【{$randkws}】澄江动物群:劈开寒武纪的岩层 - {$web_name} 又附上了一层绿色塑料织网

来源:齿如编贝网 | 栏目:探索 | 2026-06-15 16:34:15
(神秘的地球uux.cn报导)据《三联日常周刊》(作者:薛芃):在80年代的探究中,澄江生物群被定位在距今约5.4亿年的时期。时至今日,近40年的学术探究,将这个时间拉近到了约5.18亿年前。
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澄江动物群奇虾化石
澄江动物群:劈开寒武纪的岩层
有澄江动物群化石呈现的地方,多伴随众多磷矿的呈现
从澄江动物群着手
烈日之下,卡车一车一车地将刚采集出来的磷矿原石运出矿场。砂土黄与黛黑相间的山岩被整齐地分割出层次,呈阶梯状。岩石表面,又附上了一层绿色塑料织网,是为防止因雨水引发的石块下滑。开采场有五六十个足球场大小,拉矿的红色卡车穿行在其中,仿若科幻片里的场景。
这是一处在昆明市郊的磷矿场,上世纪80年代就着手运转,直到如今。偌大的开采场里,差不多没有一块岩石会被单独地、具体地留意,它们的命运是被卡车集体拉走。而在矿坑的边缘处,隐藏着一处长十多米、高5~6米的剖面,乍看之下,跟其他岩体并无分别,但用手一试便知,岩性更为脆软,轻松劈开。这块山岩里,埋藏着众多化石,是5亿多年前寒武纪时期的痕迹,也是磷矿场里特别的存在。
2021年,矿场开启新一轮开发,要动到这块地层。得知讯息后,云南大学古生物探究院的师生急了,他们连忙申请保护下这若干山岩。“我们能做的,只有抢救性维护。”探究员刘煜说。接下来,就是跟矿场开发的争分夺秒,必须在15天之内,将这一若干山岩开展整体切割、成年人的离别:久别重逢搬运。最后抢救出1000多卡车的岩体,在矿山的附近找到两处空地,用来存放这些岩层,他们称之为“堆场”。如今,这处寒武纪的原始岩层已然混在矿山中无从确认,“堆场”这边,师生和工人每日将大石块一一劈碎,寻找着其中的化石。“这些体量的岩体,至少够我们消化七八年。”刘煜说。
这一块被搬运出来的岩体,并非全部矿场中唯一有寒武纪化石的岩层,只是数量相对较多,也集中,其他地方也会有岩层零星分布着化石,但无从考察,更难以大面积开采。事实上,在昆明市周边,还存在着不少寒武纪早期的化石遗存,依据地层的层位判断,通常划归到著名的澄江动物群中,共同构成了这个如今全球范围内“最初的多细胞物种集群”。
1984年7月,南京地质古生物探究所的侯先光在云南澄江一带开展野外考察。他原本是要去找高肌虫,一种体积相当小的节肢动物。在此之前的近一个世纪,以便修滇越铁路,法国地质学家就首次调研过澄江一带。接着的100年,断续有地质学家涉足澄江,对澄江的地层结构做了初步确认。到了侯先光的时候,学界已然明确得知“澄江是全球寒武纪地层的一处标杆”,但有关古生物和化石,知之甚少。
在一如往常的野外调研中,“忽然,一枚栩栩如生的标本暴露在湿漉漉的岩石面上。这枚标本有四五厘米长,动物向前摆动的腿肢对称地分布在背甲之下。7月是云南的雨季,潮湿而细腻的深度刘亦菲推荐泥岩层像是水底,那一刹那,我感受好像这个动物在浑浊的水底游动”。侯先光提起当年的察觉,依然激动。在他丰富的化石记忆储备中,他想到这跟20多年前加拿大人察觉的布尔吉斯页岩化石群中的某个物种很像。在认真观察后,他察觉并非同一物种,眼前的这枚化石,细腻地保存了软躯体若干,后来经过认真鉴别,证实是一枚纳罗虫的化石标本。
在察觉这块化石之前,侯先光相当焦虑不安。十几天在澄江的野外考察没有任何得到,他很苦恼:“古生物是一个以化石材料为基础的学科,假如没有化石,就意味着学术探究没有前方。”令他没有想到的是,眼前的这一块化石快要开启一个新的古生物探究时代。
在这之后,境内寒武纪古生物学探究者纷纷来到澄江,加入澄江动物群化石的采集和探究中,其中另以南京地质古生物探究所的陈均远和西北大学的舒德干为主,经过近40年、两三代人的探究,5亿年前的地球生命已然变得越来越清晰。
澄江动物群:劈开寒武纪的岩层
澄江动物群迷人林乔利虫化石
开启寒武纪的新全球
在80年代的探究中,澄江生物群被定位在距今约5.4亿年的时期。时至今日,近40年的学术探究,将这个时间拉近到了约5.18亿年前。这个数字的转变,一是将澄江生物群的存在绝对时间后推了2000多万年,二是精确到了百万年的量级。
5.18亿这个数字,是用沉积物里的锆石来定的。锆石是火山岩中的一类矿物,当火山喷发时会形成各类结晶,从这一刻着手,“时间的发条就开启了”,结晶中各类元素着手衰变。而寒武纪的年代太过久远,在这数亿年中,大多数元素都衰变完了,唯有很少的元素可以留到如今。锆石里含有铀,今日爱情片精选铀的半衰期相当长,足以支撑到如今,提供时间的证据。
云南大学古生物探究院探究员翟大有强调,5.18亿这个数字尽管已然相对精确,但学界也有人觉得,这很或许仍是一个“高估的年龄”,也就是说,澄江生物群或许没有那么老。由于测定材料使用的锆石并不是火山灰锆石,而是碎屑锆石,是从帽天山页岩中一个剖面上截取的碎屑锆石,它或许是形成火山灰之后经由地质搬管理用才形成的,所以这中间或许存在一定的时间差。假如前方能直接找到澄江动物群岩层中的火山灰,或许可以测出更精确的年代。
在侯先光看来,绝对时间固然重大,但相对年代是地质学中更重大的,也就是说,地层的顺序是不会改变的,地层的形成遵循一定的秩序,这比数字上的纪年概念更重大。
在如今察觉的多处澄江动物群的化石出产地,科研人员都察觉:通常在化石层的地层之下,总会有磷矿存在。这一点相当有趣,也就是在巨大的磷矿场中会呈现澄江化石的缘由了。侯先光阐释说,这有或许和当时海水的化学成分有关。在寒武纪时代,海水的含磷量增多,海洋动物的众多壳化或许也是受到海水矿物质成分的作用。而这种推测需要更具体的探究去支撑,不可反驳的是,云南是磷矿大省,寻找澄江化石的探究者都会先跟磷矿打交道,去看当地磷矿的地层,就相对较为轻松找到。
在澄江动物群形成的诸多缘由中,磷矿是有所关联,但未必是直接作用。侯先光阐释道:“澄江化石形成有三个重大条件:一是动物没死或刚死时,高效被泥沙封存;二是没有其他生物的扰动;三是这里可以维持持久稳定的缺氧生态,化石不易遭受破坏,才能形成我们所说的精品标本。”
澄江动物群:劈开寒武纪的岩层
澄江动物群的察觉者、云南大学古生物重点评测室创办人侯先光
从寒武纪地球的版图来看,澄江处在浅海大陆架的位置,有关澄江动物群的形成,在学界仍有一个风波,风波的中心在于:它究竟是意味着寒武纪时代物种多样性急速增多,还是只是一个特别的埋藏性结局?
翟大有带领学子对澄江一带的地层做了更透彻的调研。在地质学上,有一个“事情层”和“背景层”的概念。所谓事情层,就是当时发生了某个特别事情,或许是某种自然性灾害,导致地层结构发生转变;而背景层就是随着时间推移的正常沉积,日复一日的慢慢沉积。事情层与背景层的面貌很不一样。翟大有在一处9米高的剖面里,就察觉有几百个事情层,这就说明当时的沉积生态相当不稳定,而这种沉积事情是形成澄江埋藏的先决条件。
在云南大学探究员马晓娅的新近探究中,她对澄江化石出产地层的完整岩芯开展了详尽的沉积构造和沉积微相探究,她觉得当时的澄江一带是三角洲前缘浅海生态,氧含量充足,营养丰富,间歇性的风暴流将澄江动物群分子搬运到毗邻的缺氧或少氧的深水生态埋藏并保存下来。由于浅水三角洲生态较为动荡,这些早期生物能耐受强烈的盐度波动和高效的沉积物堆积。与此另外,这些不稳定的生态压力也或许有助于早期动物的适应性辐射。在种种推论和探究下,澄江形成了保存有寒武纪软躯体化石的特异埋藏。
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澄江动物群奇丽灰姑娘虫化石
目睹那些曾经看不到的结构
经过30多年的探究,学界已然对澄江动物群中的大多数开展了辨识和分类,初步记录下它们的形态学特征。这些成果汇集在一起,已然足以呈现寒武纪早期生命的大致面貌,人们可以依据这些探究,初步绘制出一幅寒武纪的海洋图景:在浩瀚无垠的浅海区域,众多藻类植物衬托着各类微小动物,它们大多只有几厘米长,有的有厚壳,有的有节肢,有的是蠕虫状,它们大多在海洋的最底部促销,体长最大的奇虾统治着这个海底王国,看似风平浪静,实则暗流涌动,海洋中优胜劣汰的生存法则已然逐步形成。
但是,在这幅宏观图景之中,具体到每一个物种究竟是怎样的具体构造?它们真的如想象普通,只是构造低级的简易动物吗?又与现生生物之间存在着怎样的关联?当寒武纪古生物探究进展到一定程度,该如何再往前走,如何能从宏观视角走向微观,如何能让微观探究做到更微观、更具体,革新口是技术设备。
2015年,还在德国慕尼黑大学任教的刘煜发表论文,首次将显微CT技术引入澄江生物群化石探究中。一年之后,他回到母校云南大学古生物探究院任教,跟他另外到来的,是院校方才为这个重点评测室重金添置的一台显微CT设备。在这之后,澄江动物群化石的探究开启了一个肉眼难及的微观全球。
在云南大学呈贡校区的古生物探究院,我们见到了这台设备。实际上针对许多领域来说,它并不是一台多么稀有的设备,在医学、生命科学、微电子、精密仪器等各领域都有所使用,但用在古生物领域里来探究化石,在境内尚属少见。在显微CT的观测下,依赖化石内部的密度差,扫描成像时可以将各异密度的物质确认出来,从而更精细地提取出化石中的有效信息。“但这并不意味着,显微CT适用于所有化石,它对化石的密度差有一定请求。幸运的是,澄江化石的形成历程过一个很重大的黄铁矿化的过程,也就是说,在动物躯体的表面,附着着一层特有的黄铁矿,这样就可以与化石周边的围岩很好区域分开来,从而在CT扫描的过程中,过滤掉围岩杂质,更精准地提取出动物样本。”刘煜说道。
澄江动物群:劈开寒武纪的岩层
云南大学古生物探究院探究员刘煜
在实际操控时,这一节肢动物。当比例一直放大,小虫的各个部位越来越精细,头部逐步占满显示屏,触角、腿肢分节逐步清晰。这是依据四五个小时不断360度扫描,由多方位二维图像拼接出的三维图像。
由于寒武纪年代久远,动物生命个体又较为小,如今可见的化石多呈二维平面,被压扁在岩缝中。但在CT扫描下,科研人员第一次目睹立体、完整的澄江化石。“最令人惊喜的,是可以目睹动物还埋在岩石内部的那一面的信息。我们如今在做的,就是在不破坏外表的状况下,看清楚动物的三维结构。这在侯教师那一辈是无法想象的,他们只能用钢针一点点地剔除围岩。”
在评测室的架子上,摆放着那只扫描出的林乔利虫——一只仅有7毫米长的微小动物,仅用肉眼或光学显微镜都无法更清晰地分辨出它的内部结构。在澄江生物群中,节肢动物占70%左右,是数量最庞大的一类。除了动物身体上的壳之外,分节的腿肢是它们身上的特别结构,也被看作是早期生命难得保存下来的软体结构。它们的身体和腿肢是分节的,有外骨骼。在外骨骼的保护之下,就会进化出支撑促销的肢体分节,所以从躯干和腿肢都能看出来,它有关节化。而很多分节的腿肢是藏在壳下的,也就是说它在化石上的表现往往是只能目睹壳甲,但无法确认出隐藏在壳甲下面的分节的腿肢。
当澄江动物群的探究从形态学进阶到化石精细形态学之后,探究又该走向哪里?先是,是很多物种需要被拿出来重新探究,开展CT扫描、虚拟解剖,以积累更精细的基础资料。“由于形态学是古生物的基础,只有得知形态,才能去进一步确认它的分类、操控系统发育,得知生态生态、演化过程等信息,并与现生生物开展比对,才能衍生出更多的科学难题”。翟大有强调,他个人探究的是双瓣壳,就相当依赖于动物结构的精细化处理。
“如今我们很多精力都集中在操控系统发育的探究上,就是怎么搭建生命树,将寒武纪时代的动物和现生生物在形态学上作较为,从而完善演化链条。比如一个普遍的对比是:我们常常谈及泛甲壳类与现生的昆虫和虾、蟹一类,它们是个什么样的关系、有没有亲缘关系、是不是一家?澄江动物群中的某些物种是不是一些现生泛甲壳类最初的祖先?它们又是什么时候从节肢动物的生命树上‘分家’的?这些都是难题。”翟大有说道。
澄江动物群:劈开寒武纪的岩层
学子正用高倍光学显微镜观察标本
还原原始的生物多样性
随着化石精细形态学的进展,我们曾经搭建出的那个寒武纪海洋图景会有所转变吗?又或者,是否可以做得更细化?在地球46亿年的生命中,寒武纪之前的38亿年只有单细胞动物,到了5亿多年前,地球仅用了四五千万年的时间,进展出了如今动物界的原始模样。玉溪师范学院古生物探究中心主任陈爱林强调,“澄江动物群代表了地球生物多样性的起源”。
1996年着手,陈爱林就投身澄江动物群的探究,先后参与了澄江化石地自然博物馆和玉溪师范学院古生物探究中心的兴办。他强调,生物多样性中很重大的一点是物种多样性,即物种数量的增多。“实际上澄江动物群的面貌就代表着物种多样性的顶级增多。所谓顶级增多,是指在微小的、细微差别的物种层面上,物种数量是很多的。比如如今的地球上,有几千万种物种。自然,澄江没有那么多,但是它代表了这些物种最初的源起。”在澄江动物群的化石中,显示出寒武纪的生命是“从‘门’一级着手成型的,当‘门’定型之后,各物种才继而形成之下的纲、目、科等等,这是一个自上而下的演化模式,相当于将动物的最顶级物种设计达成了”。
另外,生物多样性的重大基础是遗传多样性,但是遗传多样性关乎基因的多样性,基因的多样性体如今分子层面,这个在5亿年前的澄江动物群化石中很难体现。“但实际上我们从宏观结构去观察,基因家族越多,那么最后做物种的表达就会差别较为大,也就是物种的外形、形态、结构会形成丰富的面貌。”陈爱林说。
接下来,就会衍生出有关生态多样性的研究,当这些生命另外生存在寒武纪的海洋中时,比拼关系、共生关系、亲属关系也就随之形成。顺着陈爱林的思路可以想见,在澄江动物群中俨然已然形成了一个金字塔式的食物链,那么我们能否经由现有的材料,去搭建出这个寒武纪时代的食物链呢?陈爱林给出的答案是:当下还不能。
从现有的材料来看,奇虾是公认的寒武纪海洋霸主。有国外资料显示,当下已知的最大奇虾可达到2米长左右,但这并不是一块完整的化石,而是经由局部化石推测而来。十几厘米的奇虾更普遍,幼虫化石也只有几厘米,在几千万年的时间进程中,奇虾也在不断演化。全球各处的化石都显示出,从体量上来看,奇虾的确是当时海洋中最大的生命体。奇虾与如今的虾不相干,是当时一种肉食性的节肢动物。当奇虾占据了食物链的顶端时,底端则是海洋中仅有的植物——藻类。
奇虾与藻类之间,隔着其他各个门类的物种。“除非有具体化石显示出物种之间的捕食关系,否则,我们很难从中推断出到底谁和谁之间是捕食与被捕食的关系。但是,我们可以经由物种的大小,或附肢结构等躯体的具体构造来推断,或许某个物种是相对高级的捕食者,或许在食物链的相对上端。”这其中就含有一个外形可爱的物种——等刺虫。
从外形上看,等刺虫形似一个头盔,在岩石上较为好确认,事实上,这个“头盔”是等刺虫躯体上厚重的外壳,所以它具备较强的防御能力。等刺虫通常具双瓣壳或者单一甲壳,且壳瓣两端向外延伸各自形成前、后背刺。当下云南大学保存的澄江动物群化石中,约有1000块等刺虫化石,自然其中很多是局部的残片。在一些清晰的化石上,用肉眼就可以目睹它的附肢上乃至有一排细微的小刺,这说明它又具备一定的攻击性,以及这是它首要的捕食工具。新近的探究显示,这种拥有大附肢的等刺虫,很或许是依赖视觉开展捕食的动物。种种佐证都可以说明,等刺虫在当时的海洋中是捕食者的地位。
“它或许不是那么强壮的捕食者,也许只是一个二级捕食者。我们说奇虾高级,但奇虾也有滤食的,就像蓝鲸一样,我们曾经一直以为鲸鱼是捕食性的或者是食物链上较为高、消费层级较为高的海洋生物,但实际上它不是吃那种较为大的鱼,而是滤食性的。奇虾也有这种特色,滤食微小生物或者微生物。所以可以看出,当时的海洋生态应该是繁琐且较发达的。”翟大有补充说道。

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