距今5.3億年前后，地球上“同時(shí)”、“突然”出現(xiàn)了門類眾多的復(fù)雜動(dòng)物，史稱“寒武紀(jì)大爆發(fā)”（Cambrian explosion）。這次快速演化事件使得寒武紀(jì)這一地質(zhì)時(shí)期廣為人知，同時(shí)也開啟了古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案。自達(dá)爾文以來，一代代科學(xué)家都在致力于揭開寒武紀(jì)大爆發(fā)的神秘面紗。
近日，我國科研人員綜合研究了華北地區(qū)的一處距今約5.04億年的寒武紀(jì)化石動(dòng)物群，給上述謎題添加了重要的破解線索。
在今天，寒武紀(jì)海洋中豐富多彩的動(dòng)物門類和生態(tài)類型已給大家留下了深刻的印象。
不過，寒武紀(jì)海洋在人們心中的面貌并非一直如此。雖然學(xué)者們在十九世紀(jì)末已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些無硬殼的寒武紀(jì)動(dòng)物化石，但比較而言，一百年前的科學(xué)家們了解寒武紀(jì)生物演化的途徑主要仍是最容易保存為化石的三葉蟲、腕足等生物的礦化外殼。
在這些形形色色的礦化外骨骼化石中，數(shù)量最多的當(dāng)屬三葉蟲，因此在1909年之前，寒武紀(jì)可謂是名副其實(shí)的“三葉蟲時(shí)代”。
大部分現(xiàn)代門一級動(dòng)物類群在寒武紀(jì)的出現(xiàn)是寒武紀(jì)大爆發(fā)的重要特點(diǎn) 圖片來源：朱茂炎等
雖然多門類骨骼化石在寒武紀(jì)早期的大量出現(xiàn)已經(jīng)證明了生物演化面貌的重大轉(zhuǎn)變，然而骨骼化石并非完整的動(dòng)物身體，無法提供動(dòng)物的完整解剖信息。同時(shí)，在海洋生物中比例極大的沒有或僅有微弱礦化外殼的軟軀體動(dòng)物，也被完全排除在正?；涗浿?。這說明“三葉蟲時(shí)代”只是化石埋藏的假象，如果我們想要進(jìn)一步窺見寒武紀(jì)海洋的真正多樣性、探索寒武紀(jì)動(dòng)物與現(xiàn)代動(dòng)物的親緣關(guān)系、了解寒武紀(jì)的生態(tài)結(jié)構(gòu)，就必須窺見寒武紀(jì)那些不易保存為化石的動(dòng)物軟軀體。
美國著名古生物學(xué)家沃克特（Walcott）是首位獲得這一機(jī)會(huì)的人。1909年，他在加拿大落基山深處的發(fā)現(xiàn)了一些保存極其精美的化石，這些來自布爾吉斯頁巖（Burgess Shale）的軟軀體節(jié)肢動(dòng)物成為了沃克特其后14年的標(biāo)本采集工作的開端，也開啟了全面認(rèn)識寒武紀(jì)時(shí)的海洋生物演化面貌的第一步。從此，富含精美的多門類軟軀體化石的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫成為了了解寒武紀(jì)大爆發(fā)一重大生物演化事件的主要窗口，并為全面探索大爆發(fā)的規(guī)模和內(nèi)涵貢獻(xiàn)了主要的化石證據(jù)。
在傳統(tǒng)骨骼化石記錄（下圖）的基礎(chǔ)上，布爾吉斯頁巖型化石庫全面地揭示了寒武紀(jì)海洋生物地演化面貌（上圖） 圖片來源：皇家安大略博物館的布爾吉斯頁巖網(wǎng)站https://burgess-shale.rom.on.ca
更加幸運(yùn)的是，布爾吉斯頁巖并不是全球唯一能夠提供這種重要信息的產(chǎn)地。1979年，澳大利亞學(xué)者報(bào)道了來自澳大利亞南部鴯鹋灣寒武紀(jì)早期地層中的數(shù)種軟軀體化石；1987年，一些發(fā)現(xiàn)自格陵蘭西里斯帕斯特荒原上的軟軀體化石也被報(bào)道了出來；在這一時(shí)期，美國西部大盆地的軟軀體化石也在不斷被發(fā)掘。
科學(xué)界認(rèn)識到精美的寒武紀(jì)軟軀體化石并不是布爾吉斯頁巖的專利，而是在全球不同地區(qū)、不同層位中都有可能存在的。迄今為止，全球已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了十余處經(jīng)典的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫，不過這其中最重要的還是當(dāng)屬1984年在我國發(fā)現(xiàn)的澄江動(dòng)物群。自首次發(fā)表開始，這些來自云南寒武紀(jì)早期地層中的精美化石就不斷刷新著人們對寒武紀(jì)生命的認(rèn)識，也使得澄江動(dòng)物群成為布爾吉斯頁巖之外的另一處寒武紀(jì)大爆發(fā)研究的核心。
澄江動(dòng)物群的研究也開啟了其所在的華南板塊（South China Block）作為相關(guān)研究熱點(diǎn)地區(qū)的歷史，從八十年代的凱里生物群，到本世紀(jì)初的關(guān)山生物群，再到近年來的清江生物群，華南板塊的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫已如雨后春筍一樣層出不窮。
不過，寒武紀(jì)特異埋藏化石庫的時(shí)空分布并不均勻，大多數(shù)著名的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫都集中分布在上面提到的華南板塊和勞倫大陸（Laurentia，布爾吉斯頁巖所在的今北美大陸的主體）。這種地理分布的不均衡在寒武紀(jì)中期（既苗嶺世Miaolingian，距今5.09-4.97億年）表現(xiàn)最為明顯：這一時(shí)期幾乎所有的特異埋藏化石庫都位于勞倫大陸，而此時(shí)恰恰是寒武紀(jì)演化動(dòng)物群最為繁盛的階段。
因此，這些客觀條件在很大程度上制約了我們對寒武紀(jì)演化動(dòng)物群面貌和格局的全面認(rèn)識，使得尋找勞倫大陸之外的寒武紀(jì)中期特異埋藏化石庫變得非常重要。
我國的華北板塊（North China Block）在寒武紀(jì)時(shí)是一處四面環(huán)海的獨(dú)立塊體，具有不同于華南板塊的獨(dú)特歷史。這里的寒武紀(jì)中期地層序列完整、化石豐富，前人已在此處的寒武紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)過軟軀體化石的蛛絲馬跡。那么，華北板塊會(huì)不會(huì)有大家感興趣的寒武紀(jì)中期特異埋藏化石庫呢？
近日，來自中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的研究人員對這一問題給予了肯定的回答，他們系統(tǒng)性地研究了來自華北地區(qū)的一處距今約5.04億年的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫，并命名為“臨沂動(dòng)物群”（Linyi Lagerst?tte）。這處新發(fā)現(xiàn)面貌豐富，化石保存精細(xì)，地理位置獨(dú)特，為深入了解寒武紀(jì)大爆發(fā)之后動(dòng)物早期輻射分異、遷徙擴(kuò)散、群落結(jié)構(gòu)和生物古地理提供了一個(gè)新的窗口。
全球16個(gè)主要的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫的時(shí)空分布和多樣性，及臨沂動(dòng)物群在其中的位置。圖中的NC和SC分別代表華北和華南板塊，La代表北美的勞倫板塊 圖片來源：Sun et al. 2022
臨沂動(dòng)物群的軟軀體化石集中產(chǎn)出山東省臨沂市西郊的寺口剖面，時(shí)代稍微晚于布爾吉斯頁巖生物群。經(jīng)過初步采集，目前已有超過35個(gè)化石類群在臨沂動(dòng)物群中被發(fā)現(xiàn)，其中多樣性最高的類群是以奇蝦類（radiodonts）和莫里森蟲類（mollisoniids）為代表的非三葉蟲節(jié)肢動(dòng)物。
臨沂動(dòng)物群中的代表性類群：A. 刺迷音蟲；B. 對稱莫里森蟲；C. 群體的對角海綿；D. 唐氏迷音蟲；E. 線紋心蝦的口器；F, 標(biāo)準(zhǔn)長清蟲；G, 未定的蠕蟲狀動(dòng)物；H. 線紋心蝦的前附肢；I. 抱怪蟲類的前附肢。比例尺：F為1mm，B、E、G為2mm，C為10mm，其余為5mm 圖片來源：Sun et al. 2022
莫里森蟲類的迷音蟲（Thelxiope）在臨沂的發(fā)現(xiàn)尤其引人注目，此屬外形獨(dú)特，身上往往長著一根長矛般的大長刺，其中最特殊的類型當(dāng)屬刺迷音蟲（Thelxiope spinosa），其頭部向前伸展的大刺甚至超過了身長；這樣的獨(dú)特動(dòng)物自然不會(huì)輕易出現(xiàn)，自發(fā)現(xiàn)至今，寒武紀(jì)的迷音蟲僅在原產(chǎn)地北美的少數(shù)幾個(gè)產(chǎn)地被發(fā)現(xiàn)，標(biāo)本數(shù)量更是屈指可數(shù)。令人吃驚的是，一直以來行蹤莫測的迷音蟲竟然現(xiàn)身在了臨沂動(dòng)物群中，而且還出現(xiàn)了兩個(gè)種。
像迷音蟲這樣原產(chǎn)于同期北美特異埋藏化石庫中的珍稀生物在臨沂的現(xiàn)身，也暗示著華北與北美的軟軀體動(dòng)物群在這一時(shí)期的密切聯(lián)系。進(jìn)一步的分析手段也支持華北可能充當(dāng)著當(dāng)時(shí)東岡瓦納地區(qū)與北美之間的生物地理紐帶。
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