糞化石

糞化石( coprolite) , 也稱糞石、糞團是指石化了的動物的排泄物，通常是指脊椎動物。屬於遺跡化石的一種。最早由英國古生物學家威廉·巴克蘭於1829年對糞化石進行了描述。通常被歸入遺跡化石。糞化石雖然具有立體的形態、形似實體化石，但它們不是生物體本身，一般不歸入實體化石。也有用於泛指動物的石化排泄物，包括糞粒等在內。

1972年工人們在為英國約克的勞埃德銀行挖一個新金庫過程中居然發現了人類糞化石。這塊化石長9英寸(約合23厘米)，最初被認為是一塊有年頭的精鍊爐渣，經過分析，它的真實身份最終浮出水面，竟是一塊有著1000多年歷史的礦化人類糞便。古糞便學家安德魯·瓊斯指出：“這是我曾經見過的最令人興奮的糞便。它的價值相當於王冠上的寶石，價值連城，這絕不是在開玩笑。”

常見的有魚、爬行動物和哺乳動物的糞化石，糞化石大於糞粒，多為卵圓形或長條形，棕或黑色，大都由磷酸鈣組成。各類脊椎動物的食物及消化道特點不同，故其排泄物也常有一定的形狀、特徵。有些魚糞化石為螺旋狀，哺乳動物糞化石一般呈橢圓形至長條形，其中屬於食肉類的常有骨骼碎渣，而食草類的則全由植物的纖維狀構造物質組成。

糞化石通常呈棒形或雪茄形，堅硬緻密，顏色從淺黃到深褐。只有極少數情況下能把排泄糞便的動物準確確定，多為爬行動物和肉食哺乳動物。

中國已知的糞化石產地很多，如陝西侏羅系、貴州白堊系的魚類化石，北京周口店中更新統的鬣狗糞化石以及雲南元謀下更新統的馬糞化石等。

糞化石這一概念, 最早由巴克蘭德(W. Buckland) 於1829 年提出, 用於描述一些發現於英國多塞特郡萊姆里傑斯( Lyme Regis) 地區的下侏羅統地層( 約1. 9 億年前)中的特殊化石。在巴克蘭德研究之前, 這些化石曾被描述為冷杉球果的化石, 而巴克蘭德可能是第一位闡述這些化石的真正屬性的科學家。

糞化石的外觀形態動物排泄物的外觀形態原本就呈現出多樣性, 它們在沉積、成岩過程中亦會發生變形, 因此導致了糞化石的外觀形態更具多樣性。大的糞化石，直徑多在2-5厘米之間；小的糞化石，又被稱為糞粒( faecal pellet) , 直徑多數小於5 毫米。

在判斷糞化石的來源時, 外觀形態不是有效可靠的依據, 不同動物的排泄物, 可能具有非常相似的外觀形態。糞化石的大小、內部組分、沉積環境能在某些程度上提供排泄物可能的主人的信息, 至少可以令研究者在大類群上做出區分。

根據糞化石的大小, 研究者可以估算猜測排泄物主人的體積。有一點是顯而易見的, 體積小的動物無法排泄出體積大的糞化石。食肉性動物的排泄物與植食性動物的排泄物通常易於區分, 因為食肉性動物的排泄物是磷酸鹽性的, 且含有魚鱗、貝殼和骨骼碎片等。不過, 食肉性動物的排泄物中的組分, 更多的提供的是被捕食的獵物的信息, 而不是排泄物主人( 即是捕食者) 的信息。

糞化石最主要的化學組分為磷酸鈣, 還含有有機物、碳酸鹽、鐵的氧化物、鎂的氧化物、二氧化硅、粘土和海綠石等。其中的有機物, 主要是食物殘渣, 一部分會在成岩過程中因為交代而發生變化。有機物的保存情況與多寡, 與其在消化過程、成岩過程中所經歷的時間長短相關。

動物排泄物一般細長、鬆散、柔軟和易碎, 被保存為化石的概率很低, 它們易被外部環境所破壞, 此外其內部的微生物( 以細菌為主) 也會破壞其中的有機物質。另一方面, 正是由於細菌的作用, 產生了磷酸鹽、硫化鐵等副產物, 使得原本鬆軟的排泄物被礦化( 主要是磷酸鹽化) ,而得以被保存下來。這一情況在缺氧的環境中更為常見。

細菌的礦化作用是在成岩過程的早期完成的, 在其後漫長的成岩過程中, 動物的屍體、貝殼、甚至是骨骼可能被壓扁了, 糞化石卻仍能保持原始的三維形態。糞化石中未被消化的軟組織也可能以三維形態被保存下來, 比如羽毛、皮膚組織, 肌肉組織和昆蟲的外骨骼等。植食性動物的數量遠遠多於食肉性動物, 然而食肉性動物的排泄物被保存為糞化石的幾率更高, 這是因為其排泄物中的食物殘渣以骨骼與肉類為主, 它們富含鈣與磷, 為排泄物的礦化提供了原生的礦物質來源, 使其最終被全面轉變為磷酸鈣。

快速埋藏條件對糞化石的保存極為重要, 所以水生動物的糞化石的保存幾率遠遠高於陸生動物。陸生動物的排泄物往往會暴露在空氣中, 經歷風化與破壞, 等不到被埋藏, 更加等不到成岩過程, 因此保存為化石的可能性更低。

糞化石外表面上保存的結構, 可能指示排泄物被排泄后所降落的介質, 比如植被或是岩石, 它們會在鬆軟的排泄物外表面上留下三維的印痕, 這也為我們認識當時的環境提供了有用的信息。

恐龍糞便是恐龍重要的遺物。因其不易形成化石，或不易被人們認識並採集，所以已發現的糞化石相當少。恐龍糞化石是研究恐龍食物組成，從而間接反映恐龍的生活環境的重要材料。糞化石的大小和形狀還反映恐龍消化道末端的結構情況。對糞化石進行切片觀察和研究，可以了解排出這個糞便的恐龍吃的什麼食物，是動物還是植物，是哪一類植物。再結合產出糞化石地點的恐龍遺體化石情況，還可以確定是什麼恐龍留下的糞便，從而知道該恐龍的食性及食物組成。在鴨嘴龍的糞化石中發現了大量松柏類植物的碎片，說明鴨嘴龍主要是取食針葉類植物的。在霸王龍的糞化石中發現滿是碎骨，說明霸王龍是“吃肉不吐骨頭”的“暴君”。