鈣化和硅化的短脈螽化石

硅化化石。學(xué)琥學(xué)新a–g 甲蟲化石，珀內(nèi)h–n 白蟻化石

硅化昆蟲化石。埋藏含黃鐵礦、地球赤鐵礦、生物針鐵礦和綠泥石族礦物及含碳物質(zhì)

克欽琥珀礦化昆蟲的埋藏學(xué)模型
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所：琥珀源于植物產(chǎn)生的樹脂，是珀內(nèi)一種特異埋藏化石。由于能保存異常完好而豐富多樣的礦化昆蟲動物、植物和微生物化石，揭示機制琥珀為我們了解中、琥珀新生代陸地生態(tài)系統(tǒng)的演化提供了一個重要窗口。 
長期以來，琥珀的內(nèi)含物被認(rèn)為是木乃伊化的生物遺骸或中空的軀殼。這些內(nèi)含物常能保存精美的生物結(jié)構(gòu)，包括器官、組織和細(xì)胞，甚至保存到納米級別。琥珀內(nèi)含物被認(rèn)為主要以干酪根化的有機物形式保存，盡管礦化作用在琥珀中也曾有報道，但一直被認(rèn)為是罕見的特殊情況。 
近期，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士生姜慧在王博研究員和張海春研究員的指導(dǎo)下，與德國、美國、緬甸等多國學(xué)者合作，運用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能量色散和波長色散X射線光譜、X射線微計算機斷層掃描和拉曼光譜技術(shù)對礦化的琥珀昆蟲內(nèi)含物進(jìn)行了綜合分析，首次報道了鈣化和硅化的琥珀昆蟲，詳細(xì)探討了其保存機制，并提出了新的埋藏學(xué)模型。該成果為我們了解琥珀中軟軀體化石的特異保存機制及琥珀埋藏路徑提供了新觀點。相關(guān)成果近日發(fā)表在國際期刊《地球生物學(xué)》(Geobiology)。 
本研究中的礦化昆蟲標(biāo)本來自白堊紀(jì)中期的緬甸克欽琥珀，包含常見的一些類群，如半翅目，鞘翅目，直翅目、蜚蠊目和脈翅目。分析發(fā)現(xiàn)，礦化的昆蟲標(biāo)本主要由方解石、微晶石英（玉髓）和粗晶石英組成，礦物占據(jù)了許多軟組織位置，置換了生物結(jié)構(gòu)，以及作為膠結(jié)物填充在生物體內(nèi)，如昆蟲以鈣化形式保留了完整的復(fù)眼、精細(xì)的外骨骼角質(zhì)層結(jié)構(gòu)、皮膚感受器等。硅化的昆蟲既有以微晶石英形式保存了精細(xì)的身體結(jié)構(gòu)，如氣管，纖維狀結(jié)構(gòu)等，也有以微晶體排列在腔體壁上，并以大晶體占據(jù)腔體中心的瑪瑙化的身體填充。鈣化和硅化昆蟲在昆蟲化石記錄中都十分罕見，本研究提供了保存在樹脂化石中的鈣化和硅化昆蟲的第一個明確的記錄，且表明克欽琥珀中廣泛存在著內(nèi)含物鈣化和硅化的現(xiàn)象。除此之外，礦化的昆蟲標(biāo)本還發(fā)現(xiàn)伴有黃鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、綠泥石類層狀硅酸鹽礦物等。 
通過分析不同的礦化昆蟲類群，本研究發(fā)現(xiàn)克欽琥珀中埋藏生物類型并不依賴于分類親和性，所有生物類群都有可能被礦化。礦化昆蟲形態(tài)保存的質(zhì)量和保真度受晶體大小的影響。由于昆蟲通常沒有由二氧化硅或碳酸鈣組成的生物礦化組織，本研究認(rèn)為克欽琥珀中昆蟲礦化的化學(xué)物質(zhì)應(yīng)來源于昆蟲組織腐爛產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)和周圍環(huán)境(如沉積物)的流體所攜帶的化學(xué)物質(zhì)。相同礦物置換琥珀內(nèi)含物并保存在內(nèi)含物周圍的琥珀裂隙中，表明攜帶礦化反應(yīng)物質(zhì)的流體主要沿著裂隙進(jìn)入琥珀并接觸到生物內(nèi)含物繼而發(fā)生礦化。硅化昆蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的黃鐵礦是微生物硫酸鹽還原作用的結(jié)果，包括硫酸鹽還原過程及其他過程，如鐵還原和甲烷生成都可能促成鈣化和硅化。所有這些過程會都產(chǎn)生碳酸氫根離子，可與溶液中的鈣離子反應(yīng)，沉淀形成方解石。二氧化硅可能來自火山口、熱泉和粘土的成巖作用。克欽琥珀與火山碎屑巖密切相關(guān)，并保存在淺水、近岸的沉積環(huán)境，海水的蒸發(fā)作用可能也影響了二氧化硅的濃度。赤鐵礦和針鐵礦形成于氧化環(huán)境，很可能是富鐵溶液通過琥珀裂縫進(jìn)入后形成的。這些溶液可能是與構(gòu)造作用相關(guān)的成巖孔隙流體，也可能是陸地風(fēng)化的地下水。一些樣品中含有有機殘留物，這些有機底物可能為內(nèi)含物礦化提供了反應(yīng)界面，有助于促進(jìn)二氧化硅和方解石薄膜成核。 
本研究提出了克欽琥珀礦化內(nèi)含物的埋藏學(xué)模型。樹脂的物理和化學(xué)性質(zhì)阻止了昆蟲的降解，直至其被埋在海洋沉積物中。在埋藏壓實階段，樹脂產(chǎn)生大量的裂隙，從而使昆蟲暴露在參與成巖作用的孔隙水中。接觸到流體的昆蟲由于微生物作用發(fā)生腐爛降解，這使得內(nèi)含物周圍的流體和琥珀外部的流體之間產(chǎn)生了明顯的地球化學(xué)梯度，從而引起發(fā)生鈣化和硅化的化學(xué)反應(yīng)。在晚期，克欽琥珀可能經(jīng)歷了構(gòu)造作用（如存在白色薄方解石脈）以及風(fēng)化作用。總體而言，該模型表明克欽礦化昆蟲化石是經(jīng)過跨越陸地和海洋環(huán)境的一系列事件而保存下來的。  
本研究表明琥珀內(nèi)含物的礦化比通常認(rèn)為的更為普遍。樹脂和琥珀不是封閉的微環(huán)境系統(tǒng)。不同埋藏階段的流體(如沉積物孔隙水、成巖流體和地下水)可以進(jìn)入琥珀，影響琥珀內(nèi)含物的降解和礦化。這些過程控制了琥珀內(nèi)含物的保存質(zhì)量，并造成了埋藏學(xué)偏差，從而限制了琥珀保存的古生物信息的數(shù)量和質(zhì)量。  
本項研究得到國家自然科學(xué)基金委員會，中國科學(xué)院先導(dǎo)專項B類，青藏高原第二次科考項目和德國科學(xué)基金會資助支持。姜慧得到CAS-DAAD獎學(xué)金支持。南京古生物所吳素萍和王春朝提供部分Micro-CT和SEM實驗技術(shù)支持。 
論文相關(guān)信息：Jiang Hui*, Tomaschek Frank, Muscente Drew, Niu Changtai, Nyunt Thet Tin, Fang Yan, Schmidt Ute, Chen Jun, L？nartz Mara, M？hler Bastian, Wappler Torsten, Jarzembowski Edmund, Szwedo Jacek, Zhang Haichun, Rust Jes, Wang Bo*, 2022. Widespread mineralization of soft-bodied insects in Cretaceous amber. Geobiology. https://doi.org/10.1111/gbi.12488.