探索寒武紀(jì)大爆發(fā)有了“新窗口”！臨沂這座化石庫不簡單！

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所寒武紀(jì)大爆發(fā)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了來自華北地區(qū)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”。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》。

論文作者、南古所研究員趙方臣說：“這一獨(dú)特的特異埋藏化石庫的發(fā)現(xiàn)，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新的窗口?！?/p>

尋找特異埋藏化石庫

距今5.3億年前后發(fā)生的寒武紀(jì)大爆發(fā)是一次前所未有的快速演化事件，包括脊椎動(dòng)物在內(nèi)動(dòng)物在短短幾百萬年時(shí)間內(nèi)快速出現(xiàn)，大多數(shù)動(dòng)物門類的代表在寒武紀(jì)早期短短的2000萬年里都出現(xiàn)在海洋，這在整個(gè)地球生命進(jìn)化史上具有重要的地位。

趙方臣介紹說，寒武紀(jì)大爆發(fā)的相關(guān)問題一直是古生物學(xué)界研究的核心，而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，也稱布爾吉斯頁巖型化石庫，是了解這一重大生物演化事件的主要窗口。

自1909年沃克特發(fā)現(xiàn)著名的布爾吉斯頁巖生物群以來，全球已有20多處寒武紀(jì)特異埋藏化石庫被發(fā)現(xiàn)，尤其是澄江動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)開啟了華南板塊作為相關(guān)研究熱點(diǎn)地區(qū)的歷史，并且近年來新的化石庫仍在不斷涌現(xiàn)。

然而，寒武紀(jì)特異埋藏化石庫的時(shí)間和空間分布并不均勻，大多數(shù)著名的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫都集中分布在華南板塊和勞倫大陸（今北美大陸的主體）。

“這種地理分布的不均衡在寒武紀(jì)中期表現(xiàn)最為明顯，這一時(shí)期大多數(shù)的特異埋藏化石庫位于勞倫大陸，而此時(shí)恰恰是寒武紀(jì)演化動(dòng)物群最為繁盛的階段?！壁w方臣說，“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(shí)?！?/p>

華北板塊在寒武紀(jì)時(shí)期是一個(gè)獨(dú)立的大陸，具有獨(dú)特的構(gòu)造演化歷史。作為中國傳統(tǒng)“中寒武統(tǒng)”的標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，這里的寒武紀(jì)中期地層序列完整，化石豐富，是尋找這一時(shí)期特異埋藏化石庫的潛力地區(qū)。

發(fā)現(xiàn)35個(gè)化石類群

近年來，南古所寒武紀(jì)大爆發(fā)研究團(tuán)隊(duì)在華北地區(qū)展開了大量野外工作，并選取代表性層位和剖面進(jìn)行了集中采集，收集到了數(shù)千枚精美的化石標(biāo)本。

趙方臣介紹，本次研究的臨沂動(dòng)物群來自山東省臨沂市西郊的寺口剖面，軟軀體化石集中產(chǎn)出于寒武系張夏組盤車溝段下部的黑色與黃綠色頁巖中。

通過對三葉蟲化石的研究，科研人員推測特異埋藏化石庫的時(shí)代被確定在距今約5.04億年寒武紀(jì)苗嶺世鼓山期的早期，稍微晚于布爾吉斯頁巖生物群。

“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)，包括至少8個(gè)門類和多種生態(tài)類型，豐富了這一時(shí)期海洋生物與群落的多樣性面貌?！壁w方臣說，組合中多樣性最高的類群是非三葉蟲節(jié)肢動(dòng)物，而其中又以奇蝦類和莫里森蟲類最為引人注目。除節(jié)肢動(dòng)物以外，多樣的海綿動(dòng)物和蠕蟲狀動(dòng)物也是臨沂動(dòng)物化石群的一大特點(diǎn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，臨沂動(dòng)物群中的化石大部分為軟軀體形式保存，許多都保存了精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)，如附肢、眼睛、消化系統(tǒng)和剛毛等，為進(jìn)一步了解這些生物的解剖結(jié)構(gòu)提供了新信息。與其他經(jīng)典的布爾吉斯頁巖型特異埋藏化石庫一樣，臨沂特異埋藏化石庫中的軟軀體結(jié)構(gòu)以碳膜的形式保存在背景層與事件層交互出現(xiàn)的地層中，顯示了類似的埋藏學(xué)路徑在軟軀體化石保存中的普遍性。

由于時(shí)代相近的其他特異埋藏化石庫均集中于勞倫大陸，華北板塊在寒武紀(jì)的古地理位置存在長期爭議，此次臨沂動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)為研究寒武紀(jì)中期的生物地理學(xué)提供了獨(dú)特的視角。

暗示充當(dāng)生物地理紐帶

臨沂動(dòng)物群與同期的北美特異埋藏化石庫之間有許多相同的生物類型，其中一些珍稀節(jié)肢動(dòng)物，如迷音蟲和莫里森蟲。“即使在原產(chǎn)地北美也十分少見，這暗示了華北與北美軟軀體動(dòng)物群在這一時(shí)期的密切聯(lián)系?！壁w方臣說。

為此，寒武紀(jì)大爆發(fā)研究團(tuán)隊(duì)采用聚類分析、非度量性多維標(biāo)度變換和網(wǎng)絡(luò)分析等定量分析手段，支持了華北與北美軟軀體動(dòng)物群之間的聯(lián)系，進(jìn)而表明華北可能充當(dāng)著東岡瓦納與北美之間的生物地理紐帶。

趙方臣還指出，由于來自不同角度的古地理證據(jù)尚存在差異，這種聯(lián)系的生物地理解釋還需要進(jìn)一步的研究評(píng)估。

在比臨沂特異埋藏化石庫更古老的饅頭組上、下頁巖段（苗嶺世烏溜期）中，寒武紀(jì)大爆發(fā)研究團(tuán)隊(duì)也曾發(fā)現(xiàn)保存良好的軟軀體化石。此類化石在華北板塊東部寒武紀(jì)中期地層中的連續(xù)分布，使華北成為研究這一時(shí)期生物面貌演替的重要潛力地區(qū)。

趙方臣表示，如果說澄江動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)揭開了華南板塊一系列寒武紀(jì)特異埋藏化石庫研究的序幕，那么，臨沂動(dòng)物群作為華北板塊第一個(gè)被綜合研究的寒武紀(jì)特異埋藏化石庫，也有望為華北寒武紀(jì)特異埋藏化石庫的研究開啟新的篇章。