寒武纪大爆发(寒武纪生命大爆发的依据)

■记者沈春雷

4月15日，《中国科学报》从中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南京古生物所)获悉，该所寒武纪大爆发研究团队在华北地区发现了一个距今约5.04亿年的寒武纪特殊埋藏化石库，并将其命名为临沂动物群。相关研究成果近日在线发表在《国家科学评论》上。

“这一独特的特殊埋藏化石库的发现，为更深入地了解寒武纪大爆发后动物的早期辐射分化、迁移扩散、群落结构和生物地理提供了新的窗口。”这篇论文的作者，南古研究所的研究员赵告诉《中国科学杂志》。

寻找一个特殊的埋藏化石库

大约发生在5.3亿年前的寒武纪大爆发是一次史无前例的快速演化事件。包括脊椎动物在内的动物在短短几百万年内迅速出现，大部分动物类别的代表在寒武纪的2000万年早期出现在海洋中。这个阶段在地球生命的整个进化史中扮演着重要的角色。

赵告诉《中国科学报》记者，寒武纪大爆发相关问题一直是古生物研究的核心，富含多种软体化石的寒武纪特殊埋藏化石库(又称伯吉斯页岩化石库)是了解这一重要生物演化事件的主要窗口。

自1909年在Vocht发现著名的Burgess shale生物群以来，在世界各地发现了20多个寒武纪化石库，特别是澄江动物群的发现，开启了华南板块作为研究热点地区的历史。近年来，新的化石银行仍在不断涌现。

但寒武纪特殊埋藏化石库的时间和空分布不均匀，著名的寒武纪特殊埋藏化石库大多集中在华南板块和劳伦大陆(现在北美大陆的主体)。

“这种地理分布的不平衡性在中寒武世(苗岭)最为明显，这期间大部分特别埋藏的化石库位于劳伦大陆，这是寒武纪进化动物群最繁盛的阶段。”赵说，“这些客观条件很大程度上制约了我们对寒武纪进化动物群特征和模式的全面认识。”

华北板块在寒武纪是一个独立的大陆，具有独特的构造演化史。作为中国传统“中寒武世”的标准区，这里的中寒武世地层层序完整，化石丰富，是寻找该时期特殊化石库的潜力区。

发现了超过35组化石。

近年来，南古所寒武纪大爆发研究团队在华北地区开展了大量的野外工作，选取了具有代表性的层位和剖面进行集中采集，收集到了上千件精美的化石标本。

赵介绍，本次研究的临沂动物群来自山东省临沂市西郊寺口剖面，软体化石集中在寒武系张夏组张集沟剖面下部的黑色和黄绿色页岩中。

通过对三叶虫化石的研究，研究人员推测特殊埋藏化石库的时代为寒武纪苗岭孤山早期，距今约5.04亿年，略晚于伯吉斯页岩生物群。

“目前，在临沂动物群中已发现超过35个化石群，包括至少8个大类和各种生态类型，丰富了这一时期海洋生物和群落的多样性。”赵告诉《中国科学报》记者，组合中多样性最高的类群是非三叶虫类节肢动物，其中以虾类和莫里森科最为引人注目。除了节肢动物，各种海绵和蠕虫也是临沂动物群的一大特色。

研究人员发现，临沂动物群中的大多数化石都是以软体的形式保存下来的，其中许多化石保存了精细的解剖结构，如附肢、眼睛、消化系统和刚毛等，为进一步了解这些生物的解剖结构提供了新的信息。与其他经典的布尔吉斯页岩型特殊埋藏化石库一样，临沂特殊埋藏化石库中的软体构造以碳膜的形式保存在背景层和事件层交替出现的地层中，显示了相似埋藏路径在软体化石保存中的普遍性。

由于其他类似时代的特殊埋藏化石库都集中在劳伦大陆，华北板块在寒武纪的古地理位置长期存在争议。临沂动物群的发现为中寒武世生物地理学研究提供了独特的视角。

这表明中国北方可能是一个生物地理学的纽带。

临沂动物群与同时期的北美特殊埋藏化石库有许多相同的生物类型，包括一些稀有的节肢动物，如霉头虫和莫里逊虫。“即使在北美，它的起源也是非常罕见的，这表明了这一时期华北和北美软体动物之间的密切关系。”赵对说道。

因此，寒武纪大爆发研究团队采用了聚类分析、非公制多维尺度转换、网络分析等定量分析方法，支持华北与北美软体动物区系之间的联系，从而表明华北可能充当了东冈瓦纳与北美之间的生物地理纽带。

赵还指出，这种联系的生物地理学解释还需要进一步研究和评价，因为从不同角度得到的古地理证据还存在差异。

在比临猗特埋藏化石库更古老的馒头组(庙岭刘世武期)上下页岩段，寒武纪大爆发研究小组还发现了保存完好的软体化石。这类化石在华北板块东部中寒武世地层中的连续分布，使华北成为研究这一时期生物特征演替的重要潜在地区。

赵说，如果说澄江动物群的发现拉开了华南板块一系列寒武纪特异埋藏化石库研究的序幕，那么临猗动物群作为华北板块第一个全面研究的寒武纪特异埋藏化石库，也有望为华北地区寒武纪特异埋藏化石库研究开启新的篇章。

来源:中国科学杂志