中國科學家找到5.5億年前“生態革命”關鍵證據｜科技前線

動物對沉積物的三維擾動，改變了遠古海洋的生態格局，為“寒武紀生命大爆發”鋪平了道路。

近日，中國科學院南京地質古生物研究所團隊，在三峽地區發現了一組保存完好的三維潛穴化石，將動物復雜行為的起源追溯到了5.5億年前的埃迪卡拉紀。該發現改變了學界對早期生命演化的認識。

01

革命性轉變

從平面到立體

此前學界普遍認為埃迪卡拉紀的生物，大多是在海底表面留下簡單的爬痕或淺層水平潛穴。直到寒武紀，生物才逐漸發展出垂直或斜向挖掘沉積物的能力，形成復雜的三維潛穴系統。

然而，研究團隊在屬于埃迪卡拉紀的三峽地區“石板灘生物群”遺跡中發現，化石具有類型多樣的三維復雜潛穴系統遺跡，包括鋸形跡、多山跡與蝌蚪狀潛穴等類型。

與更早期僅停留在沉積物表面的簡單爬跡不同，三維潛穴是動物行為復雜化的重要標志，這些化石首次展現出動物向沉積物內部“縱向探索”的能力。

▲石板灘生物群中的鋸形跡遺跡化石（圖片來源：南京古生物所）

這些精心構造的地下通道網絡，表明它們不再是海底的“表面過客”，可進行有計劃的、主動的沉積物探測，是能夠主動挖掘、構建三維棲居空間的生態系統“工程師”。

02

微小行為引發

生態巨變

在埃迪卡拉紀，海底普遍覆蓋著一層堅韌的“微生物席”，這層生物膜為當時固著或簡單移動的大多數生物提供了穩定的棲息地。

這些早期動物的挖掘行為，在當時的海洋生態系統中引發了一系列連鎖反應。這些“工程師”的活動破壞了“微生物席”的穩定性，動搖了舊有生態系統的根基。

▲穗狀夷陵蟲實體（左）、遺跡（右）和化石復原（中）（圖片來源：南京古生物所）

研究顯示，在石板灘地層中，潛穴化石的豐度與典型的埃迪卡拉紀宏體化石的豐度呈負相關。在潛穴密集的層位，原有的埃迪卡拉紀生物變得稀少。

這表明，這些“工程師”可能通過競爭空間、資源或間接破壞微生物墊基底，局部排擠了適應舊生態系統的生物群落。

03

連接兩個世界的橋梁

這些行為革新促進了元素循環的變革。盡管埃迪卡拉紀仍處于低氧條件下，這些擾動還難以大規模氧化深層沉積物，但“工程師”的活動無疑增強了沉積物的物理混合，影響了磷、碳、硫等關鍵元素的生物地球化學循環。

這些具有兩側對稱身體構型的動物所驅動的行為革命，架起了一座橋梁，連接了埃迪卡拉紀相對靜態的“微生物席墊”世界，和寒武紀開始出現的、動物與沉積物劇烈相互作用的“混合基底”世界。寒武紀生命大爆發的序幕，在5.5億年前已然拉開。

▲石板灘生物群的遺跡化石復原圖（圖片來源：南京古生物所）

從平面到立體，從穩定到動態。石板灘生物群記錄了動物從在海底表面簡單“漫步”，到主動向地下三維空間“開拓”的根本性轉變。

本次發現將復雜三維洞穴系統的出現時間，明確提前到了埃迪卡拉紀晚期，揭示了動物自身行為方式的革新是驅動地球環境和生命演化的強大力量。正是這些古老“工程師”們看似微小的挖掘行為，在漫長的時間尺度上，最終撬動了整個星球的生態格局。

來源：中國科學院南京地質古生物研究所

責任編輯：閆文藝