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中國湖北發現“清江生物群”,打開全新寒武紀生物寶庫

綠洲 Yuki小柒 共同發表于  2019-03-22 12:53

|·?本文來自“我是科學家”·|

距今大約5.4億年前[1],地球上發生了一件史詩級別的生物演化大事件——“寒武紀大爆發”(Cambrian Explosion)。當今動物所在的大部分門類,都在那個時候“唰”地一下冒了出來。

寒武紀生命大爆發的想象圖。圖片來源:shmds

長久以來,展現寒武紀生物風貌的最著名的兩個“化石寶庫”,莫過于自加拿大布爾吉斯頁巖生物群和云南澄江生物群。它們為人們呈現出寒武紀生物輝煌歷史的一個剪影。

拿大布爾吉斯頁巖生物群(左)和云南澄江生物群挖掘現場(右)。圖片來源: Wikimedia Commons(左);參考文獻[2](右)

那么,會不會還有其他的“寶庫”,記錄著“寒武紀大爆發”更多的秘密呢?

別說,還真有!而且,這次的新寶庫坐標點又一次落在了中國。

中國湖北發現全新寒武紀生物寶庫

2007年夏季,西北大學的張興亮教授帶領科學考察團隊,來到湖北宜昌的長陽地區附近進行野外踏勘,尋找可能含有早寒武紀時代生物化石的泥質頁巖。

在剛開始的十多天里,考察團隊一無所獲。直到某天黃昏,他們忽然在河岸邊發現了一些似乎“不同尋常”的泥質頁巖。于是,大家決定晚些回去,勘察下這個地點。

挖掘工作進行了僅僅半小時左右,張興亮教授就發現了第一塊化石——來自寒武紀的林喬利蟲(Leanchoilia)。考察團隊的研究人員們萬分欣喜,立即對這里展開進一步地考察。在接下來的數年中,他們又進行了多次野外勘察,一塊又一塊珍稀的化石標本也相繼被挖掘出來。

研究人員在淡水河岸邊挖掘化石。攝影:傅東靜

研究人員很快意識到,他們很可能打開了一座前所未有的、全新的寒武紀生物寶庫。因為該化石群位于湖北清江與丹江河交匯處,于是就被命名為“清江生物群”(Qingjiang biota)。

這一振奮人心的發現于2019年3月22日,登上了頂級學術期刊《科學》(Science)雜志[3]

卓爾不群的“清江生物群”

經過研究人員的鑒定,清江生物群產出于水井沱組中段地層,形成于5.18億年前的早寒武紀時期[2]。那時的地球,正處在生物門類爆發的極盛時期,這意味著清江動物群很可能出現種類更為豐富、身體構造更特別的生物化石。

事實上,清江生物群也確實沒有令人們失望:

目前,研究人員在清江生物群中一共發現了4351件標本。其中包括了一些極其罕見的動物種類和首次面世的新物種。

研究人員通過鑒定和分類,將這些動物分為109個屬,包括101個后生動物屬和8個藻類屬。新發現的屬種占據了總量的53%,無論是新屬種比例還是物種多樣性比例,都遠超現今發現的其他地點的同類型化石庫。

清江生物群物種不論是在數量上還是在多樣性上都高于其他地點同類型化石庫。圖片來源:參考文獻[3]

超過半數的新種屬,也表明清江生物群與之前發現的生物群有著不同的生態環境,因而產生了一些獨特的全新生物群落。后續的大規模發掘,也將為發現和探索更為奇特的新動物門類提供第一手材料。

清江動物群不僅在數量和種類上超過了之前的化石庫,與此同時,各類化石尤其是軟體類化石的保存的完整情況也令人驚嘆。

比起遭受了變質作用的布爾吉斯頁巖,以及遭受風化作用的澄江生物群,“清江生物群”中的化石的原始狀態得到了更為充分地保留。這種“高保真”的化石群,幾乎刷新了人們對化石保存程度的認知。

清江生物群的“高保真”靚照

目前,研究人員已經在這一地區發現了許多全新的生物種類,讓我們來一睹它們的“芳容”吧!(下列圖片均來自參考文獻[3])

這是一只寒武紀時期的水母,它的體表呈放射狀對稱,外傘面/亞傘面(Eu/Su)、柄 (Ma) 和觸手 (Te) 結構均清晰可見。

這是一只櫛水母,具有雙輻射對稱性。

一種新的脊索動物。

一個漂亮的分枝藻類化石,可以看到鮮明的四分葉狀體。

這是一只云南蟲( Yunnanozoon sp)。

林喬利蟲(Leanchoilia sp)這塊化石展示出非常精細的結構細節,包括大量附肢。

它可能是動吻動物門的一種。

新發現的藻類。

一種新發現的納羅蟲。通過它體側兩邊的刺(Sp)可以與其他種區別開來。

一種新發現的海綿。

是什么成就了“清江生物群”?

欣賞完這些精美的化石,你也許會問,是什么原因讓清江生物群的能夠保存情況如此完好呢?

通常情況下,生物死后軟體會被微生物分解,只剩下堅硬的骨骼和甲殼。想要成為化石,還需要經歷埋藏、成巖等等一系列地質過程,極容易受到改造甚至被徹底破壞。

據推測,清江生物群曾經應該生活在遠離海岸的、較深的水域中,被帶到了風暴難以達到的海面之下。它們在厭氧環境中被快速埋藏,于是避免了外界環境的擾動和其他生物的破壞。

清江生物群生態位、化變層及保存過程復原圖。圖片來源:參考文獻[2]

隨著時間推演,這里形成了一種被稱為布爾吉斯型頁巖(Burgess Shale type, BST)的特殊巖層結構。這種頁巖不但能夠保存具有礦化骨骼的后生動物軟體,那些沒有礦化骨骼的生物也能夠以類似“壓膜”的形式保留下來。

而在后來漫長的地質演變過程中,這里的化石既沒有經歷類似加拿大布爾吉斯頁巖的變質作用,轉變為黏土礦物;也沒有遭遇類似澄江化石經顯著的風化作用,轉變為鐵氧化物。它最大程度地還原了寒武紀生物群的面貌,將精美絕倫的化石呈現在人們眼前。

清江生物群生態模式圖。圖片來源:參考文獻[3]

可以說,清江動物群為我們一睹寒武紀古生物真容,了解它們曾經的生活提供了得天獨厚的條件和難得的契機。這里的挖掘工作仍將繼續,相信在未來,清江動物群一定涌現出更多的奇妙發現,帶我們走近遠古生物曾生活的五彩斑斕的世界,從中體驗更多的驚喜。

感謝傅東靜老師在本文完成過程中提供的幫助。

(編輯:Kamin)

參考文獻:

  1. Maloof,A. C. , Porter, S. M. , Moore, J. L. , Dudas, F. O. , Bowring, S. A. , &Higgins, J. A. , et al. (2010). The earliest cambrian record of animals andocean geochemical change. Geological Society of America Bulletin, 122(11-12),1731-1774.
  2. Zhao F, Caron J B, Bottjer D J, et al. Diversityand species abundance patterns of the early Cambrian (Series 2, Stage 3)Chengjiang Biota from China[J]. Paleobiology, 2013, 40(1): 50-69.
  3. Fu D J, Tong G J, TaoD, et al. The Qingjiang biota- A Burgess Shale-type fossil Lagerstatte from the early Cambrian of South China [J]. Science,2019, 363, 6433:1338-1342.

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綠洲
綠洲 地質學博士,穿梭于城市和山川之間,研究造山帶演化和大陸深俯沖。
Yuki小柒
Yuki小柒 分子營養博士生,果殼網科學編輯

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