國(guó)際首次！我國(guó)科學(xué)家揭示顯生宙第一次大滅絕事件的面紗

地球漫長(zhǎng)的生命期分為隱生宙和顯生宙階段，大約在5.39-4.87億年前，開啟了顯生宙的第一個(gè)紀(jì)元“寒武紀(jì)”，這次地球-生命系統(tǒng)演化史上的偉大創(chuàng)新事件就是“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。然而好景不長(zhǎng)，在大約5.13億年前，寒武紀(jì)生命大爆發(fā)被顯生宙第一次生物大滅絕事件打斷，這次大滅絕事件被稱為辛斯克事件。

然而，因?yàn)槿狈ο鄬?duì)完整的化石證據(jù)，有關(guān)顯生宙第一次大滅絕事件對(duì)全球海洋生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)影響如何，學(xué)界并不清楚。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等相關(guān)團(tuán)隊(duì)，在湘西發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)“花垣生物群”，在國(guó)際上首次揭示了此次大滅絕事件的神秘面紗。相關(guān)成果于北京時(shí)間今天（1月29日）發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。顯生宙第一次生物大滅絕時(shí)期，生物到底經(jīng)歷了什么？

花垣生物群，位于湖南省湘西土家族苗族自治州花垣縣境內(nèi)，2020年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，目前累計(jì)采集到的化石標(biāo)本超過(guò)5萬(wàn)多塊。中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎團(tuán)隊(duì)接到其中一部分化石標(biāo)本后，意識(shí)到這些化石標(biāo)本保存好、發(fā)掘潛力大，科學(xué)價(jià)值重大，隨即組織隊(duì)伍開展了持續(xù)五年的野外發(fā)掘和系統(tǒng)的化石采集工作。在外人看來(lái)枯燥又艱苦的野外發(fā)掘工作，在中國(guó)科學(xué)院南京古生物所副所長(zhǎng)、研究員趙方臣眼里，卻有著拆盲盒的樂(lè)趣。

趙方臣：對(duì)我們搞地學(xué)的這種談不上艱苦，我們?nèi)ネ诨且环N非常開心的一件事情。當(dāng)然，你不知道下一錘你會(huì)敲出什么東西，這個(gè)就相當(dāng)于開盲盒似的，然后不斷去挖掘，因?yàn)槲覀冎肋@個(gè)地方肯定是有化石。所以野外的時(shí)候一般需要像我們工作經(jīng)驗(yàn)比較豐富的，打開之后，下一眼就看出是個(gè)新的。這種野外的系統(tǒng)性采集，有時(shí)候你也不能急，你要一層一層地去采，而且每天要做好各種記錄。野外的工作很重要，是直接獲得我們化石證據(jù)最直接的手段。

開展花垣生物群化石發(fā)掘的中國(guó)科學(xué)院南京古生物所野外科考隊(duì)

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)花垣生物群所屬時(shí)代屬于辛斯克滅絕事件之后的寒武紀(jì)第四期，價(jià)值非凡。團(tuán)隊(duì)果然打開了“盲盒”中多個(gè)“隱藏款”：他們從早期階段采集的8681件動(dòng)物化石個(gè)體中識(shí)別出了153個(gè)動(dòng)物物種，其中59%代表了新物種。花垣生物群既保存了包括奇蝦類在內(nèi)的完整動(dòng)物個(gè)體，又保存了柱頭蟲等多種全身軟體的動(dòng)物，同時(shí)展現(xiàn)出高保真度的軟軀體生物學(xué)結(jié)構(gòu)，比如腸道、消化腺等組成的消化系統(tǒng)，視神經(jīng)、腹神經(jīng)索在內(nèi)的神經(jīng)組織，以鰓為代表的呼吸器官等等。通常而言，相比于具有骨骼和外殼的動(dòng)物，軟軀體動(dòng)物的化石很難被保存。那么，這些化石為什么能被這么清晰保存下來(lái)？

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院南京古生物研究所研究員 朱茂炎：這個(gè)過(guò)程我們現(xiàn)在認(rèn)為一個(gè)基本的共同特點(diǎn)，就是這些化石都保存在細(xì)顆粒的快速的沉積物里面，它是一個(gè)沉積過(guò)程非常快的，那么對(duì)外界的隔離程度比較大，由于整個(gè)海底又比較缺氧，沒(méi)有生物的擾動(dòng)和捕食，所以生物一旦被快速的沉積物裹進(jìn)去以后，它的降解就會(huì)減慢，所以保存的機(jī)會(huì)就比正常的環(huán)境要大得很多。

花垣生物群代表性軟軀體動(dòng)物化石：從左至右、從上至下依次為開腔骨、海綿、櫛水母、蠕蟲、奇蝦類、娜羅蟲、爬胃蟲、被囊動(dòng)物、分類不明囊狀動(dòng)物

花垣生物群展現(xiàn)了一個(gè)具有復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的深水動(dòng)物群落，這些生物在寒武紀(jì)時(shí)期生活在外大陸架深水環(huán)境。中國(guó)科學(xué)院南京古生物所澄江站站長(zhǎng)、副研究員曾晗表示，作為地球上最早的巨型動(dòng)物和頂級(jí)捕食者，多樣的奇蝦類動(dòng)物在花垣生物群中的發(fā)現(xiàn)，表明存在一個(gè)具有復(fù)雜捕食關(guān)系的食物網(wǎng)。

曾晗：我們?cè)诨ㄔ锶汉浼o(jì)的深水動(dòng)物群落中，實(shí)際上能夠明顯發(fā)現(xiàn)浮游和游泳的動(dòng)物占比比較高，這種特征實(shí)際上和我們現(xiàn)代海洋中的深水動(dòng)物群落也是相似的。同時(shí)，我們?cè)谶@里面又發(fā)現(xiàn)了目前已知最早的，而且是高度多樣的，類似于樽海鞘的這種浮游的被囊動(dòng)物。在現(xiàn)代海洋中，樽海鞘實(shí)際上在海洋的生物碳泵中發(fā)揮了很重要的作用，它可以將海洋中懸浮的這些有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成更大的糞球粒，加速了海洋的有機(jī)碳的埋藏，對(duì)我們?nèi)虻奶佳h(huán)實(shí)際上是發(fā)揮了重要的作用。表明寒武紀(jì)的時(shí)候已經(jīng)出現(xiàn)了類似于我們現(xiàn)代海洋的這種生物碳泵的機(jī)制，對(duì)我們了解寒武紀(jì)時(shí)期全球碳循環(huán)也是具有重要的啟示意義。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖（楊定華繪制）

花垣生物群大量的深水動(dòng)物群落的發(fā)現(xiàn)也表明，辛斯克滅絕事件對(duì)淺水軟軀體生物群造成了重大影響，而對(duì)深水生物群的影響有限。

朱茂炎：淺海的生物群一般情況下都是多樣性的，現(xiàn)代海洋一樣的，多樣性最高的地方都在淺海上或者生物礁的這些生物，它的運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，它消耗氧的能力比較多，它的營(yíng)養(yǎng)要求也比較高。所以一旦生態(tài)危機(jī)發(fā)生以后，特別是缺氧，營(yíng)養(yǎng)貧乏，對(duì)這些淺海生物群的破壞是非常明顯。但是對(duì)深海來(lái)說(shuō)，它本身含氧量比較低，營(yíng)養(yǎng)也比較弱，所以它的生態(tài)承受壓力能力比較強(qiáng)。所以一旦生態(tài)危機(jī)來(lái)了以后，深海生物群承受的生態(tài)壓力的能力，比別的淺海生物群好得很多。

此外，花垣生物群中還意想不到地產(chǎn)出了一些寒武紀(jì)中期遠(yuǎn)在北美的布爾吉斯頁(yè)巖生物群中的代表性分子。曾晗表示，在寒武紀(jì)時(shí)期，華南板塊與北美勞倫大陸被泛大洋分開，距離超過(guò)半個(gè)地球，這些運(yùn)動(dòng)能力、生態(tài)類型、生活史等不同的動(dòng)物在花垣生物群中的存在，表明該時(shí)期寒武紀(jì)海洋動(dòng)物存在長(zhǎng)距離跨洋擴(kuò)散的機(jī)制。

曾晗：我們?cè)诨ㄔ锶褐邪l(fā)現(xiàn)各種各樣不同運(yùn)動(dòng)能力、不同生活史、不同生態(tài)類型的這樣一些動(dòng)物，它們實(shí)際上都實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離的跨洋擴(kuò)散。這就說(shuō)明我們?cè)诤浼o(jì)時(shí)期，實(shí)際上像動(dòng)物這些幼蟲也是隨洋流進(jìn)行擴(kuò)散的這樣一種機(jī)制。

總的來(lái)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)基于花垣生物群的發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之后關(guān)鍵時(shí)段全球頂級(jí)軟軀體化石群缺失的空白，揭示了顯生宙第一次生物大滅絕事件前后全球海洋生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，同時(shí)表明外大陸架深水環(huán)境在滅絕事件前后扮演了生物避難所、演化創(chuàng)新起源地的重要角色。曾晗表示，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于我們理解現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)變化具有重要意義。

曾晗：從小的方面來(lái)說(shuō)，我們現(xiàn)代動(dòng)物界里面，實(shí)際上絕大多數(shù)動(dòng)物它也是軟體的，那么我們?cè)诤浼o(jì)發(fā)現(xiàn)這些早期動(dòng)物，它們的這些軟軀體結(jié)構(gòu)為我們解答現(xiàn)代這些動(dòng)物門類的起源和早期演化具有很重要的意義。那么，往大的方面說(shuō)，因?yàn)槲覀兂Ｒ?guī)的化石記錄是很難保存這樣的軟軀體的結(jié)構(gòu)，我們只有發(fā)現(xiàn)像這樣的軟軀體的特異埋藏化石群，才真正能夠很好地真實(shí)反映當(dāng)時(shí)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)、整個(gè)動(dòng)物群落的一種面貌。

研究團(tuán)隊(duì)指出，受全球環(huán)境變化和人類活動(dòng)的影響，當(dāng)今地球可能正在發(fā)生“第六次生物大滅絕”事件。朱茂炎認(rèn)為，揭示顯生宙第一次生物大滅絕的過(guò)程和機(jī)制對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)生物多樣性演化具有重要科學(xué)意義。

朱茂炎：這次大滅絕我們主要是揭示了一個(gè)重要的現(xiàn)象，就是在淺海的海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了明顯的重大的生態(tài)重創(chuàng)，但是在深海的一些生態(tài)系統(tǒng)的影響并沒(méi)有想象那么大，相對(duì)于后面的5次大滅絕。每一次大滅絕的過(guò)程都不太一樣，但是揭示這次大滅絕過(guò)程以后，會(huì)對(duì)每一次大滅絕重新認(rèn)識(shí)。我們?nèi)祟惉F(xiàn)在活動(dòng)對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)造成了顯著的影響，生態(tài)危機(jī)頻頻，我們可以從地球歷史上大滅絕的這些過(guò)程去科學(xué)地認(rèn)知，這樣的話我們就能知道到底不同的生態(tài)危機(jī)是什么原因形成的，它的影響程度在哪里，在哪些地方受到影響，這些都是給我們帶來(lái)了一些很好的啟示。

（中國(guó)之聲）