這隻鋸蠅（sawfly）在1600萬到1100萬年前生活在現在的澳大利亞東南部，它的頭上還儲存著花粉顆粒，這是古代雨林生活的一個縮影。
供圖：Michael Frese
撰文：Michael Greshko
幾年前的一天，在澳大利亞東南部古爾貢鎮（Gulgong）外約25公里處，Nigel McGrath花了一天時間在自己的土地上艱苦耕作。這片土地上佈滿了沉重的、富含鐵元素的岩石，對他的農具構成了威脅，因此McGrath不得不用手把鬆散的石塊拖成堆。就在那時，他注意到了它們：儲存完好的樹葉化石，像石頭書中的壓印一樣塞在岩石中。
現在，科學家們已經證實，這些散落在不到半個足球場面積上的鐵石包含了迄今為止在古代雨林中發現的最驚人的生命記錄之一。
在《科學進展》雜誌上公佈的這一地點——被稱為麥格拉斯平原（McGraths Flat）——是世界上僅有的幾個保留了可追溯到中新世時代的雨林生態系統的地點之一，中新世指從2303萬年前到533萬年前的這段時期。這段時間裡，世界經歷了巨大的生態變化，澳大利亞開始從以雨林（比如現在的亞馬孫）為主過渡到我們今天所看到的灌木與乾草叢生的乾旱地區。
這些孤立的花朵化石被認為屬於錦葵目 ，這是一個由7000多種活體植物組成的物種，包括木槿和可可。攝影：Michael Frese
澳大利亞還有其他以哺乳動物和爬行動物骨骼而聞名的中新世化石遺址，但這些遺址並不總是儲存著構成生態系統基礎的小而軟的物質。但McGraths Flat卻有大量的這種小化石，它們記錄了1600萬至1100萬年前新南威爾士州生長的令人驚歎的多樣化雨林。
在麥格拉斯平地，蜘蛛腿毛都成了化石，而化石魚的肚子裡還塞滿了蠓蟲。葉子被儲存得如此完好，研究人員甚至可以看到它們曾經用來吸食二氧化碳的氣孔。
新南威爾士大學古生物學家Suzanne Hand說：“這些新發現的材料，質量和數量都非常出色，從它們中提取和呈現的生物和生態資訊也是如此。”
麥格拉斯平地的化石甚至包含了生命活動的定格瞬間。一隻鋸蠅的頭部沾滿了花粉，估計是剛剛享用了一朵花的花蜜。一條魚的尾巴上載著一名“乘客”：無孔貽貝的寄生幼蟲，當它搭“順風車”逆流而上時，就靠這條魚的黏液生存。
這項新研究的共同第一作者、悉尼澳大利亞博物館研究所的古生物學家Matthew McCurry說：“這些化石的儲存質量相當完好，我們可以精確又生動地看到這些生態系統，這是前所未有的。”
這個羽片（或者說是葉的一小部分）化石，很可能來自一種海金沙屬的蕨類植物。甚至這種植物的10微米寬的孔隙都變成了化石，在電子顯微鏡下可見。
麥格拉思平地遺址還儲存著許多種類的昆蟲，包括可以自由遊動的蜻蜓幼蟲，被稱稚蟲，也就是圖中這個化石。攝影：Michael Frese
儲存極其完好的化石
2017年，McCurry 和他的同事第一次從McGrath 那裡聽說了這個地方。意識到這些化石的潛在意義之後，他們就開始連續3到4天訪問這個遺址，研究這些燧石狀的岩石，以瞥見古代雨林的景象。
科學家們對該遺址分析得越多，就越意識到這種化石儲存方式是多麼不尋常。這些化石都埋藏在一種叫做針鐵礦（Goethite）的氧化鐵礦物的極細層中。以前也在這類岩石中發現過化石，但麥格拉斯平原標本的質量尤為突出。
Michael Frese是這項研究的共同負責人，他是澳大利亞堪培拉大學的病毒學家，也研究微化石，他說：“這是一種被完全忽視，或至少沒有得到太多關注的儲存型別。”“如果你問一個人：‘你真的認為鐵石上會有大化石嗎?’他們可能會說：‘你真傻!’”
Frese補充說，這種不尋常的石化型別使得麥格拉思平原化石特別容易用掃描電子顯微鏡(SEM)分析，掃描電子顯微鏡是目前最強大的顯微鏡。通常情況下，樣品放置在掃描電鏡下必須被鍍上一層薄薄的金或鉑，也就限制了對這些樣品的進一步研究。但麥格拉斯平板化石已經富含鐵，而且導電，可以直接放置在電子顯微鏡下，不需要任何額外的準備。
Frese說：“化石放置在掃描電子顯微鏡下的時候和它拿出來的時候完全一樣。”
最小的化石已經有了一些驚人的發現。在該遺址唯一已知的羽毛化石中，研究人員可以看到黑色囊狀物，其形狀表明羽毛可能是深色或彩虹色的。科學家們還能看到儲存在魚化石眼睛裡的黑色素，他們甚至還發現了1100萬年前蝴蝶或蛾子翅膀上脫落的一塊鱗片。
在放大鏡下，我們看到這隻約2cm長的天牛身上有一位“乘客”：一隻小線蟲。
麥格拉思平原的化石包括一根鳥類的羽毛，非常完好，在電子顯微鏡的高倍鏡下可以看到黑色素的囊狀物。攝影：Michael Frese
被鐵水淹沒的湖泊
研究小組目前的想法是，麥格拉思平原曾經是一個河跡湖，當一條蜿蜒的河流的一部分被切斷時就會形成。大多數時候，這個湖是相當安靜的，氧氣含量低，很少有捕食者。但是，從迄今為止從該地找到的十幾塊魚化石來看，魚和其他河流生物被週期性地衝入湖中，可能是附近的河流淹沒了河岸。
McCurry和Frese懷疑，附近的玄武岩沉積物中的鐵溶解在透過風化巖的水中。這些含鐵的水隨後到達地下水位，並最終從側面滲入河跡湖。
每當新鮮的、高含氧量的水進入湖中——也許是透過暴雨或洪水——鐵離子就不能再保持溶解，並迅速在湖床底層形成針鐵礦。這些迅速沉澱的礦物質會將那些碰巧沉到湖底的樹葉或屍體掩埋。隨著時間的推移，針鐵礦就取代了被掩埋的軟組織，在我們今天看到的化石中記錄了它們的形狀。
該小組有理由認為，湖泊的針鐵礦迴圈可能是由季節性季風造成的。到目前為止，在McGraths Flat發現的數百個花化石中，大多數在開花之前就已經死亡，這表明掩埋的過程發生在一年中的一個固定時間。該小組還發現了許多昆蟲化石，在現代生態系統中，這些昆蟲只在春季和夏季出現。
為了驗證他們的想法，以及分析已經發現的化石寶藏，研究人員還有很多工作要做。McCurry和Frese正熱火朝天地試圖完善對化石地點年代的估計，這可能有助於研究人員更好地瞭解McGraths Flat是如何從熱帶雨林轉變為乾燥的灌木叢的——這是一條關於雨林可能如何應對當今氣候變化的線索。
這張人工著色的掃描電子顯微鏡影象顯示了四個肝吸蟲的孢子（Cingulasporites ornatus）。這些孢子和其他孢子可以作為含化石岩石的年齡的參考，它們幫助研究人員確定了化石地點的年齡：在1100萬到1600萬年之間。圖源：Michael Frese
通往過去和未來的視窗
在中新世早期和中期，大氣中的二氧化碳水平大約為400至500ppm，與人類活動對未來的二氧化碳水平的估計大致相似。中新世還出現了持續的變暖期，例如1700萬到1400萬年前的中新世氣候最佳時期，這可能與McGraths Flat記錄的時間片斷重疊。
中國科學院古生物學家王博說：“這些結果可能有助於更好地理解未來雨林生態系統面臨的人為全球變暖的變化，”他沒有參與這項新研究。“這篇論文顯示，熱帶生物群在澳大利亞至少到達了南緯37度，但我們不知道它們是什麼時候來的，什麼時候離開的，以及驅動機制是什麼。”
為了瞭解更多關於McGraths Flat的轉變，McCurry和Frese計劃帶著他們希望找到的其他化石的願望清單回來。“我們知道鳥類的羽毛儲存得非常好，但是我們想要的是整隻鳥，而且一旦我們找到一隻鳥的化石，我們就知道它會完美地儲存下來，”McCurry說。
但即使在研究小組尋找更多的化石時，研究人員也會忙於處理他們已經發現的令人眼花繚亂的標本，McCurry 說。“我們實際上有十年的工作要做。”
（譯者：張淏然）
