“臨沂動物群”重見天日加入寒武紀生命大爆發(fā)解謎團隊

澄江生物群代表了寒武紀生命大爆發(fā)的高峰期。在那之后，生命演化呈現(xiàn)什么規(guī)律，與奧陶紀生命大輻射如何銜接？解開這個謎團就需要“中寒武統(tǒng)”的華北板塊“接力”跑下去。

在距今約5.3億年前，一個被稱為寒武紀的地質歷史時期，地球生物界發(fā)生了翻天覆地的變化：在2000萬年的時間內，地球上突然涌現(xiàn)出各種各樣的動物，它們不約而同地迅速起源、同時出現(xiàn)。

這就是著名的寒武紀生命大爆發(fā)。這些動物為何會在短時間內大量出現(xiàn)，至今仍被國際學術界列為“十大科學難題”之一。

為了解開這個難題，科學家在世界各地廣泛收集寒武紀生物化石。但奇怪的是，寒武紀特異埋藏化石庫的時間和空間分布并不均勻，大多數著名的寒武紀特異埋藏化石庫都集中分布在華南板塊和勞倫大陸（今北美大陸的主體）。

前不久，《國家科學評論》在線發(fā)表了中國科學院南京地質古生物研究所的一項最新成果，科研人員在華北地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)距今約5.04億年的寒武紀特異埋藏化石庫，并將其命名為“臨沂動物群”。這一發(fā)現(xiàn)讓我們對5億年前發(fā)生在華北板塊上的生命演化故事，有了更為清晰的認識，也為研究地球生命演化打開了一扇新的窗口，補上了一塊新的拼圖。

寒武紀生命大爆發(fā)的未解之謎

對于過去，人類總有一種天生的好奇和敬畏;對于生命，人類也還有很多未知等待探索。

地球上所有的生命形式可以分成7大類：動物、真菌、原生動物、植物、古菌、細菌和病毒。其中，動物是從寒武紀開始集中、大量出現(xiàn)的。

中國科學院南京地質古生物研究所寒武紀大爆發(fā)研究團隊的趙方臣研究員介紹說，在寒武紀早期幾千萬年的時間內，突然出現(xiàn)門類眾多的無脊椎動物。節(jié)肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等一系列與現(xiàn)代動物形態(tài)基本相同的動物在地球上來了個“集體亮相”。隨后，包括脊椎動物在內的幾乎所有動物門類在幾百萬年間快速出現(xiàn)，前寒武寂靜的海洋瞬間變成了熱鬧的動物園。

也就是說，在不到地球歷史1%的時間里，寒武紀生命大爆發(fā)誕生了地球上絕大多數動物門類，奠定了現(xiàn)今動物門類多樣性的框架。

但是，令科學家不解的是，在早期更為古老的地層中，長期以來沒有找到其明顯的祖先化石的現(xiàn)象。同時，寒武紀特異埋藏化石庫的時間和空間分布也不均勻，大多數著名的寒武紀特異埋藏化石庫都集中分布在華南板塊和勞倫大陸。

比如大家比較熟悉的布爾吉斯動物群在北美洲的加拿大發(fā)現(xiàn)，澄江動物群在我國的云南發(fā)現(xiàn)。而2019年在宜昌發(fā)現(xiàn)的清江生物群，與澄江動物群同屬于華南板塊。

這種地理分布的不均衡在寒武紀中期（苗嶺世）表現(xiàn)最為明顯：這一時期幾乎所有的特異埋藏化石庫都位于勞倫大陸，而此時恰恰是寒武紀演化動物群最為繁盛的階段。“因此，這些客觀條件在很大程度上制約了我們對寒武紀演化動物群面貌和格局的全面認識?！壁w方臣說道。

我國是一個化石資源非常豐富的國家。據地質古生物學家調查發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)有大量的寒武紀地層，但長期以來，還沒有發(fā)現(xiàn)類似的軟軀體保存的特異埋藏生物群。理論上，華北板塊不可能錯過寒武紀生命大爆發(fā)，那么，這些化石究竟埋藏在哪里呢？

超35個化石類群現(xiàn)身“臨沂動物群”

近年來，中國科學院南京地質古生物研究所寒武紀大爆發(fā)研究團隊在這一地區(qū)展開了大量野外工作，并選取代表性層位和剖面進行了集中采集，收集到了數千枚精美的化石標本。

本次綜合研究的“臨沂動物群”來自山東省臨沂市西郊的寺口剖面，軟軀體化石集中產出于寒武系張夏組盤車溝段下部的黑色與黃綠色頁巖中。科研人員根據其中的三葉蟲，確定特異埋藏化石庫的時代為距今約5.04億年寒武紀苗嶺世鼓山期的早期，稍微晚于布爾吉斯頁巖生物群。

趙方臣告訴記者，目前，已有超過35個化石類群在“臨沂動物群”中被發(fā)現(xiàn)，豐富了這一時期海洋生物與群落的多樣性面貌。其中組合中多樣性最高的類群是非三葉蟲節(jié)肢動物，又以奇蝦類和莫里森蟲類最為引人注目。除節(jié)肢動物以外，多樣的海綿動物和蠕蟲狀動物也值得進一步深入研究。

“‘臨沂動物群中的化石大部分為軟軀體形式保存，且許多都保存了精細的解剖結構，如附肢、眼睛、消化系統(tǒng)和剛毛等，為我們進一步了解這些生物的解剖結構提供了新信息?！壁w方臣說。

趙方臣表示，軟軀體動物極易分解腐化，很難保存為化石，只有在特定條件下才能形成化石。在華北地區(qū)，過去也有科學家采集了大量寒武紀化石，但都是保存在硬質的碳酸巖中，化石大多為三葉蟲的骨片，而對泥巖的采集鮮有涉足。

經過對軟軀體化石保存條件的深入研究，趙方臣決定對華北地區(qū)細膩的泥巖進行挖掘。經過數年的采集，大量寒武紀軟軀體動物化石重見天日。

科研人員發(fā)現(xiàn)，與其他經典的布爾吉斯頁巖型特異埋藏化石庫一樣，臨沂特異埋藏化石庫中的軟軀體結構以碳膜的形式保存在背景層與事件層交互出現(xiàn)的地層中，證實了類似的埋藏學路徑在軟軀體化石保存中具有普遍性。

華北首次發(fā)現(xiàn)寒武紀特異埋藏化石庫

作為華北板塊第一個被綜合研究的寒武紀特異埋藏化石庫，科學家對“臨沂動物群”寄予厚望。它有望為華北寒武紀特異埋藏化石庫的研究開啟新的篇章。

“在寒武紀時期，地球大陸的板塊與現(xiàn)在大不相同，我國的華北板塊與長江流域的場子地臺、華南地區(qū)的華南褶皺區(qū)還處于分離狀態(tài)。華北板塊是一個獨立塊體，當時臨沂所在的位置，大概位于華南和加拿大中間，是茫茫大洋中的一塊孤島?！壁w方臣說，作為中國傳統(tǒng)“中寒武統(tǒng)”的標準地區(qū)，華北板塊的寒武紀中期地層序列完整，化石豐富，是尋找這一時期特異埋藏化石庫的潛力地區(qū)。

而遠在數千公里之外的華南板塊，澄江生物群代表了寒武紀生命大爆發(fā)的高峰期。在那之后，生命演化呈現(xiàn)什么規(guī)律，與奧陶紀生命大輻射如何銜接？解開這個謎團就需要“中寒武統(tǒng)”的華北板塊“接力”跑下去。

“我們認為生命演化是有連續(xù)性的，華北板塊發(fā)現(xiàn)的‘臨沂動物群正好接上了澄江生物群，可以研究兩者之間的相關性。”趙方臣表示，華北板塊寒武紀特異埋藏化石還有待進一步發(fā)掘研究，有望在更晚的地層中獲得新的發(fā)現(xiàn)，把寒武紀到奧陶紀的生命演化故事講得更完整。

同時，“臨沂動物群”與同期的北美特異埋藏化石庫之間有許多相同的生物類型，其中一些珍稀節(jié)肢動物，如迷音蟲和莫里森蟲，即使在原產地北美也十分少見，這暗示了華北與北美軟軀體動物群在這一時期的密切聯(lián)系。

通過聚類分析、非度量性多維標度變換和網絡分析等定量分析手段，科研人員進一步明確了華北與北美軟軀體動物群之間的聯(lián)系?！斑@表明華北可能充當著東岡瓦納與北美之間的生物地理紐帶。不過，由于來自不同角度的古地理證據尚存在差異，這種聯(lián)系的生物地理解釋還需要進一步的研究評估?！壁w方臣說。