微聚焦X射线荧光光谱分析揭示两件产自中国辽西早白垩世副鸟类化石的埋藏学特征

2024年05月17日 07:40 点击：[]

地球化学的新方法为古生物学研究提供了一个新的视角。2024年4月19日，国际SCI期刊原子光谱学杂志（Atomic Spectroscopy）在线发表了中国地质大学（北京）博士研究生刘义川（第一作者）、河北地质大学季强教授（通讯作者）和中国地质科学院地质研究所王旭日研究员（共同通讯作者）等人撰写的题为“Micro-XRF Mapping Elucidates the Taphonomy of Two Early Cretaceous Paravian Fossils from Western Liaoning, China”研究论文，两件用于该研究的副鸟类化石标本均收藏于河北地质大学地球科学博物馆。

副鸟类（Paraves）是现存四足动物中多样性最丰富的一个演化支，包括驰龙科（Dromaeosauridae）、伤齿龙科（Troodontidae）和鸟翼类（Avialae），其中鸟翼类包含了所有化石鸟类和现生鸟类。热河生物群特异埋藏的副鸟类化石为研究鸟类起源、飞行起源以及羽毛早期演化提供了重要的直接化石证据。然而此前对于副鸟类化石的研究多集中于保存的骨骼及羽毛的解剖学和形态功能学研究。随着成像和分析方法（如X射线光谱分析、X射线荧光光谱分析、二次离子质谱分析、激光电离飞行时间质谱分析、拉曼光谱分析等）的应用，利用化学手段进行埋藏学研究愈发普遍。其中X射线荧光光谱分析（XRF）因其无损、快速和稳定的元素成像在脊椎动物化石研究中应用较广。XRF不仅可以揭示化石中的元素分布，而且有助于了解保存的软组织相关埋藏学特征，能够使我们更好地认识生物演化和埋藏过程。相比同步辐射X射线荧光光谱分析（Synchrotron-XRF）受限于样品体积（一般样品尺寸不超过30cm）和同步辐射实验室（需要同步辐射光源）条件限制问题，微聚焦X射线荧光光谱分析（micro-XRF）能够对大尺寸样品进行无损、高分辨率以及原位的便携扫描分析。

热河生物群脊椎动物化石中特殊保存的软组织为了解它们的演化过程和生态学特征提供了不可替代的证据。地质学研究通常将这些软组织的保存与火山喷发形成的薄层页岩和泥岩联系起来。然而，缺乏对热河生物群中不同类型的化石以及化石的不同组织进行对比分析。因此，通过XRF扫描技术收集不同类型化石的完整化学数据，进而为分析相关类群的生物学和埋藏学研究提供新信息，并且对进一步了解热河生物群的埋藏过程至关重要。为此，中国地质科学院地质研究所王旭日研究员团队与河北地质大学季强研究团队、中国地质大学（北京）以及美国菲尔德自然博物馆等多家单位的研究者合作，采用微聚焦X射线荧光光谱技术，对辽西热河生物群早白垩世九佛堂组的驰龙科小盗龙（microraptorine）和今鸟型类燕鸟（yanornithid）两件副鸟类标本开展了光谱学分析，主要取得以下研究进展：

1. 揭示了两件副鸟类化石的化学元素分布模式。

通过micro-XRF获取的元素数据，分析了热河生物群九佛堂组小盗龙和燕鸟两件副鸟类标本的元素分布模式。通过对比骨骼、羽毛、爪鞘以及围岩中的有效元素分布模式，发现骨骼主要由Ca、P、S和Sr组成，并且Y也与骨骼相关（图1和图2）；羽毛相关的元素为Cu、Ni和Ti；爪鞘中P和Ca的含量很高（图3）。此外，在两件标本的关节处以及小盗龙的身体躯干部位发现了大量的Fe（图4）。