尋回失落的寒武紀(jì)，中國科學(xué)家找到了“親歷者”

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖 楊定華 繪 中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

開腔骨動物 異射骨 中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

節(jié)肢動物 撫仙湖蟲類 中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

節(jié)肢動物 撫仙湖蟲類 中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

花垣生物群產(chǎn)地全景。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

在地球生命史詩中，寒武紀(jì)大爆發(fā)后的首次全球性滅絕事件——辛斯克事件，因其證據(jù)匱乏而長期成謎。北京時間1月29日，《自然》上線了中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等團(tuán)隊的成果，揭開了來自湖南花垣、距今約5.12億年的特異埋藏化石寶庫花垣生物群的面紗，首次揭示顯生宙第一次大滅絕后深水海洋的生命全景。

在地球生命演化的宏大敘事中，我們熟知的是大約6600萬年前恐龍遭遇滅絕的白堊紀(jì)末事件，或是2.52億年前二疊紀(jì)末那場慘烈的“大死亡”。然而，在更遙遠(yuǎn)的時光深處，在動物生命剛剛爆發(fā)的黎明時刻，一場規(guī)模相當(dāng)?shù)臑?zāi)難曾悄然上演，卻又因證據(jù)缺失而長期籠罩在迷霧之中—直到中國科學(xué)家在湘西的群山之中，敲開了5.12億年前的時間膠囊。

寒武紀(jì)的“中斷樂章”

大約5.39億年前，地球生命史上最壯觀的創(chuàng)新事件——“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”拉開了序幕。在此后不過兩千萬年的時間里，幾乎所有現(xiàn)代動物門類的祖先紛紛登場，海洋從微生物主導(dǎo)的靜謐世界，驟然變?yōu)閯游锟v橫的生機(jī)樂園。中國云南的澄江動物群以精美絕倫的軟軀體化石，為我們定格了這場爆發(fā)的巔峰景象。

然而，這段生命的華彩樂章并未持續(xù)太久。在大約5.13億年前，一場被稱為辛斯克事件的生物大滅絕突然襲來。這場災(zāi)難的規(guī)模究竟有多大？科學(xué)家的評估令人震驚：屬一級的生物滅絕率高達(dá)41%~49%，其嚴(yán)重程度被一些研究評估為僅次于歷史上規(guī)模最大的二疊紀(jì)末大滅絕，與著名的“五次大滅絕”事件（編者注：指奧陶紀(jì)末大滅絕、泥盆紀(jì)晚期大滅絕、二疊紀(jì)末大滅絕、三疊紀(jì)末大滅絕、白堊紀(jì)末大滅絕）同屬一個量級。

為何如此重大的事件卻鮮為人知？

問題恰恰出在證據(jù)的局限上。近40年來，科學(xué)家對辛斯克事件的了解主要來自淺海生態(tài)系統(tǒng)的化石記錄：最早建造礁體的古杯動物、最早披上鎧甲的小殼化石，以及寒武紀(jì)的“明星”三葉蟲。但這些骨骼化的生物只是海洋動物群落的一部分（通常不足40%），據(jù)此推斷那時的海洋生態(tài)系統(tǒng)變化，就像通過現(xiàn)代珊瑚礁群落來推斷整個海洋生物多樣性的命運(yùn)一樣，難免失之片面。

更關(guān)鍵的是，大滅絕之后的關(guān)鍵時段（寒武紀(jì)第四期，約5.13~4.87億年前），全球一直缺少像澄江動物群那樣能完整保存軟軀體動物的化石寶庫。沒有軟組織，我們就看不到蠕蟲、水母、早期脊椎動物等眾多門類。這場大滅絕究竟是對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的“全面重置”，還是僅針對特定環(huán)境的“局部打擊”？它對生命演化軌跡產(chǎn)生了怎樣的影響？這些根本問題因證據(jù)缺口而長期無解。

理解地球史上第一次動物大滅絕的過程與機(jī)制，不僅關(guān)乎對遠(yuǎn)古過往的追溯，更對認(rèn)識生物多樣性危機(jī)的本質(zhì)具有深刻的啟示意義。

花垣生物群的震撼發(fā)現(xiàn)

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在湖南湘西土家族苗族自治州的連綿群山之中。2020年，花垣縣石欄鎮(zhèn)磨子村修建機(jī)耕道時，一片新鮮的灰色泥頁巖剖面得以顯露。這些細(xì)膩的巖石，正是保存軟軀體化石的理想材質(zhì)。湖南省博物館的劉琦館員敏銳地采集了首批標(biāo)本，并將其送到我們的團(tuán)隊手中。

我們立刻意識到了這些化石的非同尋常：其所屬的地層時代，正好緊接在辛斯克大滅絕事件之后！一個可能填補(bǔ)全球空白的寶藏就此浮現(xiàn)。一場持續(xù)5年的系統(tǒng)性發(fā)掘與研究就此展開，最終在《自然》上向世界宣告了“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)。

這個沉睡在仁枯坡采坑（深12米，長30米，寬8米）下的遠(yuǎn)古世界，以其空前的豐度、多樣性與保真度，刷新了人們對寒武紀(jì)海洋的認(rèn)知：

一個失落世界的完整存檔：研究團(tuán)隊已采集超過5萬塊化石標(biāo)本。僅從早期分析的8681個個體中，就鑒定出153個動物物種，其中59%是科學(xué)界從未認(rèn)識的新物種。單就這一個采坑的物種數(shù)量，已經(jīng)超過了享譽(yù)世界的澄江動物群和加拿大布爾吉斯頁巖生物群的主要采坑。

動物王國的“早期全家福”：花垣生物群囊括了驚人的16個門一級的動物類群，幾乎呈現(xiàn)了寒武紀(jì)動物多樣性的完整圖譜。這里既有非兩側(cè)對稱的古老類型（如海綿、櫛水母），也有原口動物（如節(jié)肢動物、環(huán)節(jié)動物、軟體動物）和后口動物（包括棘皮動物、半索動物，甚至早期的脊索動物）這兩大現(xiàn)代動物主干系的早期代表。

栩栩如生的軟體印記：化石以碳質(zhì)膜和黏土礦物膜的形式，將柔軟的身體組織奇跡般封存。我們得以看到完整的動物個體（包括寒武紀(jì)的頂級捕食者——奇蝦），目睹蠕蟲般的全身軟體生物，甚至能辨識出精細(xì)的內(nèi)部器官：盤旋的腸道、神經(jīng)索、呼吸的鰓……生命細(xì)節(jié)躍然石上。

一個復(fù)雜的深水生態(tài)系統(tǒng)：古地理重建表明，花垣生物群生活在遠(yuǎn)離海岸的外大陸架深水環(huán)境。這里絕非生命的荒漠，而是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生態(tài)社區(qū)：有在海底爬行或固著的居民，有在水中游弋的獵手，也有隨波逐流的浮游生物。多種奇蝦的存在，表明這里存在著多級捕食食物網(wǎng)。而多種類似現(xiàn)代樽海鞘的浮游被囊動物的發(fā)現(xiàn)則提示，早在5億多年前，海洋中可能已經(jīng)出現(xiàn)了類似今天的“生物碳泵”，影響著全球碳循環(huán)。

跨越半個地球的奇妙聯(lián)系：最令人驚奇的發(fā)現(xiàn)之一，是花垣生物群中出現(xiàn)了多位“遠(yuǎn)方的來客”：馬爾蟲、西德尼蟲、莫里森蟲……這些原本是北美布爾吉斯頁巖生物群的標(biāo)志性分子，竟然同時出現(xiàn)在了華南的海洋中。在寒武紀(jì)，華南與北美之間隔著浩瀚的泛大洋，這些游泳能力、生活習(xí)性各異的動物是如何完成跨越半個地球的遷徙的？這為科學(xué)家探索早期生物的長距離擴(kuò)散機(jī)制留下了迷人的謎題。

深海或為生命庇護(hù)所

花垣生物群的價值，遠(yuǎn)不止于增添一批精美的化石。它恰如一部在關(guān)鍵歷史節(jié)點(diǎn)寫就的“深水檔案”，為我們理解辛斯克大滅絕的性質(zhì)和影響提供了革命性的新視角。

一是淺水與深水截然不同的命運(yùn)：

通過對比研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵模式：辛斯克事件對淺海和深海生物群的影響存在顯著差異。在云南的淺海環(huán)境，大滅絕前的澄江動物群與之后的關(guān)山生物群，其物種組成發(fā)生了劇變，許多澄江的代表性物種（如納羅蟲）在關(guān)山生物群消失了。

然而，在花垣所在的深水環(huán)境，情況卻大不相同。牛蹄塘生物群中的優(yōu)勢物種（如納羅蟲）則逃過一劫，經(jīng)歷辛斯克大滅絕后，在花垣生物群中依然繁榮。

這強(qiáng)烈暗示，辛斯克大滅絕可能主要由淺海大范圍缺氧等環(huán)境災(zāi)難驅(qū)動，而外大陸架的深水環(huán)境則在一定程度上充當(dāng)了生命的“避難所”，庇護(hù)了許多類群躲過劫難。

二是全球生物群的重大轉(zhuǎn)折：

為了從全局把握，研究團(tuán)隊對全球45個重要的寒武紀(jì)軟軀體化石群進(jìn)行了大數(shù)據(jù)分析。結(jié)果清晰地顯示：辛斯克事件之前和之后的全球動物群落面貌，存在著根本性的差異。這意味著，寒武紀(jì)演化生物群的整體結(jié)構(gòu)在這場滅絕中發(fā)生了重大“改組”或“重置”，其影響是全球性的。

三是深水區(qū)或為災(zāi)難中的庇護(hù)所與復(fù)蘇的搖籃：

分析還發(fā)現(xiàn)，花垣生物群與遙遠(yuǎn)的北美布爾吉斯頁巖生物群（同樣是深水環(huán)境）有著異常緊密的聯(lián)系。這進(jìn)一步支持了深水環(huán)境在滅絕事件中的雙重關(guān)鍵角色：它不僅是生命的避難所，庇護(hù)了眾多類群；很可能也是演化創(chuàng)新的搖籃和新物種向全球擴(kuò)散的策源地。生命在這里得以存續(xù)、革新，并最終重新播撒到更廣闊的海域。

國際權(quán)威學(xué)者Robert R.Gaines評價，花垣生物群是足以與澄江、布爾吉斯頁巖并列的全球頂級寒武紀(jì)化石寶庫。它的發(fā)現(xiàn)，如同一束強(qiáng)光，射入了顯生宙第一次大滅絕之后長達(dá)數(shù)千萬年的“認(rèn)知黑暗期”。

它不僅用無比豐富的細(xì)節(jié)復(fù)活了一個被遺忘的深海世界，更重要的是，它改變了我們對早期生命災(zāi)難與復(fù)蘇模式的理解。它告訴我們，在地球生命的青春年代，當(dāng)災(zāi)難席卷溫暖的淺海樂園時，深邃而低氧的外海可能曾默默守護(hù)著生命的火種，并為下一次輻射積蓄力量。

中國湘西山區(qū)的這些古老石板，還引領(lǐng)科學(xué)家繼續(xù)審視5億多年前那場打斷生命爆發(fā)的浩劫，為我們書寫地球生命韌性故事補(bǔ)上了至關(guān)重要的一章。在探究生命如何度過遠(yuǎn)古危機(jī)的同時，或許也能為正身處一個快速變化星球上的我們，帶來關(guān)于生存與適應(yīng)的深遠(yuǎn)思考。

（作者：曾晗、朱茂炎，分別系中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員，中國科學(xué)院院士）

原標(biāo)題：《尋回失落的寒武紀(jì)，中國科學(xué)家找到了“親歷者”》

欄目主編：張武 文字編輯：杜俊超

來源：作者：光明日報