近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，在英國(guó)威爾士中奧陶世地層中發(fā)現(xiàn)一個(gè)保存有大量精美軟軀體化石的特異埋藏化石庫(kù)。該生物群已發(fā)現(xiàn)有170多種生物，其中海綿動(dòng)物最為豐富，約40種。這項(xiàng)研究揭示了4.62億年前奧陶紀(jì)海洋生物多樣性和生態(tài)面貌，相關(guān)成果于2023年5月1日發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》子刊《自然-生態(tài)與進(jìn)化》。

△城堡灘生物群群落重建圖（楊定華繪制）

(資料圖片)

“特異埋藏化石庫(kù)”保存大量軟軀體化石

化石是研究地球歷史、生物演化重要的直接證據(jù)，特別是保存有軟軀體的生物類(lèi)群，為了解早期生物的形態(tài)和生態(tài)群落特征，提供了寶貴的窗口，這類(lèi)型生物群被稱(chēng)為“特異埋藏化石庫(kù)”。

△城堡灘生物群中未知軟軀體生物

此次，由南京古生物所外籍科學(xué)家JosephP.Botting、副研究員馬俊業(yè)與研究員張?jiān)獎(jiǎng)拥冉M織的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的“布爾吉斯頁(yè)巖型”特異埋藏化石庫(kù)——城堡灘生物群，位于英國(guó)威爾士中部城堡灘采石場(chǎng)。

“布爾吉斯頁(yè)巖型”對(duì)普通人來(lái)說(shuō)，可能是一個(gè)略顯陌生的名詞，但在古生物學(xué)界可是大名鼎鼎。這類(lèi)化石庫(kù)最早于1909年發(fā)現(xiàn)于加拿西南部的寒武紀(jì)中期布爾吉斯頁(yè)巖中，并因此得名。這類(lèi)巖層保存下的化石庫(kù)，不僅可以保存動(dòng)物骨骼，還能保存下軟體形態(tài)的組織、器官。對(duì)于研究遠(yuǎn)古軟軀體生物的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，“布爾吉斯頁(yè)巖型”意味著更高的價(jià)值。但保存完好的“布爾吉斯頁(yè)巖型”化石庫(kù)通常限于寒武紀(jì)，而在年代更新的奧陶紀(jì)地層中鮮有發(fā)現(xiàn)。

正因如此，城堡灘生物群具有較高的研究?jī)r(jià)值。通過(guò)研究表明，該地區(qū)在奧陶紀(jì)時(shí)期位于阿瓦隆尼亞大陸板塊，處在南半球溫帶地區(qū)，城堡灘生物群的時(shí)代距今約4.62億年。

奧陶紀(jì)因生物多樣性大幅度增加，在科學(xué)界有“奧陶紀(jì)生物大輻射”之稱(chēng)。那個(gè)時(shí)代的生物，不再囿于近海，而是向更廣闊的大洋進(jìn)軍。在近岸淺海、遠(yuǎn)洋深海、水體表層、海洋底質(zhì)都被種類(lèi)豐富的生物占領(lǐng)，從此之后海洋開(kāi)始真正熱鬧起來(lái)。

“迷你世界”構(gòu)成了完整食物鏈

截至目前，城堡灘生物群已發(fā)現(xiàn)有170多種生物，涵蓋海綿動(dòng)物、刺細(xì)胞動(dòng)物，棘皮動(dòng)物、脊索動(dòng)物，節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、星蟲(chóng)類(lèi)、曳鰓動(dòng)物、苔蘚動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、腕足動(dòng)物等多個(gè)動(dòng)物門(mén)類(lèi)。其中，海綿動(dòng)物最為豐富，約40種。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種海綿，屬于現(xiàn)代六射海綿的干支類(lèi)群，已具有了現(xiàn)代海綿的一些原始特征。

△城堡灘生物群具礦化骨骼生物

體型“迷你”是城堡灘生物群的一大特征。該生物群中大多數(shù)生物體長(zhǎng)為1-5毫米，比米粒大不了多少。“最大的研究難點(diǎn)，就是體型小。”馬俊業(yè)介紹，科研人員用上了電子顯微鏡觀察和掃描。

這個(gè)毫米級(jí)的“迷你世界”，已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)比較完整的食物鏈。在食物鏈的頂端，是一種長(zhǎng)相類(lèi)似寒武紀(jì)歐巴賓海蝎的節(jié)肢動(dòng)物，屬于捕食型生物。而在食物鏈的底端，是各種海藻，它們是各種濾食動(dòng)物的“主菜”。食物鏈的中部則是海綿動(dòng)物、腕足動(dòng)物，筆石等生物。

△城堡灘生物中六足類(lèi)節(jié)肢動(dòng)物

通過(guò)對(duì)比早奧陶世“布爾吉斯頁(yè)巖型”動(dòng)物群，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，無(wú)論是從總體生物，還是軟軀體生物方面，城堡灘動(dòng)物群都具有較高的生物多樣性。城堡灘動(dòng)物群不僅提供了海洋動(dòng)物群由寒武紀(jì)生物群向古生代生物群演變的新視角，也揭示了海洋生態(tài)平衡系統(tǒng)從寒武紀(jì)捕食型主導(dǎo)向古生代濾食性動(dòng)物主導(dǎo)類(lèi)型轉(zhuǎn)變的新階段。

是何種原因促成了這種變化？馬俊業(yè)推測(cè)，寒武紀(jì)末-奧陶紀(jì)初期，海洋環(huán)境發(fā)生了變化，浮游生物大量出現(xiàn)，促生了慮食性動(dòng)物的繁盛。同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些節(jié)肢動(dòng)物中現(xiàn)代泛甲殼生物的干支類(lèi)群，進(jìn)一步豐富了當(dāng)時(shí)的生物多樣性。

未解之謎：為什么它們都是小個(gè)頭？

這次發(fā)現(xiàn)的許多化石保存著軟組織，消化系統(tǒng)、眼睛、視神經(jīng)和大腦等。目前，軟組織的材料還在整理中。馬俊業(yè)表示，若能發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)保存比較好的大腦組織，對(duì)研究大腦演化將有重要幫助。

在研究中，還有一些未解之謎尚待揭開(kāi)答案。與以往發(fā)現(xiàn)的奧陶紀(jì)化石相比，城堡灘生物群明顯體型更小，是什么因素促使這里生活著種類(lèi)豐富的小型生物？

有假設(shè)認(rèn)為，它們可能尚處于幼年階段，但從分類(lèi)上來(lái)看，這些生物具有可以詳細(xì)分類(lèi)的具體特征，可以初步排除幼年階段的可能性。

低氧環(huán)境，也是可能造成生物小體型的因素。但城堡灘生物群具備相當(dāng)豐富的多樣性，這說(shuō)明當(dāng)時(shí)的環(huán)境有利于生物生長(zhǎng)。因此，馬俊業(yè)認(rèn)為，低氧可能不是關(guān)鍵因素，這個(gè)神奇的“迷你世界”中生物體積之謎，值得進(jìn)一步的研究。

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統(tǒng)籌：梁冰 編輯：彭茜雅