[科普中國(guó)]-中國(guó)湖北發(fā)現(xiàn)“清江生物群”，打開(kāi)全新寒武紀(jì)生物寶庫(kù)！

作者： 綠洲、Yuki

編輯：Kamin

距今大約5.4億年前 [1] ，地球上發(fā)生了一件史詩(shī)級(jí)別的生物演化大事件——“ 寒武紀(jì)大爆發(fā) ”（Cambrian Explosion）。當(dāng)今動(dòng)物所在的大部分門(mén)類(lèi)，都在那個(gè)時(shí)候“唰”地一下冒了出來(lái)。

(寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的想象圖。圖片來(lái)源：shmds)

長(zhǎng)久以來(lái)，展現(xiàn)寒武紀(jì)生物風(fēng)貌的最著名的兩個(gè)“化石寶庫(kù)”，莫過(guò)于自加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群和云南澄江生物群。它們?yōu)槿藗兂尸F(xiàn)出寒武紀(jì)生物輝煌歷史的一個(gè)剪影。

(加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群（左）和云南澄江生物群挖掘現(xiàn)場(chǎng)（右）。圖片來(lái)源： Wikimedia Commons（左）；參考文獻(xiàn)[2]（右）)

那么，會(huì)不會(huì)還有其他的“寶庫(kù)”，記錄著“寒武紀(jì)大爆發(fā)”更多的秘密呢？

別說(shuō)，還真有！而且，這次的新寶庫(kù)坐標(biāo)點(diǎn)又一次落在了中國(guó)。

01 中國(guó)湖北發(fā)現(xiàn)全新寒武紀(jì)生物寶庫(kù)

2007年夏季，西北大學(xué)的張興亮教授帶領(lǐng)科學(xué)考察團(tuán)隊(duì)，來(lái)到湖北宜昌的長(zhǎng)陽(yáng)地區(qū)附近進(jìn)行野外踏勘，尋找可能含有早寒武紀(jì)時(shí)代生物化石的泥質(zhì)頁(yè)巖。

在剛開(kāi)始的十多天里，考察團(tuán)隊(duì)一無(wú)所獲。直到某天黃昏，他們忽然在河岸邊發(fā)現(xiàn)了一些似乎“不同尋常”的泥質(zhì)頁(yè)巖。于是，大家決定晚些回去，勘察下這個(gè)地點(diǎn)。

挖掘工作進(jìn)行了僅僅半小時(shí)左右， 張興亮教授就發(fā)現(xiàn)了第一塊化石——來(lái)自寒武紀(jì)的林喬利蟲(chóng)（ Leanchoilia ）。考察團(tuán)隊(duì)的研究人員們?nèi)f分欣喜，立即對(duì)這里展開(kāi)進(jìn)一步地考察。在接下來(lái)的數(shù)年中，他們又進(jìn)行了多次野外勘察，一塊又一塊珍稀的化石標(biāo)本也相繼被挖掘出來(lái)。

(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(shí)到，他們很可能打開(kāi)了一座前所未有的、全新的寒武紀(jì)生物寶庫(kù)。因?yàn)樵摶何挥诤鼻褰c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(fā)現(xiàn)于2019年3月22日，登上了頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）雜志 [3] 。

02 卓爾不群的“清江生物群”

經(jīng)過(guò)研究人員的鑒定， 清江生物群產(chǎn)出于水井沱組中段地層，形成于5.18億年前的早寒武紀(jì)時(shí)期 [2] 。那時(shí)的地球，正處在生物門(mén)類(lèi)爆發(fā)的極盛時(shí)期，這意味著清江動(dòng)物群很可能出現(xiàn)種類(lèi)更為豐富、身體構(gòu)造更特別的生物化石。

事實(shí)上，清江生物群也確實(shí)沒(méi)有令人們失望：

目前，研究人員在清江生物群中一共發(fā)現(xiàn)了4351件標(biāo)本。其中包括了一些極其罕見(jiàn)的動(dòng)物種類(lèi)和首次面世的新物種。

研究人員通過(guò)鑒定和分類(lèi)，將這些動(dòng)物分為109個(gè)屬，包括101個(gè)后生動(dòng)物屬和8個(gè)藻類(lèi)屬。新發(fā)現(xiàn)的屬種占據(jù)了總量的53%， 無(wú)論是新屬種比例還是物種多樣性比例，都遠(yuǎn)超現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的其他地點(diǎn)的同類(lèi)型化石庫(kù) 。

（清江生物群物種不論是在數(shù)量上還是在多樣性上都高于其他地點(diǎn)同類(lèi)型化石庫(kù)。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3]）

超過(guò)半數(shù)的新種屬，也表明清江生物群與之前發(fā)現(xiàn)的生物群有著不同的生態(tài)環(huán)境，因而產(chǎn)生了一些獨(dú)特的全新生物群落。后續(xù)的大規(guī)模發(fā)掘，也將為發(fā)現(xiàn)和探索更為奇特的新動(dòng)物門(mén)類(lèi)提供第一手材料。

清江動(dòng)物群不僅 在數(shù)量和種類(lèi)上超過(guò) 了之前的化石庫(kù)，與此同時(shí)，各類(lèi)化石尤其是軟體類(lèi)化石的保存的完整情況也令人驚嘆。

比起遭受了變質(zhì)作用的布爾吉斯頁(yè)巖，以及遭受風(fēng)化作用的澄江生物群，“清江生物群”中的化石的原始狀態(tài)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(duì)化石保存程度的認(rèn)知。

03 清江生物群的 “高保真”靚照

目前，研究人員已經(jīng)在這一地區(qū)發(fā)現(xiàn)了許多全新的生物種類(lèi)，讓我們來(lái)一睹它們的“芳容”吧?。ㄏ铝袌D片均來(lái)自參考文獻(xiàn)[3]）

（這是一只寒武紀(jì)時(shí)期的水母，它的體表呈放射狀對(duì)稱(chēng)，外傘面/亞傘面(Eu/Su)、柄 (Ma) 和觸手 (Te) 結(jié)構(gòu)均清晰可見(jiàn)。）

（這是一只櫛水母，具有雙輻射對(duì)稱(chēng)性。）

（一種新的脊索動(dòng)物。）

（一個(gè)漂亮的分枝藻類(lèi)化石，可以看到鮮明的四分葉狀體。）

（這是一只云南蟲(chóng)（ Yunnanozoon sp ）。）

（林喬利蟲(chóng)（ Leanchoilia sp ）這塊化石展示出非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，包括大量附肢。）

（它可能是動(dòng)吻動(dòng)物門(mén)的一種。）

（新發(fā)現(xiàn)的藻類(lèi)。）

（一種新發(fā)現(xiàn)的納羅蟲(chóng)。通過(guò)它體側(cè)兩邊的刺（Sp）可以與其他種區(qū)別開(kāi)來(lái)。）

（一種新發(fā)現(xiàn)的海綿。）

04 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(huì)問(wèn)，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(huì)被微生物分解，只剩下堅(jiān)硬的骨骼和甲殼。想要成為化石，還需要經(jīng)歷埋藏、成巖等等一系列地質(zhì)過(guò)程，極容易受到改造甚至被徹底破壞。

據(jù)推測(cè)， 清江生物群曾經(jīng)應(yīng)該生活在遠(yuǎn)離海岸的、較深的水域中，被帶到了風(fēng)暴難以達(dá)到的海面之下。它們?cè)趨捬醐h(huán)境中被快速埋藏 ，于是避免了外界環(huán)境的擾動(dòng)和其他生物的破壞。

（清江生物群生態(tài)位、化變層及保存過(guò)程復(fù)原圖。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3])

隨著時(shí)間推演，這里形成了一種被稱(chēng)為 布爾吉斯型頁(yè)巖 （Burgess Shale type, BST）的特殊巖層結(jié)構(gòu)。這種頁(yè)巖不但能夠保存具有礦化骨骼的后生動(dòng)物軟體，那些沒(méi)有礦化骨骼的生物也能夠以類(lèi)似“壓膜”的形式保留下來(lái)。

而在后來(lái)漫長(zhǎng)的地質(zhì)演變過(guò)程中，這里的化石既沒(méi)有經(jīng)歷類(lèi)似加拿大布爾吉斯頁(yè)巖的變質(zhì)作用，轉(zhuǎn)變?yōu)轲ね恋V物；也沒(méi)有遭遇類(lèi)似澄江化石經(jīng)顯著的風(fēng)化作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F氧化物。它最大程度地還原了寒武紀(jì)生物群的面貌，將精美絕倫的化石呈現(xiàn)在人們眼前。

(清江生物群生態(tài)模式圖。圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[3])

可以說(shuō)，清江動(dòng)物群為我們一睹寒武紀(jì)古生物真容，了解它們?cè)?jīng)的生活提供了得天獨(dú)厚的條件和難得的契機(jī)。這里的挖掘工作仍將繼續(xù)，相信在未來(lái)，清江動(dòng)物群一定涌現(xiàn)出更多的奇妙發(fā)現(xiàn)，帶我們走近遠(yuǎn)古生物曾生活的五彩斑斕的世界，從中體驗(yàn)更多的驚喜。

感謝傅東靜老師在本文完成過(guò)程中提供的幫助。

排版：小爽

題圖來(lái)源： 參考文獻(xiàn)[3]

參考文獻(xiàn)：

[1] 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 Lagersta tte from the early Cambrian of South China [J]. Science,2019, 363, 6433:1338-1342.