摘要：
大约5.3亿年前，在一个叫做寒武纪的地质历史时期，地球的生物世界发生了翻天覆地的变化。岛屿之谜：在2000万年里，地球上突然出现了各种各样的动物。它们都是同时产生和出现的。这是著名... 大约5.3亿年前，在一个叫做寒武纪的地质历史时期，地球的生物世界发生了翻天覆地的变化。岛屿之谜：在2000万年里，地球上突然出现了各种各样的动物。它们都是同时产生和出现的。
这是著名的寒武纪生命大爆发。为什么这些动物在短时间内大量出现，仍然被国际学术界列为“十大科学问题”之一。
为了解决这个问题，科学家们在世界各地广泛收集寒武纪化石。然而，奇怪的是，寒武纪特定埋藏化石库的时空分布并不一致。最著名的寒武纪特定埋藏化石库集中在华南板块和劳伦大陆（今天北美大陆的主体）。
不久前，《国家科学评论》在网上公布了中国科学院南京地质古生物研究所的最新成果。大约5.04亿年前，研究人员在中国北方首次发现了一个寒武纪特有的埋藏化石库，并将其命名为“临沂动物群”。这一发现使我们更清楚地了解了5亿年前华北板块上生命进化的故事。它也为地球上生命进化的研究打开了一扇新的窗口，增添了一道新的谜题。
寒武纪生命大爆炸未解之谜
对于过去，人类总是有一种天生的好奇和敬畏，即岛屿之谜；对于生命来说，人类还有许多未知的东西需要探索。
地球上的所有生命形式可分为七类：动物、真菌、原生动物、植物、古细菌、细菌和病毒。其中，动物从寒武纪开始大量集中出现。
中国科学院南京地质古生物研究所寒武纪暴发研究组研究员赵方晨说，早寒武世在数千万年内突然出现了许多种类的无脊椎动物。一系列与现代动物形状基本相同的动物，如节肢动物、腕足动物、蠕动动物、海绵动物和脊索动物，已经在地球上“集体出现”。然后，几乎所有的动物物种，包括脊椎动物，都在数百万年内迅速出现，寂静的前寒武纪海洋突然变成了一座生机勃勃的动物园。
换句话说，在地球不到1%的历史中，寒武纪的生命爆发孕育了地球上绝大多数动物物种，为今天的动物物种多样性奠定了基础。
然而，让科学家困惑的是，在早期和更古老的地层中，长期以来没有发现明显的祖先化石。同时，寒武纪特定埋藏化石库的时空分布也不均匀。最著名的寒武纪特定埋藏化石库集中在华南板块和劳伦大陆。
例如，熟悉的伯吉斯动物群在加拿大、北美发现，而澄江动物群在中国云南发现。2019年在宜昌发现的清江生物群与澄江动物群一起属于华南板块。
这种地理分布的不平衡在中寒武世（苗岭期）最为明显：这一时期几乎所有特殊埋藏的化石库都位于劳伦大陆，这是寒武纪动物群演化最为繁荣的阶段。“因此，这些客观条件在很大程度上限制了我们对寒武纪演化动物群的外观和模式的全面了解。”赵方晨说。
中国是一个化石资源丰富的国家。根据地质古生物学家的调查，华北地区寒武系地层数量众多，但长期以来未发现具有类似软体保存的特殊埋藏生物群。理论上，华北板块不可能错过寒武纪生命爆发，那么这些化石埋在哪里呢？
“临沂动物群”中出现了35多个化石群
近年来，中国科学院南京地质古生物研究所寒武系暴发研究组在该地区开展了大量野外工作，选择了具有代表性的层位和剖面进行集中采集，采集了数千件精美的化石标本。
本次综合研究中的“临沂动物群”来自山东省临沂市西郊的四口剖面。松软体化石集中在寒武系张夏组板车沟段下部的黑色和黄绿色页岩中。根据三叶虫，研究人员确定，特定埋藏化石库的年龄约为5.04亿年前，寒武纪苗栗期的早期孤山时期，略晚于伯吉斯页岩生物群。
赵方晨告诉记者，目前，在“临沂动物群”中发现了35多个化石群，丰富了这一时期海洋生物和群落的多样性。非三叶虫节肢动物是该组合中最为多样的类群，而奇怪的虾和莫里森昆虫是最引人注目的。除了节肢动物，各种海绵和蠕虫也值得进一步研究。
“临沂动物群中的大多数化石都以软体的形式保存下来，许多化石还保存了精细的解剖结构，如附属物、眼睛、消化系统和鬃毛，这为我们进一步了解这些生物的解剖结构提供了新的信息。”赵方晨说。
赵方晨说，软体动物很容易分解和腐烂，很难作为化石保存。化石只有在特定条件下才能形成。在中国北方，科学家过去收集了大量寒武纪化石，但它们都保存在坚硬的碳酸盐岩中。大多数化石是三叶虫的骨骼碎片，而很少涉及泥岩的收集。
经过对软体化石保存条件的深入研究，赵方晨决定在华北地区挖掘细泥岩。经过几年的收集，出现了大量寒武纪软体动物化石。
研究人员发现，与其他典型的伯吉斯页岩特定埋藏化石库一样，临沂特定埋藏化石库中的软体结构以碳膜的形式保存在背景层和事件层相互作用的地层中，这证实了类似的埋藏路径在软体化石的保存中是普遍存在的。
中国北方首次发现寒武纪特有的埋藏化石库
作为华北板块第一个全面研究寒武纪特有的埋藏化石库，科学家们对“临沂动物群”寄予厚望。这有望为中国北方寒武纪特定埋藏化石库的研究揭开新的篇章。
“寒武纪时期，地球大陆的板块与今天大不相同。中国的华北板块仍然与长江流域的长子地台和华南褶皱带分离。华北板块是一个独立的板块。当时，临沂位于华南和加拿大的中部，这是一个广袤的孤岛大海赵方晨说，作为中国传统“中寒武统”的标准区，华北板块的中寒武统地层层序完整，化石丰富，是寻找这一时期特殊埋藏化石库的潜在区域。
在数千公里外的华南板块，澄江生物群代表了寒武纪生命爆发的顶峰。在那之后，生命进化的规律是什么？它是如何与奥陶纪生命的巨大辐射联系在一起的？为了解开这个谜团，我们需要“中寒武世”华北板块的“接力”来运行。
“我们相信生命的进化是连续的。在华北板块发现的‘临沂动物群’与澄江生物群正好相连。我们可以研究两者之间的相关性。”赵方晨说，华北板块寒武纪特有的埋藏化石有待进一步挖掘和研究，并有望在以后的地层中获得新的发现，从而讲述一个更完整的寒武纪到奥陶纪生命演化的故事。
同时，“临沂动物群”与北美特定的埋藏化石库同时存在许多相同的生物类型。一些罕见的节肢动物，如半足类和莫里森类，即使在北美也非常罕见，这表明这一时期华北和北美软体动物群之间的关系非常密切。
通过聚类分析、非度量多维尺度变换和网络分析等定量分析方法，研究人员进一步阐明了华北和北美软体动物群之间的关系。“这表明，华北可能是东冈瓦纳大陆和北美之间的生物地理联系。然而，由于不同角度的古地理证据不同，这种联系的生物地理解释需要进一步研究和评估。”赵方晨说。（张野）
资料来源：《科学技术日报》
