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              热点 前沿 地学

              中国湖北发现“清江生物群?#20445;?#25171;开全新寒武纪生物宝库

              绿洲 Yuki小柒 共同发表于  2019-03-22 12:53

              |·?本文来自“我是科学家”·|

              距今大约5.4亿年前[1],地球上发生了一件史诗级别的生物演化大?#24405;?#23506;武纪大爆发?#20445;–ambrian Explosion)。当今动物所在的大部分门类,都在那个时候“唰”地一下冒了出来。

              寒武纪生命大爆发的想象图。图片来源:shmds

              长久以来,展现寒武纪生物风貌的最著名的两个“化石宝库?#20445;?#33707;过于自加拿大?#32423;?#21513;斯页岩生物群和云南澄江生物群。它们为人们呈现出寒武纪生物辉煌历史的一个剪影。

              拿大?#32423;?#21513;斯页岩生物群(左)和云南澄江生物群挖掘现场(右)。图片来源: Wikimedia Commons(左);参考文献[2](右)

              那么,会不会还有其他的“宝库?#20445;?#35760;录着“寒武纪大爆发”更多的秘密呢?

              别说,还真有!而且,这次的新宝库坐标点又一次落在了中国。

              中国湖北发现全新寒武纪生物宝库

              2007年夏季,西北大学的张兴亮教授带领科学考察团队,来到湖北宜昌的长阳地区附近进行野外踏?#20445;?#23547;找可能含有早寒武纪时代生物化石的泥质页岩。

              在刚开始的十多天里,考察团队一无所获。直到某天黄昏,他们忽然在?#24433;?#36793;发现了一些似乎“不同寻常”的泥质页岩。于是,大家决定晚些回去,勘察下这个地点。

              挖掘工作进行了仅仅半小时左右,张兴亮教授就发现了第一块化石——来自寒武纪的?#26234;?#21033;虫(Leanchoilia)。考察团队的研究人员们万?#20013;?#21916;,立即对这里展开进一步地考察。在接下来的数年中,他们又进行了多次野外勘察,一块又一块珍稀的化石标本也相继?#29004;?#25496;出来。

              研究人员在淡水?#24433;?#36793;挖掘化石。摄影:傅东静

              研究人员很快意识到,他们很可能打开了一座前所未有的、全新的寒武纪生物宝库。因为该化石群位于湖北清江与丹江河交汇处,于是就?#24187;?#21517;为“清江生物群?#20445;≦ingjiang biota)。

              这一振奋人心的发现于2019年3月22日,登上了顶级学术期刊《科学》(Science)?#21448;?sup>[3]。

              卓尔不群的“清江生物群”

              经过研究人员的鉴定,清江生物群产出于水井沱组中段地层,形成于5.18亿年前的早寒武纪时期[2]。那时的地球,正处在生物门类爆发的极盛时期,这意味着清江动物群很可能出现种类更为丰富、身体构造更特别的生物化石。

              事实上,清江生物群也确实没有令人们失望:

              ?#22771;埃?#30740;究人员在清江生物群中一共发现了4351件标本。其中包括了一些极其罕见的动物种类和首次面世的新物种。

              研究人员通过鉴定和分类,将这些动物分为109个属,包括101个后生动物属和8个藻类属。新发现的属种?#23395;?#20102;总量的53%,无论是新属?#30452;?#20363;还是物种多样性比例,都远超现今发现的其他地点的同类型化石库。

              清江生物群物种不论是在数量上还是在多样性上都高于其他地点同类型化石库。图片来源:参考文献[3]

              超过半数的新?#36136;簦?#20063;表明清江生物群与之前发现的生物群有着不同的生态环境,因而产生了一些独特的全新生物群落。后续的大规模发掘,?#27493;?#20026;发现和探索更为奇特的新动物门类提供第一手材?#31232;?/p>

              清江动物群不仅在数量和种类上超过了之前的化石库,与此同?#20445;?#21508;类化石尤其是软体类化石的保存的完整情况也令人惊叹。

              比起遭受了变?#39318;?#29992;的?#32423;?#21513;斯页岩,?#32422;?#36973;受风化作用的澄江生物群,“清江生物群”中的化石的原始状态得到了更为充分地保留。这种“高保真”的化石群,几乎刷新了人们对化石保存程度的?#29616;?/p>

              清江生物群的“高保真”靓照

              ?#22771;埃?#30740;究人员已经在这一地区发现了许多全新的生物种类,让我们来一睹它们的“芳容”吧!(下列图片均来自参考文献[3])

              这是一只寒武纪时期的水母,它的体表?#21490;?#23556;状对称,外伞面/亚伞面(Eu/Su)、柄 (Ma) 和触手 (Te) 结构均清晰可见。

              这是一?#26127;?#27700;母,具有双辐射对称性。

              一?#20013;?#30340;脊索动物。

              一个漂亮的分枝藻类化石,可以看到鲜明的四分叶状体。

              这是一只云南虫( Yunnanozoon sp)。

              ?#26234;?#21033;虫(Leanchoilia sp)这块化石展?#22659;?#38750;常精细的结构?#38468;冢?#21253;括大量附肢。

              它可能是动吻动物门的一种。

              新发现的藻类。

              一?#20013;?#21457;现的纳罗虫。通过它体侧两边的刺(Sp)可以与其他?#26234;?#21035;开来。

              一?#20013;?#21457;现的海绵。

              是什么成就了“清江生物群?#20445;?/h2>

              欣赏完这些精美的化石,你也许会问,是什么原因让清江生物群的能够保存情况如此完好呢?

              通常情况下,生物死后软体会被微生物分解,只剩?#24405;?#30828;的骨骼?#22270;?#22771;。想要成为化石,还需要经历埋藏、成岩等等一系列地质过程,极容易受到改造甚至被彻底破坏。

              据推测,清江生物群曾经应该生活在远离海岸的、较深的水域中,被带到了风暴?#23721;源?#21040;的海面之下。它们在厌氧环境中被快速埋藏,于是避免了外界环境的扰动和其他生物的破坏。

              清江生物群生态位、化变层及保存过程复原图。图片来源:参考文献[2]

              随着时间推演,这里形成了一?#30452;?#31216;为?#32423;?#21513;斯型页岩(Burgess Shale type, BST)的特殊岩层结构。这种页岩不但能够保存具有矿化骨骼的后生动物软体,那些没有矿化骨骼的生物也能够以类似“压膜”的?#38382;?#20445;留下来。

              而在后来漫长的地质演变过程中,这里的化石既没有经历类似加拿大?#32423;?#21513;斯页岩的变?#39318;?#29992;,转变为黏?#37327;?#29289;;也没有遭遇类似澄江化石经显著的风化作用,转变为铁氧化物。它最大程度地还原了寒武纪生物群的面貌,将精美绝伦的化石呈现在人们眼前。

              清江生物群生态模式图。图片来源:参考文献[3]

              可以说,清江动物群为我们一睹寒武纪古生物真容,了解它们曾经的生活提供了得天独厚的条件和难得的契机。这里的挖掘工作仍将继续,相信在未来,清江动物群一定涌现出更多的奇妙发现,带我们走近远古生物曾生活的五彩斑斓的世界,从中体验更多的惊喜。

              ?#34892;?#20613;东静?#40092;?#22312;本文完成过程中提供的帮助。

              (编辑:Kamin)

              参考文献:

              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.

              作者名片

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              全?#31185;?#35770;(3)

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              绿洲 地质学博士,穿梭于城市和山川之间,研究造山带演化和大陆深俯冲。
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              Yuki小柒 分子营养博士生,果壳网科学编辑

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