双壳生长纹
头足类生物具有更为明显的生物纹路。鹦鹉螺就是典型的头足类生物,其从4亿年前的奥陶纪就已经存在,到现代印度洋—西太平洋珊瑚礁水域中仍有存活个体,所以能较好地与过去样品对比。现代鹦鹉螺壳内的每两片隔膜之间生长线数量基本一致,平均有30条生长线,与太阴月(29.53日)基本吻合。而对奥陶纪以来的鹦鹉螺壳内生长线数目变化进行对比,也发现每月的生长线数量是呈不稳定的递减过程,这也说明了地球自转速率减慢。另外,菊石、角石、箭石等灭绝的头足类动物也发育较好的生长纹。通过对古生物钟和生长纹的研究,研究人员还总结出奥陶纪以来地月参数的变化,得出月球正在远离地球的结论。
但是,最新的研究却认为鹦鹉螺此类的动物的纹层并不能反映环境周期性的变化,通过现代实验室培养条件下对鹦鹉螺培养观察发现,鹦鹉螺的每个气室并不是相同时间生长出来的,随着气室的增多所需要的生长时间也会变长。比如,在生长初期,鹦鹉螺形成一个腔室大约只需2星期,而最后几个腔室的形成则均需要耗时6个月。而鹦鹉螺壳上的条状螺纹,也仅仅是装饰作用,与周期性变化无关,所以头足类的生长纹路用于判断每年的天数上并没有太大用处。
现代鹦鹉螺
鹦鹉螺壳切面
香花菊石化石切面
四川条状角石切面
04
叠层石延续传奇
虽然许多生物生长纹路在研究每年天数上并没有多少积极作用,但人们对古生物钟的研究并未停滞,中国古生物学家随后起到了关键作用。
在元古宙广泛分布的叠层石是极其有力的工具,在中国北方前寒武的碳酸盐岩地层中经常看到具有层状构造的岩石,那便是原始藻类不断地胶结沉降形成的有纹层的一类化石,一层层规律生长的叠层石宛如书画一样记录着数十亿年前前寒武纪环境的变化。直至今日在澳大利亚鲨鱼湾等地还有着持续生长的叠层石,这些藻类生物最早在38亿年前就已经出现。最早是由Pannella(1972)肯定了叠层石的古生物钟作用,叠层石纹路复杂很难区分哪些是每天的变化层或是每月的变化层,只有叠层石具有日生长纹才能够判断远古时期的日平均长度。通过将今论古的思想,对比了现生藻类的生长规律发现了叠层石生长是有日节律的。于是Pannella通过细致观察,将叠层石的生长纹分为了五级。
澳大利亚鲨鱼湾叠层石
叠层石生长纹分级
随后,曹瑞骥(1991)在天津蓟县雾迷山组发现了一种藻席Pseudogymnosolen叠层石交替生长的生物礁,发现了叠层石指示日、月、季的三级周期,并首次推算出12亿年前地球每月的天数为40~49天。据此,天津地质矿产研究所通过对五台地区的沉积岩研究推论,五台山滹沱群沉积时期平均每年有460多天。曹瑞骥对周口店地区铁岭组叠层石的研究和天津地矿所朱士兴和黄学光教授对天津蓟县雾迷山组叠层石纹层的C、O同位素值测定得知,10亿年前地球的一年至少有516±20天、12.9±0.5个月,一个月有40多天,一天只有16.99±0.66小时。由于叠层石年代古老的原因,这使得对每年日长的判断延伸到了前寒武时期,极大地推进了古生物钟的发展。