[科普中國]-熱河生物群

熱河生物群是約1.4億-2億年前生活在東亞地區(qū)的一個古老的生物群。以中國遼西義縣、北票、凌源等地區(qū)為主要產(chǎn)地。該生物群曾以狼鰭魚、東方葉肢介、三尾擬蜉蝣為代表。近十幾年來，遼西熱河生物群大量珍稀化石相繼發(fā)現(xiàn)，如帶羽毛恐龍（中華龍鳥、尾羽龍和中國鳥龍），原始鳥類（如華夏鳥、孔子鳥和原羽鳥），早期真獸類哺乳動物（張和獸、熱河獸）以及迄今最早的花—遼寧古果等，熱河動物群至少包括了腹足類、雙殼類、葉肢介、介形蟲、蛛形類、昆蟲、魚類、兩棲類、龜鱉類、離龍類、有鱗類、翼龍、恐龍、鳥類和哺乳動物等主要門類。熱河植物群植物化石迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少50余屬100余種，包括苔蘚、蕨類、銀杏、蘇鐵、松柏類和開花的早期被子植物。1

遼西發(fā)現(xiàn)的熱河生物群的化石幾乎囊括了中生代向新生代過渡的所有生物門類，對研究熱河生物群起源、鳥類起源（包括羽毛起源）、真獸起源、被子植物起源及昆蟲與有花植物的協(xié)同演化等重大理論問題，提供了極為寶貴的化石依據(jù)。因此，熱河生物群被譽為”20世紀全球最重要的古生物發(fā)現(xiàn)之一”，世界級化石寶庫，中生代的龐貝城。1

概況地質(zhì)學(xué)家把5.4億年前到現(xiàn)在的這一段地球歷史劃分為3個階段，并根據(jù)生物進化的順序和規(guī)律，把它們分別命名為古生代（5.4億-2.5億年）、中生代（2.5億-0.65億年）和新生代（0.65億年-今天）。顧名思義，它們代表了地球上的生物進化穿越‘古老階段’，經(jīng)過‘中間階段’再到‘新生階段’的演替過程。熱河生物群屬于中生代，因此是一個既充滿生氣、又承前啟后的生物群。它主要生活在以遼西地區(qū)為代表的我國北方、蒙古、西伯利亞、哈薩克斯坦以及朝鮮和日本等地區(qū)，距離今天大約一億兩千萬年左右的白堊紀早期。遼西地區(qū)不僅是熱河生物群分布的中心，而且其獨特而完整的陸相中生代地層同樣也堪稱世界一流，因此才得以保存了今天這樣一個世界罕見的化石寶庫。它所擁有的世界獨一無二的帶毛恐龍和豐富的原始鳥類化石使得這一地區(qū)成為研究鳥類起源的圣地。

二十世紀20年代初期，在中國的熱河地區(qū)進行地質(zhì)工作的主要是外國人。2

1923年，美國地質(zhì)學(xué)家葛利普首先提出了“熱河系”（Jehol Series）的概念，專指凌源地區(qū)含化石的地層。1938年，他又提出了“熱河動物群”的概念，代表這樣一套地層中動物化石組合。此后，日本學(xué)者在這套地層中相繼發(fā)現(xiàn)了一些脊椎動物化石如滿洲龜、滿洲鱷、矢部龍等。2

直到1962年，中國地質(zhì)學(xué)家才開始對這一地區(qū)的地層古生物進行研究。并有了實質(zhì)性的貢獻。著名古生物學(xué)家顧知微院士在無脊椎動物與生物地層研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了葛利普的“熱河系”和“熱河動物群”，建立了“熱河生物群”，并認為它的代表性化石屬種包括東方葉肢介、三尾擬蜉蝣、戴氏狼鰭魚。自此，熱河生物群的研究一直沒有中斷過。2

二十世紀80年代末至90年代末，遼西熱河群地層中發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個重要的以鳥類和恐龍為代表的脊椎動物化石點：1988年，遼寧省朝陽縣勝利鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)三塔中國鳥；1990年，周忠和在朝陽波羅赤九佛堂組中發(fā)掘出燕都華夏鳥；1993年，在遼西的北票縣上園鎮(zhèn)尖山溝義縣組下部發(fā)現(xiàn)了原始鳥類—圣賢孔子鳥和原始哺乳類—五尖張和獸……自20世紀90年代以來，在遼寧西部地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了20余個門類，數(shù)以千計的精美古生物化石。2

化石分布之廣、數(shù)量之大、種類之多、保存之好、信息之全轟動了世界。特別是以保存許多生物的軟體組織特征而聞名于世，包括恐龍、鳥類、翼龍和哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的羽毛、毛狀物和毛發(fā)，以及許多生物中都保存的軟組織結(jié)構(gòu)如皮膚印痕、軟骨結(jié)構(gòu)、角質(zhì)喙等。因此，熱河生物群被稱為被譽為“20世紀全球最重要的古生物發(fā)現(xiàn)之一”，世界級化石寶庫，中生代的龐貝城。2

從1995年至今，有關(guān)熱河生物群的發(fā)現(xiàn)和研究，我國學(xué)者僅在《自然》和《科學(xué)》這兩種國際頂尖雜志上就發(fā)表了多篇論文，因此在學(xué)術(shù)界和社會公眾中均產(chǎn)生了較大的影響，并且成為我國地質(zhì)科學(xué)研究中獨具魅力的一個研究領(lǐng)域，同時也是我國基礎(chǔ)科學(xué)研究的一個亮點。

生物組成熱河生物群可以分為熱河動物群和熱河植物群兩部分，很長一段時間內(nèi)，由于對植物化石的發(fā)現(xiàn)和了解都不多，所以主要的研究實際上是針對熱河動物群的。自二十世紀90年代以來的研究，往昔的“東方葉肢介、三尾擬蜉蝣、戴氏狼鰭魚”已不能概括熱河生物的面貌。熱河動物群至少包括了腹足類、雙殼類、葉肢介、介形蟲、蛛形類、昆蟲、魚類、兩棲類、龜鱉類、離龍類、有鱗類、翼龍、恐龍、鳥類和哺乳動物等主要門類。其中，每一個門類又包括了多個次一級的分類單元。2

熱河植物群和動物群相比，研究起步較晚，但也取得了不少成績。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的植物有苔蘚、蕨類、銀杏、蘇鐵、松柏類和開花的植物。其中，銀杏、蘇鐵、松柏類尤其豐富。被子植物也正是從這一時期才開始出現(xiàn)的。著名的種類有遼寧古果、中華古果。2

地層層序與化石組合

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環(huán)境因素中生代侏羅紀—白堊紀早期，世界大多數(shù)地方還是海洋。而亞洲東部地區(qū)已抬升為陸地。那時，遼西一帶淡水湖泊星羅棋布，氣候濕潤。各種蘇鐵類、銀杏類、松柏類的裸子植物高大茂盛，高等開花被子植物也開始出現(xiàn)。湖泊中，鱘魚穿梭；湖畔沼澤中，螈、蟾、龜、鱷等兩棲類、爬行類四處游走；翼龍、恐龍及原始鳥類迅速進化；五尖張和獸、金氏熱河獸等原始哺乳動物大量繁衍，形成了一個完整的生物鏈結(jié)構(gòu)。但是這個時期，地殼運動加劇，火山噴發(fā)頻繁。大量生物因此窒息或中毒死亡，沉入湖底，在大量火山灰的埋葬下，與外界隔絕，為化石的保存提供了優(yōu)越的條件。遼西地區(qū)含化石地層中一層層的火山灰，記載著一次次頻繁的火山噴發(fā)過程。2

時代歸屬熱河生物群的時代歸屬長期以來—直存在三種不同觀點，即晚侏羅世、晚侏羅世到早白堊世以及早白堊世。古生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家主要依據(jù)化石對比和巖石的同位素年齡泛定來確定地層的地質(zhì)時代。近年來，熱河群地層中的生物化石的對比研究以及化石層中火山灰的同位素年齡測定工作的進展，伎大多數(shù)學(xué)者傾向于認為熱河生物群的時代應(yīng)屬于早白堊世：但也有不同的觀點存在，如1999年，羅清華等人對遼西含孔子烏和芾毛恐龍的地層作了絕對年齡測定。他們以黑云母為材枓作了氬—氬法測定，結(jié)果大約是1．47億年。即侏羅紀晚期‘他們的測年結(jié)果是“晚侏羅世”時代觀點的一個代表。3

1995年。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的古生物學(xué)者與加拿大科學(xué)家合作，首次利用激光氫—氫法對熱河群地層主要化石層位進行了同位素年代測定，其中大王杖子層和金剛山層的年齡分別為距今122．2±0．2至122．5±0．3百萬年和121．4±1．1至121.6±0．4百萬年。1993年，九佛堂組上部的火山巖年齡被測定為110±0．52百萬年，從而可以基本確認熱河生物群的時代為早白堊世。3

1999年，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的百生物學(xué)者與美國同位素年代學(xué)家斯威舍（C．Swisher）合作，對四合屯發(fā)掘剖面和尖山溝層削面同—層的火山灰中的透長石單晶進行了氬—氬法測定法年齡測定，得出的時代為距今124．6±0．2百萬年至124．6±0．3百萬年。2001年，我國學(xué)者王松山等發(fā)表論文，對同一層火山灰中的鋯石單晶做了鈾一鉛法測年，結(jié)果為125．2±0．9百萬年。這兩種不同測年方法所得的年齡值非常吻合，從而進一步說明該同位素年齡（距今約1．25億年前）代表了尖山溝化石層（產(chǎn)出了孔子鳥、張和獸和中華龍鳥等重要化石的年代。這些化石生存的時代比德國始祖鳥晚約2500萬年。3

熱河群義縣組尖山溝層、大王杖子層、金剛山層和九佛堂組等4個化石層都進行過同位素年齡測定，根據(jù)這些年齡值所作的綜合分析，義縣組的時代應(yīng)為早白堊世的凡蘭吟期至巴雷姆期，而上覆的九佛堂組的沉積時代為阿普特期（Aptian）。這個觀點盡管目前為多數(shù)學(xué)者所接受，但各方面的地層時代研究仍在進行之中，有關(guān)時代的爭論仍會繼續(xù)下去。3

科學(xué)意義熱河生物群的發(fā)現(xiàn)和研究解決了很多古生物學(xué)難題。遼西發(fā)現(xiàn)的古生物化石幾乎囊括了中生代向新生代過渡的所有生物門類，極大地豐富了熱河生物群的組合面貌，對研究熱河生物群起源，“帶羽毛的恐龍”與鳥類起源和羽毛起源的關(guān)系，對探討早期鳥類的演化，對考證哺乳動物和被子植物的輻射等均具有巨大價值。2

研究進展熱河生物群是中生代晚期分布在東亞地區(qū)的一個著名土著性生物群。以熱河生物群為特征的熱河群陸相地層，在中國遼西地區(qū)發(fā)育并出露最好。熱河生物群的研究雖然歷時較長，但真正在國際上引起強烈影響還是從20世紀90年代開始。這些影響無疑離不開一系列早期鳥類（如華夏鳥、孔子鳥和原羽鳥），帶羽毛恐龍（如中華龍鳥、尾羽龍和中國鳥龍），早期的哺乳動物（如張和獸與熱河獸），被子植物（如遼寧古果）以及其他許多重要生物門類化石的發(fā)現(xiàn)和研究。2

繼張和獸熱河獸以后，遼西地區(qū)義縣組又發(fā)現(xiàn)一種原始的哺乳動物戈壁獸類，命名為爬獸。化石包括完整的頭骨，而且是立體保存。它一方面具有發(fā)育的齒骨—鱗骨關(guān)節(jié)、前臼齒和臼齒的分化等典型哺乳動物的特征；另一方面也保留了一些類似爬行動物的原始特征，因此被認為是熱河生物群已發(fā)現(xiàn)的哺乳動物中最原始的一種。

在昆蟲研究方面，建立了許多新的種類，許多科在中國都是首次報道。在此基礎(chǔ)上，對義縣組的沉積時期的古氣候進行了分析，認為當(dāng)時在遼西地區(qū)存在復(fù)雜多變的氣候環(huán)境。此外，研究者還提出，遼西的義縣組和山東萊陽組時代相當(dāng)。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李學(xué)強 - 教授 - 寧夏大學(xué)