古生物鐘，一種神奇的存在

我們都知道現代生物的生命活動都會隨著節律，如日、月、年的波動而產生周期性變化，這些波動時刻影響生物體的生命活動，彷彿是生物體內無形的「時鐘」。而在遠古的過去，生物的生長過程中同樣也存在類似的節律性，並保留在所形成的化石中，為我們提供了珍貴的研究材料，科學家們稱之為「古生物鐘」。

遠古一年有幾天？

20世紀30年代，我國著名古生物學家馬廷英就注意到古代珊瑚化石上的生長紋層可以反映當時的氣候季節性變化的信息，隨後他將之與現代珊瑚進行對比，進而發現它們都具有日生長和季候生長的現象。珊瑚的生長對環境要求比較嚴格，其生長紋層類似樹木的年輪，能夠很好地連續記錄其生長時期里的海水環境情況，因此又有「海上樹輪」的美譽。加之珊瑚動物自寒武紀出現以來一直延續至今，能為科學家研究地球演化提供重要的連續信息。

20世紀60年代，美國學者約翰·威爾斯（John Wells）經研究發現，古代珊瑚與現今珊瑚的「日生長紋」存在顯著差別。其中泥盆紀的珊瑚每年平均有約400條細生長線，石炭紀的珊瑚則大約有390條左右。他便據此推測，這些紋層反映的是遠古地球一年的天數，且年代越古老，天數越多。由此，他確立了「古生物鐘」的概念。

科林·斯克魯頓（Colin Scrutton）隨後對泥盆紀珊瑚標本進行了更深入的研究，他發現在一些保存良好的珊瑚化石標本上還能識別出年、月、日等不同等級的生長線，並指出某些標本上保存的一年13個生長帶可以對應當時的13個陰曆月，每個陰曆月平均30.59天，一年共399天。他認為這13個生長帶的形成極有可能與每月一次的排卵相對應。

實際上，珊瑚化石的「古生物鐘」除了體現為外部周期性凹凸的外生長線外，復體珊瑚內部骨板排列疏密度的變化所形成的內生長線，同樣能提供非常重要的線索。珊瑚化石縱切面上骨板疏密的周期性，可分為亮帶和暗帶。亮帶和暗帶分別形成於夏季和冬季，一個年生長線一般包括一個亮帶和一個暗帶。珊瑚的內生長線還可用於推算珊瑚的年生長率。研究古生代四射珊瑚多使用外生長線，而橫板珊瑚和現代六射珊瑚常根據內生長線來測定。

一般認為，珊瑚生長線與其生長的環境密切相關，生長線越明顯，表明其環境變化越顯著。赤道附近溫差較小，其內生長線較不明顯；而距離赤道越遠，珊瑚的內生長線越顯著。同時珊瑚生長率的高低也與其生活環境特別是水溫息息相關。海水的年平均溫度越大，珊瑚長得越快，同時骨板排列越疏鬆，生長率也越大。珊瑚化石這種特殊屬性，使其在古生物鐘研究中常被用於古地理研究和古赤道位置判定。

記錄潮汐和月相

古生物鐘不僅在諸如珊瑚、貝殼等宏體生物上有所顯示，一些微體生物，如形成於數億年前的疊層石化石，其周期性的明暗紋層變化同樣是一種古生物鐘，對它們的解讀，可以讓我們對顯生宙之前更古老的地球環境，以及當時的日-地-月關係有更詳細的了解。

疊層石是以藍藻為主的微生物通過生長和代謝活動黏結沉積礦物顆粒而形成的生物沉積構造。白天陽光充足，藻類光合作用強，所以藻絲體向上生長，同時還會黏附周圍顆粒物，形成亮紋層；夜晚光線弱，藻類的光合作用弱，藻絲體匍匐生長，形成暗紋層。一個亮紋層加上一個暗紋層，就等於藻類的一個日生長周期。因為疊層石生長在濱海環境，潮汐作用導致的水動力變化會改變沉積物的供給，致使藻類黏附顆粒物大小和數量的周期性變化，由於潮汐運動與地、月相對位置的周期性變化有關，因此藻類黏附顆粒物的周期性變化反映的是古代的月周期變化，加上藻類生長的趨光性，一年中隨著太陽光直射點的移動，疊層石的生長在縱向上就會形成類似「S」形的形狀，一個完整的「S」形就代表了一年的生長，是為年周期。

我國古生物學家曹瑞驥通過對薊縣地區霧迷山組疊層石生長節律的研究，推算出的12億年前的每個月有40～49天。而對周口店地區鐵嶺組疊層石的研究得知，10億年前地球的一年至少有516±20天、12.9±0.5個月，一個月有40天，一天只有16.99±0.66小時。

讀懂古樹的年輪

樹木年輪的故事我們都耳熟能詳，實際上它就是樹木的生長線，同時也是科學家們研究古氣候時的「古生物鐘」。雖然一棵樹的生命有限，但要是古生物學家能夠取得整片地區大量古樹的年輪，並將其連接起來，就可以閱讀成百上千年的故事。近幾十年來，利用樹木年輪了解氣候變化的研究在世界各地廣泛開展，技術水平也不斷提高，成為目前研究第四紀氣候，特別是數百年來的氣候變化最為廣泛和有效的方法之一。

通過對樹木年輪的研究，美國學者重建了北美高緯度地區近300年間（1682～1968）的溫度變化情況，發現了美國西部草原每隔11年發生一次乾旱，並成功預報了1976年的大旱。我國氣象工作者對祁連山區古圓柏樹的年輪研究顯示，我國近千年來的氣候以寒冷為主，17世紀20年代到19世紀70年代是近千年來最長的寒冷時期，一共持續250年。

除了氣溫以外，降水量也是影響樹木年輪生長的重要因素。在生長季節，降水量對樹木的影響最大，一般情況下年輪寬度往往與降水量正相關。所以，樹木年輪還常被用作研究不同區域間降水量的比較。而一些環境的異常變化如大氣CO2濃度升高、旱災、火災、森林病蟲害、火山噴發、地震、冰川運動以及人為環境污染等同樣會影響樹木的生長，因而在其年輪上也會有所反映。

通過古生物鐘的研究，科學家不但了解了古代的環境信息，同時還佐證了古天文學，並促進了古地理學等學科的發展，研究對象也從一開始的珊瑚擴展到雙殼類、腕足類、頭足類、層孔蟲、疊層石以及植物等其他門類。最近，在恐龍等脊椎動物的骨骼中也發現了古生物鐘的現象。現在我們身邊的生物節律現象，在未來或許也是一種古生物鐘呢。

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