2022年06月17日 星期五
在世界各地发现的50多处寒武纪大爆发的化石产地,无一例外都分布在华南板块和劳伦大陆,那么,在其他大陆板块,是否也可以发现寒武纪演化生物群?
临沂动物群:泥岩中惊现寒武纪生命大爆发
□ 冯伟民
临沂生物群复原图 杨定华 绘

    进化杂谈

    近日,中国科学院南京地质古生物研究所赵方丞等科研人员新发现了距今约5.04亿年的“临沂动物群”,这为研究寒武纪大爆发之后,动物早期辐射分异、迁徙扩散、群落结构和生物古地理分布提供了大量依据,是寒武纪生命大爆发研究的一个重要突破。相关成果在国际学术期刊《国家科学评论》发表。

    我国走在寒武纪大爆发研究前沿

    寒武纪生命大爆发是地球生命演化史上里程碑式的事件,现代动物门类的祖先几乎在不到地球百分之一的时间涌现了出来,一举奠定了五亿多年来生物多样性演化的基础。

    自20世纪初在加拿大发现布尔吉斯页岩生物群以来,已在世界各地发现了50多处寒武纪大爆发的化石产地,其中特异埋藏化石库就有16处,但是,这些化石产地无一例外都分布在华南板块和劳伦大陆。因此,这在很大程度上影响了科学家对于寒武纪演化生物群面貌和分布格局的全面认识。

    那么,在华南板块和劳伦大陆以外的其他大陆板块,是否也可以发现寒武纪演化生物群。

    寒武纪时期,地球大陆的板块主要分布在南半球,与现代大陆主要分布在北半球的格局完全不同。那时,我国的华北板块与长江流域的扬子地台和华南地区的褶皱区处于分离状态。但是,作为我国传统“中寒武统”的标准地区,华北板块的寒武纪中期地层序列完整、化石丰富,是寻找该时期特异埋藏化石库的潜在产地。

    近四十年来,我国在华南地区先后发现了澄江生物群、凯里杷榔生物群、清江生物群、范店生物群等,为寒武纪大爆发提供了大量详实证据,使我国走在了寒武纪大爆发研究的前沿。

    在泥岩中发现寒武纪化石是一次新突破

    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。

    临沂动物群的时代是距今约5.04亿年寒武纪苗岭世鼓山期的早期,稍晚于加拿大布尔吉斯页岩生物群。在比临沂特异埋藏化石库时代更古老的馒头组上、下页岩段中,该研究团队也发现有保存良好的软躯体化石。这表明,此类化石在华北板块东部寒武纪中期地层中的连续分布。

    研究团队已采集了临沂动物群数千枚精美的化石标本,并发现了超过35个化石类群,至少8个门类和多种生态类型。其中,多样性最高的类群为非三叶虫节肢动物,最引人注目的是奇虾类和莫里森虫类。此外,多样的海绵动物和蠕虫状动物也让人印象深刻,值得进一步深入研究。显然,临沂动物群极大丰富了这一时期海洋生物与群落的多样性面貌。

    之前,科学家在华北地区也采集过大量寒武纪化石,但是多数都保存在硬质碳酸岩中,化石也大多为三叶虫的骨片,而对泥岩的采集鲜有涉足。此次发现的临沂动物群则是在该地区细腻的泥岩挖掘中发现,无疑是一次新突破。

    与其他经典的布尔吉斯页岩型特异埋藏化石库相类似,临沂动物群大部分软躯体化石多以碳膜形式保存。尤其珍贵的是,软躯体化石多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。

    华北板块与北美板块联系密切

    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。当时华北板块中临沂所在的位置,大概位于华南和加拿大中间,是茫茫大洋中的一块孤岛,而华南板块远在数千公里之外。因此,在华北板块发现临沂动物群,为研究寒武纪中期的生物地理学提供了独特的视角。

    与临沂动物群同期的加拿大布尔杰斯页岩特异埋藏化石群,早在一百年前就已发现,第一次让世人见识了寒武纪丰富多彩的生物面貌。20世纪80年代,随着我国云南东部澄江动物群的发现,寒武纪生命大爆发的研究拉开了帷幕,这比布尔吉斯页岩生物群早1000多万年。

    临沂动物群与同期的北美地区特异埋藏化石库之间有许多相同的生物类型,其中一些珍稀节肢动物,如迷音虫和莫里森虫,这些即使在原产地北美也十分少见,这暗示了华北板块与北美板块软躯体动物群在这一时期存在密切联系。同时,通过聚类分析、非度量性多维标度变换和网络分析等定量分析手段,表明华北可能充当着东冈瓦纳与北美之间的生物地理纽带,尽管这一地理纽带关系还需要更多的研究资料来佐证。

    总之,如果说澄江动物群代表了寒武纪生命大爆发的高峰期,临沂动物群则是延续了寒武纪大爆发的辉煌,展现了生命演化的连续性。同时,也为后来史上最大的奥陶纪生命大辐射起到了承前启后的桥梁作用。

    (作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长)

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