圖源 | 網(wǎng)絡(luò)

北京時間1月29日凌晨，全球最具影響力的頂級國際科學(xué)期刊《自然》(Nature)重磅官宣，距今5.12億年寒武紀軟軀體化石“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)與研究成果。

一時間，從湘西花垣縣引發(fā)的“蝴蝶效應(yīng)”傳遍世界各地，國內(nèi)各大新聞媒體紛紛宣傳推介。

該論文報道了距今約5.12億年前、時代緊接辛斯克事件之后的寒武紀軟軀體化石群“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)和研究成果，填補了辛斯克滅絕事件之后寒武紀第四期頂級軟軀體化石群缺失的空白，為人們認識顯生宙第一次大滅絕事件的規(guī)模和影響提供了重要證據(jù)。

01

全球頂級寒武紀特異埋藏化石寶庫

2021年，朱茂炎院士團隊來到“花垣生物群”發(fā)現(xiàn)地——花垣縣石蘭鎮(zhèn)磨子村仁枯坡，以釘釘子精神，歷時5年，有條不紊開展系統(tǒng)性野外化石發(fā)掘工作，常年日曬雨淋，風雨無阻。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研人員 在發(fā)掘現(xiàn)場

圖源：曾晗

在長30米厚12米寬8米立體地層剖面單一采坑里，隊員們用地質(zhì)錘敲敲打打，與地層中古生物化石捉迷藏，采集5萬多件化石標本。

研究團隊與巖石和化石凝視對話，研究甄別出16個門一級動物類群，153個動物物種，其中59%為新發(fā)現(xiàn)的全新物種，讓藏于大山深處、填補地球生命演化歷史空白的化石寶庫露出冰山一角。

花垣生物群中的代表性化石

圖源：曾晗

花垣生物群物種多樣性，達到國際公認頂級軟軀體化石群標準(高多樣性、高保真度、高豐富度)，已超過“澄江動物群”“布爾吉斯頁巖生物群”等經(jīng)典單一采坑產(chǎn)出物種數(shù)，再現(xiàn)寒武紀動物多樣性的完整圖譜。

深海相生物群是目前發(fā)現(xiàn)軟軀體動物門類種類，位居全球同一地質(zhì)時代生物群的第3位。浮游、游泳及海底俱全，高門類多樣性。涵蓋非兩側(cè)對稱古老動物類型中的固著多孔、開腔骨、浮游櫛水母、刺胞等動物；

亦有現(xiàn)代原口、后口2大動物主干系早期代表，原口動物有曳鰓、葉足、節(jié)肢、浮游毛顎、環(huán)節(jié)、腕足、軟體、軟舌螺，后口動物有古蟲、棘皮、半索、脊索及分類未定不明等動物。其被囊脊索動物，目前已知最早最古老動物?；校?jié)肢、多孔、刺胞動物的物種和個體數(shù)量占比最高。

寒武紀物種大爆炸

圖源：網(wǎng)絡(luò)

國際權(quán)威學(xué)者羅伯特·蓋恩斯教授指出："花垣生物群"是與"澄江生物群""布爾吉斯頁巖生物群"齊名的全球頂級寒武紀特異埋藏化石群。

澄江生物群形成于距今5.18億年前的寒武紀大爆發(fā)時期，早于"辛斯克"滅絕事件。自1990年代末起，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所對該化石群展開系統(tǒng)研究。

澄江生物群復(fù)原圖

繪圖：楊定華

其突破性發(fā)現(xiàn)被譽為“20世紀最驚人科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一”，成為解密寒武紀生命大爆發(fā)的關(guān)鍵證據(jù)，并于2012年7月1日作為中國首個化石類世界遺產(chǎn)列入《世界遺產(chǎn)名錄》，也是亞洲唯一獲此殊榮的化石遺址。

花垣5.12億年前寒武紀生物群

圖源：網(wǎng)絡(luò)

加拿大布爾吉斯頁巖生物群，寒武紀中期，距今5.05億年，1909年就被發(fā)現(xiàn)，處于國家公園里，歷時一個多世紀地質(zhì)考古研究，最后進入世界自然遺產(chǎn)序列。

02

軟軀體動物始祖的“早期原始部落”地標

在地球46億年的生命史詩中，距今5.39億年前的隱生宙，地球生命由海洋微生物主導(dǎo)。

進入距今5.39億年寒武紀，地球海洋生態(tài)系統(tǒng)開始生命大爆發(fā)，如同太陽噴薄而出的萬道光芒，1%的時間窗口期誕生了當今近乎100%的軟軀體動物門類始祖，海洋迎來盤古開天地以來的繁榮，致此地球生命由微生物靜謐時代進入動物始祖縱橫的樂園。

寒武紀和前寒武紀地層的對比

圖源：網(wǎng)絡(luò)

通過寒武紀軟軀體化石群物種多樣性大數(shù)據(jù)對全球寒武紀軟軀體化石群時空間分布、深水沉積學(xué)特征等綜合分析判斷，錨定花垣生物群為寒武紀早期，距今 5.12億年，即顯生宙第一次大滅絕(“辛斯克”)之后轉(zhuǎn)折期。

該生物群成為地球迎來新一輪生命演化“狂歡”的實證案例，軟軀體動物始祖原始部落地標。此事件過去5000多萬年滄海桑田，至距今4.7～4.5億年前奧陶紀，海洋生物多樣性才爆發(fā)大輻射。

花垣生物群發(fā)現(xiàn)物種

圖源：網(wǎng)絡(luò)

花垣生物群，高化石豐富度、高物種多樣性、高軟軀體保真度，一個復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的深水動物群落，填補了寒武紀第4期頂級軟軀體化石群的空白。為研究解析動物門類起源和早期演化提供新的化石實物，同時，為寒武紀生物群遭遇“辛斯克”事件前后的災(zāi)難、復(fù)蘇、演化、全球擴散及其誘因等提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

03

研究“辛斯克”事件影響力的新視角新紀元

地球46億年史上的每一期生物滅絕事件，都會導(dǎo)致生物多樣性滅頂和生態(tài)系統(tǒng)重大改變。生物群發(fā)現(xiàn)地，寒武紀第4期處于華南揚子地臺外大陸架深水區(qū)，其軟軀體生物群屬于少見深水生物群。

開展花垣生物群化石發(fā)掘的中國科學(xué)院南京古生物所野外科考隊

圖源：網(wǎng)絡(luò)

南京古生物所澄江站站長、副研究員、《自然》發(fā)表論文第一作者曾晗介紹：“我們在‘花垣生物群’中發(fā)現(xiàn)了納羅蟲和原始管蟲，且它們在生物群中屬于優(yōu)勢動物分子，個體數(shù)量或生物量占絕對優(yōu)勢”。納羅蟲和原始管蟲，亦是“澄江動物群”代表性動物，但年代晚于“辛斯克”事件的滇東關(guān)山生物群沒有出現(xiàn)。

“辛斯克”生物大滅絕事件，與地學(xué)上“地球史上五次大滅絕”有別，它的時間更早，距今5.18～5.13億年之間，故稱之顯生宙第一次生物大滅絕。其叫停地球史上第一次生物大爆發(fā)的“生命狂歡”，改寫生命演化路徑。

寒武紀時期全球生物多樣性變化曲線顯示，分布花垣生物群的時代緊接顯生宙第一次生物大滅絕“辛斯克事件”之后 （圖源：網(wǎng)絡(luò)）

自上個世紀80年代提出以來，科學(xué)家對“辛斯克”事件研究主要聚焦淺海生態(tài)系統(tǒng)化石認知，包括最早建造礁體古杯動物、最早披上鎧甲小殼化石、以及寒武紀“明星”三葉蟲。

但這些骨骼化生物并不是海洋動物群落的全部，通常占比不足40%。據(jù)此推斷海洋生態(tài)系統(tǒng)變化，難免以偏概全，認同度不高，從而長期低調(diào)，尚未受到普遍關(guān)注。

但一些“辛斯克”事件經(jīng)典研究表明，其生物滅絕規(guī)模與寒武紀以后“五次大滅絕”規(guī)模相當，地球生命史上最慘烈災(zāi)難悲劇之一，生物滅絕率達41～49%，僅次于二疊紀末生物大滅絕事件。大自然給地球第一次生命大爆發(fā)迎頭一棒，突如其來將這場輝煌生命爆發(fā)扼殺，無數(shù)早期原始動物悄然消失。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖 楊定華繪

圖源：中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所

“辛斯克”事件，亦是全球寒武紀演化生物群“改組”“重置”始作俑者。研究團隊通過大數(shù)據(jù)收集“花垣生物群”在內(nèi)的45個寒武紀布爾吉斯頁巖生物群進行處理，并對整理出3149條物種產(chǎn)出信息、965個屬的生物多樣性數(shù)據(jù)集，進行非度量多維尺度分析，發(fā)現(xiàn)“辛斯克”事件前后全球生物群組成存在明顯差異，表明寒武紀生物群伴隨“辛斯克”事件發(fā)生重大演化轉(zhuǎn)變。

總之，花垣生物群印證了寒武紀生命大爆發(fā)突然被“辛斯克”大滅絕事件浩劫中斷，但“辛斯克”事件對淺水軟軀體生物群致命，對深水生物群影響有限。

04

軟軀體動物

跨越大半個地球演繹“流洋移民海歸”

花垣生物群，發(fā)現(xiàn)了澄江生物群中的昆明關(guān)山蝦，又發(fā)現(xiàn)加拿大生物群中節(jié)肢動物，即北美加拿大布爾吉斯頁巖生物群中的典型節(jié)肢動物，見證“辛斯克”事件后海洋動物發(fā)生遠距離跨洋擴散。

關(guān)山蝦、馬爾蟲、西德尼蟲、莫里森蟲等成為花垣生物群大家族中的“海歸移民”。作為地球上最早最古老的巨型動物和頂級捕食者，多樣的奇蝦類節(jié)肢動物出現(xiàn)在花垣生物群，表明海洋生物復(fù)雜捕食食物網(wǎng)已形成。

昆明關(guān)山蝦化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

曾晗說：“我們在‘花垣生物群’中發(fā)現(xiàn)了‘昆明關(guān)山蝦’，是同時代滇東地區(qū)‘關(guān)山生物群’中占主導(dǎo)的奇蝦類，兩地距離長達750公里”。

花垣生物群與遠在北美加拿大寒武紀中期“布爾吉斯頁巖生物群”共同擁有塔卡瓦海綿、爬胃蟲、蘇魯斯蝦、馬爾蟲、頭盔蟲、西德尼蟲、莫里森蟲等代表性生物分子。

寒武紀部分生物圖繪

作者：江南拱橋夜

寒武紀時期，花垣所在華南板塊與北美勞倫大陸被泛大洋分開，兩者相距大半個地球，板塊漂移主導(dǎo)下難以自圓其說，唯有洋流搬運方能解釋全球生物跨越時空擴散，表明寒武紀海洋動物存在以幼蟲形態(tài)隨洋流跨越地理空間遠距離擴散機制，且在跨越大半個地球遷徙中不斷演化。

05

軟軀體動物化石，天造地設(shè)“時空膠囊”

特異埋葬是軟軀體化石形成先決前提。寒武紀處于生物進化演化初始階段，三葉蟲、古杯生物礁及小殼動物等個體偏小，保存化石概率大大高于軟軀體動物。而寒武紀普遍存在缺少硬體的軟軀體動物，正常沉積環(huán)境條件下保存化石概率幾乎為零。

三葉蟲化石

圖源：三葉蟲圖鑒

只有特異埋葬條件下，即深水海洋發(fā)生風暴浪、密度流及火山爆發(fā)等異常情形，軟軀體才會瞬間或快速包裹密閉而保留。朱茂炎院士團隊借助顯微CT、掃描電鏡能譜分析等現(xiàn)代科技方法，進一步證實生物群系快速埋葬條件下保存的。

礦化、膜化令軟軀體動物“點石成金”。密閉軟軀體動物，通過硅化、磷酸鹽化、黃鐵礦化、小碳質(zhì)膜、碳質(zhì)壓膜、黏土礦物膜等地質(zhì)力，奇跡般將生命遺體柔軟組織器官系統(tǒng)完整封存固化，高保真度躍然印記在石頭上。

花垣生物群，典型布爾吉斯頁巖型化石群，化石主要以碳質(zhì)膜和黏土礦物膜形式保存。換句話說，花垣軟軀體特異埋葬化石群，宛若穿越時空隧道的膠囊，既保存包括奇蝦類在內(nèi)的完整動物個體，又保存柱頭蟲等多種全身軟體動物，同時呈現(xiàn)出高保真度的軟軀體生物結(jié)構(gòu)，甚至器官組織清晰可辨。

海洋生物起源圖

圖源：網(wǎng)絡(luò)

比如腸道、消化腺等消化系統(tǒng)，眼視神經(jīng)、腹神經(jīng)索在內(nèi)神經(jīng)組織，以鰓為代表呼吸器官等，為科學(xué)家復(fù)原遠古早期動物軀體結(jié)構(gòu)提供實證，對研究海洋生物起源具有重大意義。

06

復(fù)原海洋深水復(fù)雜“生物碳泵”生態(tài)系統(tǒng)

古地理沉積環(huán)境的重建，表明花垣生物群生活在遠離海岸外大陸架深水環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜食物網(wǎng)和類似現(xiàn)代海洋的生物碳泵，且具21個生態(tài)功能。

花垣生物群研究，證明海洋深水區(qū)絕非生命禁區(qū)，而是結(jié)構(gòu)復(fù)雜生命社區(qū)，海底爬行或固著、水中游弋及隨波逐流浮游等動物分布于海洋三維空間，彼此有各自生活空間，并存在多級捕食食物網(wǎng)。

花垣生物群保存軟軀體生物學(xué)結(jié)構(gòu)的化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代樽海鞘，如同海洋生物碳泵，將海洋中懸浮有機碳轉(zhuǎn)化成更大糞球粒，加速海洋有機碳埋藏，對全球碳循環(huán)發(fā)揮積極作用。

多種類似現(xiàn)代樽海鞘的浮游被囊動物發(fā)現(xiàn)，表明距今5.12億年前，海洋可能已出現(xiàn)類似當今“生物碳泵”生態(tài)系統(tǒng)，影響地球碳循環(huán)。

海洋深水環(huán)境，生物庇護所與物種復(fù)蘇演化搖籃?；ㄔ锶海徊炕陉P(guān)鍵地球地質(zhì)歷史節(jié)點寫就的“海洋深水檔案”。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖

繪圖：楊定華

“辛斯克”事件中，深水環(huán)境成雙重關(guān)鍵功能平臺，既為生物避難所，又是生命物種復(fù)蘇搖籃和新物種再爆發(fā)快速擴散策源地。

科學(xué)家通過淺水相與深水相對比研究，發(fā)現(xiàn)“辛斯克”事件對2種生物群影響具有明顯差異?！靶了箍恕贝鬁缃^前澄江動物群與滅絕后關(guān)山生物群，同為云南淺海古地理沉積環(huán)境，其物種組成發(fā)生劇變，澄江諸多代表性物種(納羅蟲和原始管蟲)沒有出現(xiàn)在關(guān)山生物群中。

　花垣生物群開腔骨動物化石圖（左）和復(fù)原圖

圖源：新華社

與澄江動物群同時期的牛蹄塘生物群中，納羅蟲和原始管蟲為“辛斯克”事件前優(yōu)勢物種。而距云南關(guān)山750公里的花垣生物群中納羅蟲和原始管蟲等，處于深水古地理沉積環(huán)境，則躲過“辛斯克”事件劫難，成之花垣生物群的優(yōu)勢動物分子。充分說明外大陸架海洋深水環(huán)境，庇護許多生物群躲過劫難，成為生命“避難所”和“孵化中心”。

花垣生物群與加拿大布爾吉斯頁巖生物群，同為深水古地理沉積環(huán)境，盡管相隔遙遠，但彼此存在異常緊密聯(lián)系。進一步證明海洋深水環(huán)境，讓生命得以存續(xù)、革新、重新擴散，保全傳遞著生命演化“血脈”。

07

湘西世界地質(zhì)公園增光添彩

目前，湘西世界地質(zhì)公園已擁有“排碧金釘子”“古丈金釘子”“列夕特異埋葬動物群”等具有世界意義的地質(zhì)遺跡。

湘西世界地質(zhì)公園古丈金釘子石碑

圖源：網(wǎng)絡(luò)

2001年和2010年，國際地層委員會和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會，先后將南京地質(zhì)古生物研究所彭善池老師創(chuàng)建的2個寒武系標準界線層型剖面和層型點命名為“金釘子”，即寒武系芙蓉統(tǒng)排碧階(第8階)剖面、中上寒武統(tǒng)古丈階(第7階)剖面?！芭疟屉A”“古丈階”列入國際地質(zhì)地層年代表，成為寒武系地層劃分的全球標準。2枚“金釘子”通過三葉蟲和牙形刺化石物種等來進行全球比較確認。

其中，“排碧階”主要以距今4.97億年前網(wǎng)紋雕球接子三葉蟲化石的首現(xiàn)為界線標志；“古丈階”主要以距今5.03億年前光滑光尾球接子三葉蟲化石的首次出現(xiàn)為界線標志，剖面地層為寒武系敖溪組及其上覆花橋組下段暗色碳酸鹽濁積巖。

花垣西德尼蟲、馬爾蟲、頭盔蟲化石

圖源：曾晗

2022年7月13日，南京地質(zhì)古生物研究所方翔領(lǐng)銜，聯(lián)合湖南省博物院等機構(gòu)14名知名學(xué)者在國際著名學(xué)術(shù)期刊英國《皇家學(xué)會會刊B輯》發(fā)表《列夕動物群：華南下奧陶統(tǒng)新的特異埋葬化石庫》論文，在國際科學(xué)界引起強烈反響。

列夕動物群發(fā)現(xiàn)具有重大意義，標志著寒武紀生命大爆發(fā)和“辛斯克”大滅絕事件后，進入新一輪“黃金繁育期”，即奧陶紀生物大輻射，海洋生物多樣性急劇增加，生態(tài)系統(tǒng)趨于修復(fù)。

湘西永順縣早奧陶紀列夕生物群

圖源：網(wǎng)絡(luò)

列夕動物群，奧陶紀早期重要多門類特異埋葬動物群，賦聚于永順列夕澤龍坪附近下奧陶系統(tǒng)馬刀峪組淺海相地層，涵蓋節(jié)肢、海綿、棘皮、鰓曳、環(huán)節(jié)、刺胞、軟體、腕足、苔蘚、半索及脊索等11門一級動物類群。發(fā)現(xiàn)許多特異埋葬型動物化石典型代表組合，如，腸道等軟體組織；

大量保存完整且具有吻部等細節(jié)構(gòu)造的鰓曳動物“古蠕蟲”，身體柔軟“奧托蟲”以及外形如身披盔甲“短劍蟲類”等；保存完整、身體由多邊形骨板包裹的棘皮動物“海林擒”“海囊盤”；以及保存精美、形態(tài)各異的三葉蟲化石等，比較完整還原彼時海洋生態(tài)系統(tǒng)，揭示奧陶紀生物大繁榮早期海洋生物輻射擴散特征。

通過牙形刺和筆石等化石組合分析判斷地質(zhì)時代為4.75億年，早于奧陶紀生物大規(guī)模繁榮時段500～1000萬年。距今4.85～4.7億年奧陶紀早期，學(xué)術(shù)界研究古生代動物群起源和奧陶紀生物輻射早期機制的關(guān)鍵時段和重要節(jié)點。

中國寒武紀生物地理分布圖

圖源：網(wǎng)絡(luò)

朱茂炎院士稱湘西至貴州云南一帶為“寒武紀王國”。地質(zhì)地層記錄完善完整，擁有云南澄江和關(guān)山、貴州凱里和翁安等多處生物群。

凱里生物群，距今5.1億年，介于距今5.05億年加拿大布爾吉斯生物群和距今5.18億年云南澄江生物群之間。

中寒武紀早期海洋生物群，涵蓋11門類120多屬動物化石，首次發(fā)現(xiàn)微網(wǎng)蟲、奇蝦類等，除娜羅蟲、微網(wǎng)蟲、奇蝦蟲、古蝠蟲、奧托也蟲等外，還發(fā)現(xiàn)節(jié)肢、水母狀、棘皮和軟軀體等動物化石。

花垣生物群仿佛全球海洋生物的“移民目的地”

圖源：網(wǎng)絡(luò)

甕安翁會生物群，距今5.8～6.1億年，元古代震旦紀陡山沱澡類生物群，發(fā)現(xiàn)藻類胚胎、細胞結(jié)構(gòu)，亦是磷礦、錳礦床層位。

武陵山區(qū)一帶，地質(zhì)神奇神秘，曾經(jīng)是古生代古生物樂園，除了湘西，還有重慶秀山志留紀生物群，湖北恩施大峽谷世界地質(zhì)公園見天壩晚二疊紀生物礁群等。

08

花垣生物群，未來湘西地標

作為足以與澄江、布爾吉斯并列的全球頂級寒武紀化石寶庫，大自然恩賜湘西的一座世界級化石寶庫，人類解密解鎖5.12億年前地球生命星河的凝望窗口，其豐富多樣的化石組合、組織器官結(jié)構(gòu)、形態(tài)細節(jié)構(gòu)造及其背后驚奇故事，復(fù)活了一幅被忽視的海洋深水生物群及生態(tài)系統(tǒng)的生命全景。

花垣生物群代表性化石

圖源：網(wǎng)絡(luò)

花垣生物群的發(fā)現(xiàn)，揭開距今5.13億年前顯生宙第一次生物大滅絕(“辛斯克”事件)的神秘面紗，如同一束強光，穿透“辛斯克”事件之后長達數(shù)千萬年的“認知黑暗期”，填補了地球生命韌性張力故事至關(guān)重要一課，改寫了早期生命災(zāi)難與復(fù)蘇模式。

地球上的五次生物大滅絕

圖源：網(wǎng)絡(luò)

受全球氣候環(huán)境變化和人類活動影響，地球生物多樣性面臨諸多挑戰(zhàn)?；ㄔ锶航沂镜厍蝻@生宙第一次生物大滅絕的過程和機制等，科學(xué)審視當今全球生態(tài)危機背景下人與自然和諧共生活動，對科學(xué)認識生物多樣性演化具有重要現(xiàn)實意義，或許能為生活在藍色地球上的人們，提供生存與適應(yīng)的深遠危機思考。

花垣生物群發(fā)現(xiàn)地，地理位置得天獨厚，位于花垣縣石蘭鎮(zhèn)磨子村，與“精準扶貧”首倡地十八洞村，矮寨特大懸索橋，“排碧金釘子”及邊城茶峒為鄰。

花垣生物群，一部關(guān)于寒武紀古生物地質(zhì)傳奇的“無字天書”，蘊涵豐富遠古古生物“盲盒?；ㄔ锶汗傩哂欣锍瘫饬x，南京地質(zhì)古生物研究所科研團隊只是邁開第一步，堅信后期驚奇更多，科學(xué)研究、科普、研學(xué)及網(wǎng)紅打卡等賦能“旅游+”，助推當?shù)亟?jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展，指日可待。

作者：高文化

作者單位：湘西州人大常委會

本文轉(zhuǎn)載自：中新網(wǎng)湖南

責任編輯：高峰

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