我们对遥远的过去，常常是从一块块化石开始研究的——锋利的牙齿、厚重的甲壳，甚至还有惊人的软组织保存。它们仿佛把时光凝固在岩层深处，给我们留下了一扇窥见古老世界的窗。

然而，这扇窗并不均匀。你或许会好奇：在那个充满生命的寒武纪海洋中，为什么我们总能看到各种节肢动物的化石，却很少发现像水螅、扁形虫或水母这类软体生物的踪迹？它们只是没留下来，还是从未存在过？

什么样的动物更容易形成化石（图片来源：作者使用AI生成）

新的研究正在解答这个问题——答案可能不在岩层之间，而藏在生命本身。瑞士洛桑大学的研究团队通过一组巧妙的腐烂实验，发现了一种被忽视的规律，有些动物天生更适合变成化石。体型大小、蛋白质比例，甚至脂肪含量，都会影响尸体周围的化学环境，进而决定它是默默腐朽，还是成为化石被刻死在地质历史中。

化石的形成，不只是埋得深

在大众印象中，化石的形成往往被归结为两个条件，快速掩埋与缺乏氧气。这并不完全错误，但事实上，决定一具动物遗骸是否能逆天改命，跨越千万年的地质剧变保留下来，其机制比想象中要复杂得多。

关键之一，是尸体本身对周围环境的影响。当一只动物死去，它的身体开始分解。分解的过程中，会消耗水中或土壤中的氧气，同时释放出各种化学物质。这一过程影响了一个名为氧化还原电位（Oxidation-Reduction Potential, ORP）的指标。简单来说，氧化还原电位是衡量一个环境是氧化性强还是还原性强的数值。数值越低，说明越缺氧，而缺氧环境则有助于减缓微生物对有机物的分解能力，有利于保存。

瑞士洛桑大学的研究团队正是从这个角度切入。他们设计了一个简洁而巧妙的实验，他们选取了四种现生动物——淡水虾、蜗牛、海星与扁形虫，分别放入密闭水体中，让它们自然腐烂，同时使用微型传感器每日监测尸体周围的 ORP 变化。这些动物之所以被选中，是因为它们在体型和组成上可以代表古代海洋中典型的软体动物与节肢动物。

起初，所有实验瓶中的氧化还原电位都差不多，呈现轻度氧化状态。然而随着时间推进，这些数值的演化却出现了惊人的分歧。

结果显示，体型较大、蛋白质含量较高的动物，更容易在短时间内创造出缺氧甚至极度缺氧的微环境。比如虾，其 ORP 值几天内迅速跌至 −200 mV 以下，进入有利于硫酸盐还原和磷释放的区域——这是促进软组织矿化，如磷酸钙沉积或黄铁矿形成的关键前提。

四种不同动物的氧化还原电位值随时间变化情况（图片来源：参考文献[1]）

而体型最小的扁形虫，即便蛋白质含量极高，却由于质量太小几乎无法改变其周围的氧化状态。它们的 ORP 值与未放动物的对照组几乎无差异，仿佛它们从未存在过。

这意味着即使在同一片沉积层中，不同动物的腐烂行为可能造成局部微环境的极大差异，进而导致一个成化石，另一个则完全被降解掉。

高蛋白低脂肪，更容易成化石

虽然体型大小在化石形成中起着关键作用，但研究进一步揭示，动物体内不同的成分比例，尤其是蛋白质与脂肪的关系，也会直接影响其“成化石”的潜力。

在这项实验中，研究人员不仅测量了动物周围环境的氧化还原电位（ORP）变化，还对比了不同动物的生物化学构成。结果显示，四种动物的蛋白质含量都在50%以上，但脂肪和碳水化合物的比例差异显著。

扁形虫几乎全身都是蛋白质，脂肪极少。虾则含有最多的脂肪，蛋白质比例相对较低。海星与蜗牛介于二者之间，脂肪和蛋白质比例中等。

那么这些差异意味着什么？我们知道，蛋白质分子在分解时会快速消耗氧气，而脂肪则相对分解慢、氧化也慢。换句话说，高蛋白动物在腐烂过程中能迅速消耗掉周围的氧气，创造出有利于化石化的缺氧环境。而脂肪含量高的动物，即使体积不小，其分解速度慢，氧气消耗缓，也不容易迅速进入还原状态。

研究进一步计算了蛋白质/脂肪比值与ORP值下降之间的相关性，发现两者呈强负相关（r = –0.925），即蛋白质含量越高、脂肪越少，周围环境的ORP下降就越快，进入磷酸盐沉积或硫化物矿化的条件也就越容易。这类化学反应会将原始组织替换为稳定的矿物质，成为我们今天看到的软组织化石。

这或许能解释为什么我们能在寒武纪地层中发现三叶虫的肠道、古虾的脑神经、甚至鱼类胚胎的组织轮廓，却很难看到类似体型的软体动物残迹，它们天生就不适合保留下来。

总结

每一块化石，都是时间留下的偏见。它们不是生命的全貌，只是那些恰好在对的时间、以对的方式、在对的化学条件下被留下的存在。

其实化石记录并不公正，它选择的是大块头、高蛋白、低脂肪的生命，是那些能制造缺氧微环境、引发矿化反应的生物。而更多的生命，即使曾在古海洋里自在游弋、甚至主宰过一个生态位，却因体小肉薄，最终在地质史上销声匿迹。

参考文献：

[1] Corthésy, Nora, Jonathan B. Antcliffe, and Farid Saleh. "Taxon-specific redox conditions control fossilisation pathways." Nature Communications 16.1 (2025): 3993.

[2] Briggs, Derek EG. "The role of decay and mineralization in the preservation of soft-bodied fossils." Annual review of earth and planetary sciences 31.1 (2003): 275-301.

[3] Hancy, Anthony D., and Jonathan B. Antcliffe. "Anoxia can increase the rate of decay for cnidarian tissue: using Actinia equina to understand the early fossil record." Geobiology 18.2 (2020): 167-184.

[4] Schiffbauer, James D., et al. "Exceptional fossil conservation through phosphatization." The Paleontological Society Papers 20 (2014): 59-82.

作者丨Denovo科普团队（褚宏伟博士 湖南师范大学硕士生导师）

审核丨赵宝锋博士 辽宁生命科学学会

来源: 科普中国创作培育计划

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