生物的软体组织特征而闻名于世，包括恐龙、鸟类、翼龙和哺乳动物中发现的羽毛、毛状物和毛发，以及许多生物中保存的软组织结构如皮肤印痕、软骨结构、角质喙等。在这个生物群中许多化石还保存了胃的残余物,包括动物的骨骼、鳞片、植物的种子等等。此外，许多昆虫和无脊椎动物还保存了翅膜和颜色的特征。随着辽宁古果、中华古果、中华龙鸟、孔子鸟、三燕丽蟾等一系列化石的发现，我国辽西地区已成为迄今为止世界上独一无二的古生物化石宝库。作为世界上门类最齐全的古生物化石群，辽西化石群堪称世界第一大化石群。
热河生物群拥有多项世界之最。世界上保存最好的早期哺乳动物骨架—张和兽、热河兽，对研究哺乳动物早期分化及真兽的起源有重要意义；地球上第一枝花—辽宁古果的发现，改写了被子植物起源史，将被子植物起源时间大大提前；世界上第一批被发现长有羽毛的恐龙：中华龙鸟、意外北票龙、原始祖鸟和尾羽鸟,极大地改变了人们关于恐龙的观念；保存最完整的早期蛙类三燕丽蟾距今至少１·２亿年，是世界上迄今已知骨骼保存得最为完整、精美的早期蛙类化石之一；最早的最庞大的鸟类化石群—孔子鸟、娇小辽西鸟、辽宁鸟、朝阳鸟等早期鸟类化石的发现，打破了始祖鸟一统天下的局面；近年还发现了四只翅膀的恐龙化石和鸟类胚胎化石以及鸟的腿羽化石，大都保存完好。
热河生物群出土化石所透露出的年代信息，对于研究这一生物群的进化具有十分重要的意义。侏罗—白垩纪交替的时期，地球的陆相生态系统发生了许多重要的变革，准确的地质年代关系到许多生物类群第一次出现形态和生态辐射的时间。热河生物群化石的发现为解决这个地区地质时代化分的难题提供了丰富的化石依据。

参考文献:
1．张弥曼主编，陈丕基，王元青，王原副主编.《热河生物群》，上海：上海科学技术出版社，2002.
2．陈丕基．热河动物群的分布与迁移．古生物学报，1988，27(6)：659-683．
3．陈丕基, 文世宣, 周志炎, 等. 辽宁西部晚中生代陆相地层研究. 中国科学院南京地质古生物研究所丛刊, 1980, 1: 22～55
4．陈丕基．热河生物群研究新进展．见：北京大学地质系编．北大国际地质科学学术研讨会论文集．北京：****出版社，1998．355-359．
5．郭正府,刘嘉麒,汪筱林.辽西中生代火山喷发对古气候和古脊椎动物生存环境的影响.中国科学D辑,2003,33 (1)59-71.
6.侯连海,陈丕基.最小的早期鸟类——娇小辽西鸟.科学通报,1999,3.
7．侯连海，周忠和，顾玉才，张和．侏罗纪鸟类化石在中国的首次发现．科学通报，1995，40(8)：726-729．
8．李佩贤，苏德英，李友桂，余静贤．狼鳍鱼(Lycoptera)岩层的时代归属．地质学报，1993，68(1)：87-100．
9．李传夔，王元青，胡耀明，孟津. 2003。热河生物群中戈壁兽一新种：其时代意义及哺乳动物若干特征演化. 科学通报48（2）：177-182
10．汪筱林, 周忠和, 徐星, 等. 热河生物群发现带"毛"的翼龙化石. 科学通报, 2002, 47(1): 54～58
11．汪筱林, 徐星. 辽西义县组禽龙类新属种:杨氏锦州龙. 科学通报, 2001, 46(5): 419～423
12．汪筱林, 王元青, 徐星, 等. 辽西四合屯脊椎动物集群死亡事件: 火山爆发的灾变记录. 地质论评, 1999, 45(增刊): 458～467
13．汪筱林, 王元青, 金帆, 等. 辽西北票四合屯脊椎动物化石组合及其地质背景. 热河生物群, 第11号. 合肥: 中国科技大学出版社, 1999. 310～327
14．汪筱林, 王元青, 周忠和, 等. 辽西热河脊椎动物化石群及生物地层. 古脊椎动物学报, 2000, 38(增刊): 57～63
15．汪筱林, 周忠和. 2002. 辽西早白垩世九佛堂组一翼手龙类化石及其地层意义. 科学通报
47(20): 1521-1527.
16．汪筱林，王元青，金帆，徐星，王原，张江永，张福成，唐治路，李淳，顾罡．辽西四合屯脊椎动物化石组合及其地质背景．见：陈丕基、金帆主编．热河生物群综合研究论文集．1999．
17．汪筱林，王元青，金帆，徐星，王原．辽西热河生物群脊椎动物化石组合序列与地层层序．见：王元青、邓涛主编．第七届中国古脊椎动物学学术年会论文集．北京：海洋出版社，1999．1-12．
18．王思恩．热河动物群的起源、演化与机制．地质学报，1990，64(4)：350-360．
19．王五力主编．辽宁西部中生代地层古生物(1)．北京：地质出版社，1989．1-168．
20．张福成, 周忠和, 侯连海, 顾罡. 2000.反鸟的新发现与早期鸟类的辐射. 科学通报 45(24): 2650-2657
21．周忠和. 热河生物群--探索中生代生物演化的世界级化石宝库. 科学技术与工程, 2004; 4(2): 143-151
22．赵宗溥．热河群及热河动物化石群的地质年代．地层学杂志，1985．9(20)：89-95．
23．Swicher C C, Wang Y-Q, Wang X-L, et al. Cretaceous age for the feathered dinosaurs of Liaoning, China. Nature, 1999, 400: 58～61
24.Sun G., Ji Q., Dilcher. D. L., Zheng S., Nixon K. C., Wang X. 1998. In search of the first flower: a Jurassic angiosperm, Archaefructus, from north-east China. Science 282: 1692-1695.
25．Xu X., Zhou Z., Wang X., Kuang X., Zhang F., Du X. 2003. Four-winged dinosaurs
from China. Nature 421: 335-340.
原文载国家级刊物《微生物学杂志》2005年第一期