笔石：在岩石中书写的痕迹

　　编者按：1917年9月30日，中科院院士、地层古生物学家穆恩之生于江苏。他系统研究了我国大量的笔石动物群，并建立了新的分类体系和生态分异模式，其中他建立的中国笔石科和娇笔石科在笔石动物的演化研究方面具有重要地位。今天是其诞辰100周年纪念日，我们特邀请中科院南京古生物所研究人员详细介绍笔石的结构、分类，以及应用前景等。

　　笔石是笔石动物的化石。笔石动物是一类从共通茎管系统连续规则出芽的海生群体动物，多为浮游生活，部分固着于海底，于寒武纪出现，于石炭纪已绝灭。

　　笔石动物群体很可能是通过有性、无性的先后两种生殖方式产生的。这个结论是这么推出的：波兰古生物学家 Kozłowski 曾在个别笔石化石的胞管中发现卵状的囊状体，怀疑是笔石的虫卵，并据此推测，受精的虫卵发育成幼虫，离开母体，在水中浮游；而笔石动物幼虫，先分泌原胎管，继而分泌亚胎管，无性芽生第一个胞管，再芽生第二个胞管，如此连续出芽，形成笔石枝。

　　笔石最早是由分类学家林奈于1735年创立的类化石属 “Graptolithus” 演变而来，意为“笔在岩石中书写的痕迹”。常见的笔石化石实为笔石动物建造的居室，其软体部分已在漫长的地质历史中分解殆尽。

　　起初，由于古生物学家对笔石的结构认识不足，其常被误描述成植物化石、痕迹化石、头盘虫、珊瑚、水螅以及苔藓虫等。

　　笔石化石一般大小为几厘米，已知报道的最大笔石体长达1.45米。这些笔石通常保存于黑色页岩中，在砂岩、灰岩中偶有保存。笔石化石的常见保存方式有3种，即碳质薄膜压扁保存、黄铁矿化半立体保存、三维立体孤立保存。

　　图1 笔石化石的3种保存方式：A，从碳酸盐岩酸泡出来的三维立体孤立标本；B，黄铁矿化的半立体标本；C，碳质薄膜压扁标本。

　　迄今为止，笔石的研究历史已逾300年，从最初的一科几属发展至现今的600余属。

　　我国对笔石化石及生物地层的研究起步较晚。1924年，我国古生物学家孙云铸描述了山东上寒武统的一种树形笔石，就此揭开中国笔石的研究序幕；而中国笔石的系统研究工作则始于1931年孙云铸的《中国含笔石地层》；两年后，他的《中国奥陶纪及志留纪笔石》问世，这是我国首部笔石专著；翌年，古生物学家许杰的《长江下游之笔石化石》出版，对中国笔石的研究起了奠基作用。

　　一代笔石巨擘穆恩之先生全面推动了我国笔石的系统性研究工作 ，并在国际笔石研究工作中夺得一席之地。

　　穆恩之（1917-1987），著名古生物学家，国际笔石研究权威，地层学家，地质学家。1980年当选为中国科学院学部委员（院士）和地学部常务委员。曾任中国科学院南京地质古生物研究所副所长，中国古生物学会副理事长，国际笔石工作组主席，联合国教科文组织国际地质对比委员会委员，国际志留系分会选举委员等职。其毕生致力于古生物学和地层学研究。

　　由于笔石很多属种演化速度快，地层延限短，且全球广布，因此，常用于早古生代地层的划分和对比。

　　在野外工作中，笔石工作者仅需通过一个10倍的放大镜，即可进行快速现场鉴定，准确判断地层年代，框定地层框架，进而为各生产部门提供宝贵的指导意见。

　　开采页岩气，不但需要高端的钻井技术，更需要精准的黑色页岩地层层位标定，其中生物地层标定是钻井现场最快速、精准的方法，可以直接指导打钻至精准的页岩气层位。

　　而笔石化石在中石油、中海油等生产部门的非常规油气勘探工作中，起着不可替代的黄金卡尺作用。

　　未来，我国科学家将继续利用所掌握的科学技能，致力于支持非常规油气勘探中的页岩气项目，使看似非常基础的古生物门类研究，在国家能源资源勘探中大显身手。