距今約一億年前後的白垩紀時期，地球是一個與今天截然不同的世界。漫山遍野的植被多為松柏類、蘇鐵類、銀杏類等裸子植物和蕨類植物，被子植物正悄然興起。各種各樣的恐龍是陸地上的統治者（圖1）。這些動植物生活的全球氣候比現今更為溫暖，而且兩極幾乎沒有冰，是地球曆史上典型的溫室氣候時期。
圖1. 白垩紀恐龍世界示意圖（引自 江泓, 2021）
那麼，科學家們是如何獲知這段已經塵封了長達億萬年的恐龍時代的氣候環境變遷史呢？我們知道，了解人類曆史可查閱史書記載，再往前則依靠考古發現（新舊石器等）。類似地，恢複億萬年前的地球曆史同樣需要查閱“地球檔案”，包括當時的沉積物、各類化石等（圖2）。例如，白垩紀時期的地球面貌，就是依據在白垩紀沉積物中發現的爬行動物化石和裸子植物化石等證據來恢複的。本文重點介紹的主角——介形蟲化石，也為科學家們探知恐龍生活時期的地球環境提供了重要材料。
圖2. 地質曆史時期生物演化總體過程示意圖
典型的“地質曆史檔案”包括古湖泊沉積物和古海洋沉積物等。海洋、湖泊中長年累月沉澱下來的碎屑物質、動植物遺體等，經過沉積和成岩作用，形成了類似“千層餅”的沉積岩層（圖3）。通常情況下，從底部到頂部的每一層沉積層由老到新記錄了當時的地質曆史。
圖3. 距今約1.2億年的火山-湖泊沉積，儲存有著名的熱河生物群化石
然而，很多大型古湖泊/古海洋沉積物通常會掩埋在數百到數千米的地下，科學家們想查閱這類“沉積檔案”，則需要借助鑽井取芯的方法。鑽井取芯解決了擷取“連續沉積記錄”的問題，但是動辄十幾米甚至幾十米的恐龍、或者幾厘米至幾十厘米的魚類等大化石，在野外剖面中數量稀少，更難以在十幾厘米中的岩芯樣品中發現。
這時候，介形蟲等微體化石的優勢就展現出來了。介形蟲外形長得像小豆子，分類上屬于節肢動物門甲殼綱，具有可以完全包圍整個身體的鈣質雙瓣殼（圖4, 5）。介形蟲是最多樣化的甲殼類之一（估計有超過20000個現生種，其中隻有大約8000個被描述過），并且有約5億年的化石記錄，有超過65000個化石物種被描述。由于介形蟲的個體通常隻有0.4~2 mm，100 g的岩芯樣品中可以找到成千上萬個介形蟲化石，有的岩芯層位甚至就是“芝麻餅狀”的介形蟲層，可以為科學家提供充足的研究材料。
圖4.一些現生介形蟲.A-C為海洋-半鹹水介形蟲; D為淡水介形蟲. (引自Horne, 2005).比例尺為1 mm.
圖5.部分代表性淡水介形蟲殼體 (引自Horne, 2005). 比例尺為1 mm.
除了數量豐富外，介形蟲還廣泛分布于各種水體環境中，它們的生活、繁衍、遷徙等活動與水體環境和氣候的變化息息相關。科學家們可以通過地質曆史時期沉積物中儲存下來的介形蟲來恢複當時的古氣候、古環境特征。例如：介形蟲有自己固定的栖息地，從不到處漂泊，在深湖生活的種類很少到濱淺湖處栖居；在濱淺湖處生活的種類也很少到深湖去邀遊。古生物學家根據介形蟲的這一習性，就能估算出古湖泊的深淺。
又如，介形蟲在分泌生長新的鈣質殼體時，殼體的組成元素（Ca、Mg、O等）來源于其生活時水體中的元素離子，就是說，介形蟲殼體的元素組成與其生活時的水體中的元素組成相關；又由于介形蟲的生長周期很短，相對于萬年、十萬年等地質時間尺度來說，這種記錄幾乎是瞬時的。是以，科學家們可以通過測試地質時期介形蟲化石殼體中的元素特征來捕獲古湖泊水體化學特征的變化過程。而古湖泊水體化學的變化又受到古氣候、古環境等因素影響。于是，科學家們通過介形蟲化石擷取的古湖泊/古海洋水體化學資料就可以用來反演當時的古氣候（例如古溫度等）變化過程。
通過介形蟲殼體地化反演古溫度一般用的是氧同位素的比值法。所謂氧的同位素，即同屬氧元素（O）但具有不同品質數的氧原子，如16O，17O和18O，即氧的三種同位素，氧元素符号左上角的數就是它的品質數。顯然，18O的品質大于16O。18O不易蒸發，16O易蒸發。因而，在夏天高溫時，水中所含16O減少，故18O/16O的值增加；冬天低溫時，18O/16O的值減小。據此，測定岩芯中介形蟲殼體中的18O/16O值的變化，即可推斷古溫度的變化（圖8）。
利用介形蟲等微體化石殼體地化資料反演古氣候變化比較成功的案例是大洋鑽探計劃項目（IODP）。科學家們通過大洋鑽探計劃項目（IODP）在全球各個海洋中擷取了數量衆多的儲存連續的古海洋沉積地層岩芯。通過分析岩芯中擷取的儲存連續的微體化石（介形蟲、有孔蟲等）地化特征，成功還原了地質曆史時期（主要是晚白垩世至第四紀）的古氣候溫度變化過程。近年來，被譽為“金柱子”的松科鑽井在松遼盆地擷取了累計達萬米的岩芯樣品，岩芯中儲存的豐富的介形蟲化石為探索白垩紀東北亞地區陸相古環境、古氣候等科學問題立下了汗馬功勞（圖6~8）。通過上述海、陸兩方面的介形蟲殼體地化資料及其他方面的證據，科學家們恢複了地質時期的古氣候、古環境變化過程，是以，我們才能了解到白垩系恐龍生活時期處于溫室氣候條件。
圖6. 位于松遼盆地的“松科三井”鑽井現場（摘自Wang et al., 2021）
圖7. 松遼盆地白垩系鑽井岩芯與介形蟲層（修改自Pan et al., 2017）
圖8.松遼盆地松科1井介形蟲的δ18O值（左）與北大西洋浮遊有孔蟲的δ18O值（右）（Chamberlain et al., 2013）
總的來說，盡管個體微小的介形蟲沒有恐龍、鳥類等大個體的明星化石引人注目，但介形蟲的“小個體”優勢，使得它在地層中能夠大量的儲存下來，為研究同時期地球的古氣候、古環境等問題提供了寶貴的材料，不愧“地球環境忠實記錄者”的稱号。
部分參考文獻：
[1] Wang, C., Y. Gao, D. E. Ibarra, H. Wu, and P. Wang (2021), An unbroken record of climate during the age of dinosaurs, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO158455. Published on 17 May 2021.
[2] S. Pan, S. Liang, L. Ma, C. Liu & H. Liu (2017) Genesis, distribution, and hydrocarbon implications of ostracod-bearing beds in the Songliao Basin (NE China), Australian Journal of Earth Sciences, 64:6, 793-806.
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