热河生物群

热河生物群化石(10)地质学家把5.4亿年前到现在的这一段地球历史划分为3个阶段，并根据生物进化的顺序和规律，把它们分别命名为古生代（5.4亿-2.5亿年）、中生代（2.5亿-0.65亿年）和新生代（0.65亿年-今天）。顾名思义，它们代表了地球上的生物进化穿越‘古老阶段’，经过‘中间阶段’再到‘新生阶段’的演替过程。热河生物群属于中生代，因此是一个既充满生气、又承前启后的生物群。它主要生活在以辽西地区为代表的我国北方、蒙古、西伯利亚、哈萨克斯坦以及朝鲜和日本等地区，距离今天大约一亿两千万年左右的白垩纪早期。辽西地区不仅是热河生物群分布的中心，而且其独特而完整的陆相中生代地层同样也堪称世界一流，因此才得以保存了今天这样一个世界罕见的化石宝库。它所拥有的世界独一无二的带毛恐龙和丰富的原始鸟类化石使得这一地区成为研究鸟类起源的圣地。

二十世纪20年代初期，在中国的热河地区进行地质工作的主要是外国人。^[1]

1923年，美国地质学家葛利普首先提出了“热河系”（Jehol Series）的概念，专指凌源地区含化石的地层。1938年，他又提出了“热河动物群”的概念，代表这样一套地层中动物化石组合。此后，日本学者在这套地层中相继发现了一些脊椎动物化石如满洲龟、满洲鳄、矢部龙等。^[1]

直到1962年，中国地质学家才开始对这一地区的地层古生物进行研究。并有了实质性的贡献。著名古生物学家顾知微院士在无脊椎动物与生物地层研究的基础上，发展了葛利普的“热河系”和“热河动物群”，建立了“热河生物群”，并认为它的代表性化石属种包括东方叶肢介、三尾拟蜉蝣、戴氏狼鳍鱼。自此，热河生物群的研究一直没有中断过。^[1]

二十世纪80年代末至90年代末，辽西热河群地层中发现了数十个重要的以鸟类和恐龙为代表的脊椎动物化石点：1988年，辽宁省朝阳县胜利乡发现三塔中国鸟；1990年，周忠和在朝阳波罗赤九佛堂组中发掘出燕都华夏鸟；1993年，在辽西的北票县上园镇尖山沟义县组下部发现了原始鸟类—圣贤孔子鸟和原始哺乳类—五尖张和兽……自20世纪90年代以来，在辽宁西部地区陆续发现了20余个门类，数以千计的精美古生物化石。^[1]

化石分布之广、数量之大、种类之多、保存之好、信息之全轰动了世界。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，以及许多生物中都保存的软组织结构如皮肤印痕、软骨结构、角质喙等。因此，热河生物群被称为被誉为“20世纪全球最重要的古生物发现之一”，世界级化石宝库，中生代的庞贝城。^[1]

从1995年至今，有关热河生物群的发现和研究，我国学者仅在《自然》和《科学》这两种国际顶尖杂志上就发表了多篇论文，因此在学术界和社会公众中均产生了较大的影响，并且成为我国地质科学研究中独具魅力的一个研究领域，同时也是我国基础科学研究的一个亮点。

热河生物群可以分为热河动物群和热河植物群两部分，很长一段时间内，由于对植物化石的发现和了解都不多，所以主要的研究实际上是针对热河动物群的。自二十世纪90年代以来的研究，往昔的“东方叶肢介、三尾拟蜉蝣、戴氏狼鳍鱼”已不能概括热河生物的面貌。热河动物群至少包括了腹足类、双壳类、叶肢介、介形虫、蛛形类、昆虫、鱼类、两栖类、龟鳖类、离龙类、有鳞类、翼龙、恐龙、鸟类和哺乳动物等主要门类。其中，每一个门类又包括了多个次一级的分类单元。^[1]

热河植物群和动物群相比，研究起步较晚，但也取得了不少成绩。已经发现的植物有苔藓、蕨类、银杏、苏铁、松柏类和开花的植物。其中，银杏、苏铁、松柏类尤其丰富。被子植物也正是从这一时期才开始出现的。著名的种类有辽宁古果、中华古果。^[1]

热河生物群生态复原图

地层层序与化石组合

中生代侏罗纪—白垩纪早期，世界大多数地方还是海洋。而亚洲东部地区已抬升为陆地。那时，辽西一带淡水湖泊星罗棋布，气候湿润。各种苏铁类、银杏类、松柏类的裸子植物高大茂盛，高等开花被子植物也开始出现。湖泊中，鲟鱼穿梭；湖畔沼泽中，螈、蟾、龟、鳄等两栖类、爬行类四处游走；翼龙、恐龙及原始鸟类迅速进化；五尖张和兽、金氏热河兽等原始哺乳动物大量繁衍，形成了一个完整的生物链结构。但是这个时期，地壳运动加剧，火山喷发频繁。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，与外界隔绝，为化石的保存提供了优越的条件。辽西地区含化石地层中一层层的火山灰，记载着一次次频繁的火山喷发过程。^[1]

热河生物群的时代归属长期以来—直存在三种不同观点，即晚侏罗世、晚侏罗世到早白垩世以及早白垩世。古生物学家和地质学家主要依据化石对比和岩石的同位素年龄泛定来确定地层的地质时代。近年来，热河群地层中的生物化石的对比研究以及化石层中火山灰的同位素年龄测定工作的进展，伎大多数学者倾向于认为热河生物群的时代应属于早白垩世：但也有不同的观点存在，如1999年，罗清华等人对辽西含孔子乌和芾毛恐龙的地层作了绝对年龄测定。他们以黑云母为材枓作了氩—氩法测定，结果大约是1．47亿年。即侏罗纪晚期‘他们的测年结果是“晚侏罗世”时代观点的一个代表。

1995年。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的古生物学者与加拿大科学家合作，首次利用激光氢—氢法对热河群地层主要化石层位进行了同位素年代测定，其中大王杖子层和金刚山层的年龄分别为距今122．2±0．2至122．5±0．3百万年和121．4±1．1至121.6±0．4百万年。1993年，九佛堂组上部的火山岩年龄被测定为110±0．52百万年，从而可以基本确认热河生物群的时代为早白垩世。

1999年，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的百生物学者与美国同位素年代学家斯威舍（C．Swisher）合作，对四合屯发掘剖面和尖山沟层削面同—层的火山灰中的透长石单晶进行了氩—氩法测定法年龄测定，得出的时代为距今124．6±0．2百万年至124．6±0．3百万年。2001年，我国学者王松山等发表论文，对同一层火山灰中的锆石单晶做了铀一铅法测年，结果为125．2±0．9百万年。这两种不同测年方法所得的年龄值非常吻合，从而进一步说明该同位素年龄（距今约1．25亿年前）代表了尖山沟化石层（产出了孔子鸟、张和兽和中华龙鸟等重要化石的年代。这些化石生存的时代比德国始祖鸟晚约2500万年。

热河群义县组尖山沟层、大王杖子层、金刚山层和九佛堂组等4个化石层都进行过同位素年龄测定，根据这些年龄值所作的综合分析，义县组的时代应为早白垩世的凡兰吟期至巴雷姆期，而上覆的九佛堂组的沉积时代为阿普特期（Aptian）。这个观点尽管为多数学者所接受，但各方面的地层时代研究仍在进行之中，有关时代的争论仍会继续下去。

热河生物群的发现和研究解决了很多古生物学难题。辽西发现的古生物化石几乎囊括了中生代向新生代过渡的所有生物门类，极大地丰富了热河生物群的组合面貌，对研究热河生物群起源，“带羽毛的恐龙”与鸟类起源和羽毛起源的关系，对探讨早期鸟类的演化，对考证哺乳动物和被子植物的辐射等均具有巨大价值。^[1]

热河生物群生物复原(20)热河生物群是中生代晚期分布在东亚地区的一个著名土著性生物群。以热河生物群为特征的热河群陆相地层，在中国辽西地区发育并出露最好。热河生物群的研究虽然历时较长，但真正在国际上引起强烈影响还是从20世纪90年代开始。这些影响无疑离不开一系列早期鸟类（如华夏鸟、孔子鸟和原羽鸟），带羽毛恐龙（如中华龙鸟、尾羽龙和中国鸟龙），早期的哺乳动物（如张和兽与热河兽），被子植物（如辽宁古果）以及其他许多重要生物门类化石的发现和研究。^[1]

继张和兽热河兽以后，辽西地区义县组又发现一种原始的哺乳动物戈壁兽类，命名为爬兽。化石包括完整的头骨，而且是立体保存。它一方面具有发育的齿骨—鳞骨关节、前臼齿和臼齿的分化等典型哺乳动物的特征；另一方面也保留了一些类似爬行动物的原始特征，因此被认为是热河生物群已发现的哺乳动物中最原始的一种。

在昆虫研究方面，建立了许多新的种类，许多科在中国都是首次报道。在此基础上，对义县组的沉积时期的古气候进行了分析，认为当时在辽西地区存在复杂多变的气候环境。此外，研究者还提出，辽西的义县组和山东莱阳组时代相当。^[1]