清江生物群:寒武纪时期的化石宝库

清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
这是现代水母的远亲,它的伞状体和触手被保存在了化石中。
摄影:AO SUN
 
撰文:MICHAEL GRESHKO
 
  研究人员偶然在中国的一条河边发现了大量化石遗迹,震惊世界。相关论文发表于3月22日的《科学》杂志。
 
  这个5.18亿年前的遗址名为“清江生物群”,是全世界为数不多的化石保存情况极佳的遗址之一,其中甚至有软体动物。这些特殊的沉积建造被称为“化石库”,包括加拿大著名的布尔吉斯页岩生物群,可以追溯到5.07亿年前,还有中国的澄江生物群,与清江生物群形成于同一时期,但位于较浅的水域。
 
  “一直以来,大部分化石生物群都保存了壳体化石,硬体化石……(但)这些化石生物群带来了解剖学部分,”Joanna Wolfe说道:“这些实在是太棒了。”Wolfe是哈佛大学的古生物学家,也是寒武纪生物方面的专家,没有参与此次研究。“
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
清江生物群甚至保存了这只栉水母的微小细节,包括身体两侧的“栉板”。
摄影:AO SUN
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
这块节肢动物的化石保存了精确的解剖学细节,包括它最大的附体。
摄影:AO SUN
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
这是新发现的节肢动物,化石中保存了内部软组织。
摄影:AO SUN
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
这个生物可能与今天的动吻动物有关。动吻动物是一种微小的海洋无脊椎动物,又被称为泥龙。但今天的泥龙只有几毫米长,这个生物接近2.5厘米。
摄影:AO SUN
 
  到目前为止,研究人员已经从这些遗骸中辩认出101种动物,超过半数是新属种。研究的首席著者、中国西北大学的古生物学家傅东静说:“未来是光明的。清江生物群将是下一个布尔吉斯页岩生物群。”
 
  这一发现极大地扩展了我们对寒武纪早期的认识,那时动物生命大爆发。在短短几千万年时间里,世界各地纷纷涌现出了复杂的海洋生态系统,其中充满了各种生物,它们构成了今天主要动物群的基础。一般认为,很多因素引发了这种前所未有的物种大爆炸,从新的浅海栖息地的出现,到DNA调控的进化;后者使得身体分节成为可能。
 
  洛桑大学的古生物学家、研究寒武纪生物的专家Allison Daley说:“找到半数以上是新属种的遗址很意外,我们觉得这次可以好好研究生物多样性。这非常非常激动人心!”Daley没有参与此次研究。
 
格列佛的(时光)旅行
 
  张兴亮之前是傅东静的博士导师,也是这次的合著者。2007年夏天,二人在中国南方的岩石中寻找化石材料时,发现了这片遗址。夏日炎炎,傅东静和张兴亮沿着河边走时,碰巧看到河岸上有一些有价值的页岩。挖掘后不久,他们立即发现了一块特别的化石:林乔利虫。这是“虾”状节肢动物,在其他寒武纪遗址曾出现过。
 
  经过四次野外考察,傅东静和张兴亮的团队对回到这个生态系统已经轻车熟路了。首先,回到过去很像海底版的《格列佛游记》:你可能是目前为止深海中最大的动物。清江生物群里的动物最长大约能达到15厘米。
 
  漂浮其中,你会看到一场海底大戏。三叶虫会飞速走过海底,从原始海葵身边掠过,而那些海葵则用肉肉的部位牢牢抓住海底。长着分支的海藻和大约20种五颜六色大小各异的海绵,让海底景观显得尤为生动。状似蠕虫的叶足动物凭借粗壮的腿,施施然从海底爬过。
 
  偶尔,一些埋在沉积物里的生物会抬起头,然后退回地下保护巢穴。还有最意想不到的,你会看见这个生态系统里的顶级掠食者:样貌古怪的奇虾,它们的口器就像并排的虾。水母漂浮在水中,如梦似幻;栉水母身姿轻盈,身体两侧的栉板如彩虹般闪闪发光。
 
软躯体,大难题
 
  清江生物群里精致的栉水母或将帮助科学家进一步解开争论多年的进化之谜:这些不同寻常的、至今仍存在的动物最初是如何出现的?
 
  虽然栉水母外形似水母,但二者并没有直接的亲缘关系,可能只有微弱的联系。早期研究表明,海绵是动物系谱中最简单、最古老的分支,后来栉水母从系谱中分离了出来,而这个系谱进化出了水母,最终诞生了人类。
 
  但在过去十年里,DNA分析表明栉水母与系谱的关系,甚至比海绵还要远。如果是这样,这是否意味着栉水母的神经系统的进化独立于水母和人类?获得细节丰富的早期化石对于解决这个争论很有帮助,但它们必须较好地保存栉水母粘滑、幽灵般的外形——这也就是化石库的作用。
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
这张清江生物群的示意图展示了化石是如何保存下来的。5亿多年前,生活在泥泞斜坡顶部附近的生物呼吸着浓度更高的氧气,而较深的水域则缺乏氧气。随着泥浆流下斜坡,混杂其中的动物很快被掩埋,在低氧水域,分解速度变慢了。
绘制:傅东静
 
  在发表于3月22日《当代生物学》的独立论文中,其他古生物学家声称,在已知的寒武纪遗址中,如澄江生物群和布尔吉斯页岩生物群,存在最原始的栉水母化石。如果他们说的没错,那么栉水母可能和所有人想的不一样:这可能是一种固定在海底的花状滤食性动物。
 
  研究合著者、布里斯托尔大学的古生物学家Jakob Vinther说:“看看这些化石,看看它们是如何组合在一起的,这个谜团越来越有意思了。这是一个罕见的发现时刻,只有科学家才能体会到。”
 
保护过去
 
  研究人员认为,在澄江生物群发现的新化石,比如滤食性动物Daihua,具有栉水母的一些特征,包括一排排毛发状的突出物:纤毛。在对比包含了足柄虫(在布尔吉斯页岩生物群重新发现的神秘物种)的新化石时,他们得出了一个惊人的结论:足柄虫和新发现的化石不仅有亲缘关系,它们还是栉水母的共同祖先的近亲。如果是这样的话,栉水母会比之前以为的更接近系谱上的水母分支。
 
清江生物群:寒武纪时期的化石宝库
部分基于触手上的毛发状突起,研究人员认为,新发现的动物Daihua sanqiong是栉水母祖先。
摄影:YANG ZHAO
 
  目前,专家们对于Vinther关于现代栉水母的说法很谨慎。
 
  蒙特利湾水族研究所的生物学家Steven Haddock表示:“我觉得这篇论文很荒诞,就像看见鸭嘴兽有蹼足和喙,就说它一定是鸭子,(尽管事实是)它既不像鸭子那样飞,也不像鸭子那样嘎嘎叫。对于熟悉现代栉水母的人而言,认为它们与(这些)化石有关系简直是异想天开。”
 
  Vinther欢迎这些争论,他补充说,在清江生物群发现的最新的化石宝藏可能会改变一些认知。“每次发现这样的新遗址,我们都像得到了一只潘多拉的盒子。现在仍有很多缺失,很多奇怪的地方。”
 
  对于Vinther和其他古生物学家来说,幸运的是,傅东静的研究团队只触及了表面。“目前,我们只有几千块化石,但澄江生物群和布尔吉斯页岩生物群则有几十万块,”傅东静说。
 
  为了确保清江生物群能和加拿大的布尔吉斯页岩生物群(研究始于20世纪初)一样保持下去,研究人员已经开始采取措施,保护该地区。傅东静说,目前正在与当地政府讨论,像保护澄江生物群那样保护清江生物群。澄江生物群既是中国的自然保护区,也是联合国教科文组织认定的世界遗产地。
 
(译者:Sky4)
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