寒武纪大爆发研究打开新窗口

临沂动物群生态复原图   杨定华绘，赵方臣指导

■本报记者 沈春蕾

4月15日，《中国科学报》从中科院南京地质古生物研究所（以下简称南古所）获悉，该所寒武纪大爆发研究团队发现了华北地区一处距今约5.04亿年的寒武纪特异埋藏化石库，并将其命名为“临沂动物群”。相关研究成果近日在线发表于《国家科学评论》。

“这一独特的特异埋藏化石库的发现，为深入了解寒武纪大爆发之后的动物早期辐射分异、迁徙扩散、群落结构和生物古地理提供了新窗口。”论文作者、南古所研究员赵方臣告诉《中国科学报》。

寻找特异埋藏化石库

距今5.3亿年前后发生的寒武纪大爆发是一次前所未有的快速演化事件，包括脊椎动物在内的动物在短短几百万年时间内快速出现，大多数动物门类的代表在寒武纪早期的2000万年里都出现在了海洋。这一阶段在整个地球生命进化史上具有重要地位。

赵方臣向《中国科学报》介绍，寒武纪大爆发的相关问题一直是古生物学界研究的核心，而富含多门类软躯体化石的寒武纪特异埋藏化石库（又称布尔吉斯页岩型化石库），是了解这一重大生物演化事件的主要窗口。

自1909年沃克特发现著名的布尔吉斯页岩生物群以来，全球已有20多处寒武纪特异埋藏化石库被发现，尤其是澄江动物群的发现开启了华南板块作为相关研究热点地区的历史。近年来新的化石库仍在不断涌现。

然而，寒武纪特异埋藏化石库的时间和空间分布并不均匀，大多数著名的寒武纪特异埋藏化石库都集中分布在华南板块和劳伦大陆（今北美大陆的主体）。

“这种地理分布的不均衡在寒武纪中期（苗岭世）表现最为明显，这一时期大多数的特异埋藏化石库位于劳伦大陆，而此时恰恰是寒武纪演化动物群最为繁盛的阶段。”赵方臣说，“这些客观条件在很大程度上制约了我们对寒武纪演化动物群面貌和格局的全面认识。”

华北板块在寒武纪时期是一个独立的大陆，具有独特的构造演化历史。作为中国传统“中寒武统”的标准地区，这里的寒武纪中期地层序列完整、化石丰富，是寻找这一时期特异埋藏化石库的潜力地区。

发现逾35个化石类群

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野外工作，并选取代表性层位和剖面进行了集中采集，收集到了数千枚精美的化石标本。

赵方臣介绍，本次研究的临沂动物群来自山东省临沂市西郊的寺口剖面，软躯体化石集中产出于寒武系张夏组盘车沟段下部的黑色与黄绿色页岩中。

通过对三叶虫化石的研究，科研人员推测特异埋藏化石库的时代是距今约5.04亿年寒武纪苗岭世鼓山期的早期，稍微晚于布尔吉斯页岩生物群。

“目前，已有超过35个化石类群在临沂动物群中被发现，包括至少8个门类和多种生态类型，丰富了这一时期海洋生物与群落的多样性面貌。”赵方臣告诉《中国科学报》，组合中多样性最高的类群是非三叶虫节肢动物，而其中又以奇虾类和莫里森虫类最为引人注目。除节肢动物以外，多样的海绵动物和蠕虫状动物也是临沂动物化石群的一大特点。

研究人员发现，临沂动物群中的化石大部分以软躯体形式保存，许多都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信息。与其他经典的布尔吉斯页岩型特异埋藏化石库一样，临沂特异埋藏化石库中的软躯体结构以碳膜的形式保存在背景层与事件层交互出现的地层中，显示了类似的埋藏学路径在软躯体化石保存中的普遍性。

由于时代相近的其他特异埋藏化石库均集中于劳伦大陆，华北板块在寒武纪的古地理位置长期存在争议，此次临沂动物群的发现为寒武纪中期的生物地理学研究提供了独特视角。

暗示华北可能充当生物地理纽带

临沂动物群与同期的北美特异埋藏化石库有许多相同的生物类型，其中包括一些珍稀节肢动物，如迷音虫和莫里森虫。“即使在其原产地北美也十分少见，这暗示了华北与北美软躯体动物群在这一时期的密切联系。”赵方臣说。

为此，寒武纪大爆发研究团队采用聚类分析、非度量性多维标度变换和网络分析等定量分析手段，支持了华北与北美软躯体动物群之间的联系，进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。

赵方臣还指出，由于来自不同角度的古地理证据尚存在差异，这种联系的生物地理解释还需要进一步研究评估。

在比临沂特异埋藏化石库更古老的馒头组上、下页岩段（苗岭世乌溜期）中，寒武纪大爆发研究团队也曾发现保存良好的软躯体化石。此类化石在华北板块东部寒武纪中期地层中的连续分布，使华北成为研究这一时期生物面貌演替的重要潜力地区。

赵方臣表示，如果说澄江动物群的发现揭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，临沂动物群作为华北板块第一个被综合研究的寒武纪特异埋藏化石库，也有望为华北寒武纪特异埋藏化石库的研究开启新篇章。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac069

《中国科学报》 (2022-04-19 第1版要闻)