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（神秘的澄江層地球uux.cn報(bào)道）據(jù)《三聯(lián)生活周刊》（作者：薛芃）：在80年代的研究中，澄江生物群被定位在距今約5.4億年的動物的巖時期。時至今日，群劈近40年的開寒學(xué)術(shù)研究，將這個時間拉近到了約5.18億年前。武紀(jì)

澄江動物群奇蝦化石

有澄江動物群化石出現(xiàn)的地方，多伴隨大量磷礦的動物的巖出現(xiàn)
從澄江動物群開始
烈日之下，卡車一車一車地將剛采集出來的群劈磷礦原石運(yùn)出礦場。砂土黃與黛黑相間的開寒山巖被整齊地分割出層次，呈階梯狀。武紀(jì)巖石表面，澄江層又附上了一層綠色塑料織網(wǎng)，動物的巖是群劈為防止因雨水引發(fā)的石塊下滑。開采場有五六十個足球場大小，開寒拉礦的武紀(jì)紅色卡車穿行在其中，仿若科幻片里的場景。
這是一處在昆明市郊的磷礦場，上世紀(jì)80年代就開始運(yùn)轉(zhuǎn)，直到現(xiàn)在。偌大的開采場里，幾乎沒有一塊巖石會被單獨(dú)地、具體地關(guān)注，它們的命運(yùn)是被卡車集體拉走。而在礦坑的邊緣處，隱藏著一處長十多米、高5～6米的剖面，乍看之下，跟其他巖體并無分別，但用手一試便知，巖性更加脆軟，容易劈開。這塊山巖里，埋藏著大量化石，是5億多年前寒武紀(jì)時期的痕跡，也是磷礦場里特殊的存在。
2021年，礦場開啟新一輪開發(fā)，要動到這塊地層。得知消息后，云南大學(xué)古生物研究院的師生急了，他們連忙申請保護(hù)下這部分山巖。“我們能做的，只有搶救性維護(hù)。”研究員劉煜說。接下來，就是跟礦場開發(fā)的爭分奪秒，必須在15天之內(nèi)，將這一部分山巖進(jìn)行整體切割、搬運(yùn)。最終搶救出1000多卡車的巖體，在礦山的附近找到兩處空地，用來存放這些巖層，他們稱之為“堆場”。如今，這處寒武紀(jì)的原始巖層已經(jīng)混在礦山中無從辨認(rèn)，“堆場”這邊，師生和工人每日將大石塊一一劈碎，尋找著其中的化石。“這些體量的巖體，至少夠我們消化七八年。”劉煜說。
這一塊被搬運(yùn)出來的巖體，并非整個礦場中唯一有寒武紀(jì)化石的巖層，只是數(shù)量相對較多，也集中，其他地方也會有巖層零星分布著化石，但無從考察，更難以大面積開采。事實(shí)上，在昆明市周邊，還存在著不少寒武紀(jì)早期的化石遺存，根據(jù)地層的層位判斷，通常劃歸到著名的澄江動物群中，共同構(gòu)成了這個如今全球范圍內(nèi)“最早的多細(xì)胞物種集群”。
1984年7月，南京地質(zhì)古生物研究所的侯先光在云南澄江一帶進(jìn)行野外考察。他原本是要去找高肌蟲，一種體積非常小的節(jié)肢動物。在此之前的近一個世紀(jì)，為了修滇越鐵路，法國地質(zhì)學(xué)家就首次調(diào)查過澄江一帶。隨后的100年，斷續(xù)有地質(zhì)學(xué)家涉足澄江，對澄江的地層結(jié)構(gòu)做了初步分析。到了侯先光的時候，學(xué)界已經(jīng)明確知道“澄江是全球寒武紀(jì)地層的一處標(biāo)桿”，但關(guān)于古生物和化石，知之甚少。
在一如往常的野外調(diào)查中，“突然，一枚栩栩如生的標(biāo)本暴露在濕漉漉的巖石面上。這枚標(biāo)本有四五厘米長，動物向前擺動的腿肢對稱地分布在背甲之下。7月是云南的雨季，潮濕而細(xì)膩的泥巖層像是水底，那一剎那，我感覺好像這個動物在渾濁的水底游動”。侯先光提起當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)，依然激動。在他豐富的化石記憶儲備中，他想到這跟20多年前加拿大人發(fā)現(xiàn)的布爾吉斯頁巖化石群中的某個物種很像。在仔細(xì)觀察后，他發(fā)現(xiàn)并非同一物種，眼前的這枚化石，細(xì)膩地保存了軟軀體部分，后來經(jīng)過仔細(xì)鑒別，確認(rèn)是一枚納羅蟲的化石標(biāo)本。
在發(fā)現(xiàn)這塊化石之前，侯先光非常焦慮不安。十幾天在澄江的野外考察沒有任何收獲，他很苦惱：“古生物是一個以化石材料為基礎(chǔ)的學(xué)科，如果沒有化石，就意味著學(xué)術(shù)研究沒有未來。”令他沒有想到的是，眼前的這一塊化石即將開啟一個新的古生物研究時代。
在這之后，國內(nèi)寒武紀(jì)古生物學(xué)研究者紛紛來到澄江，加入澄江動物群化石的采集和研究中，其中另以南京地質(zhì)古生物研究所的陳均遠(yuǎn)和西北大學(xué)的舒德干為主，經(jīng)過近40年、兩三代人的研究，5億年前的地球生命已經(jīng)變得越來越清晰。

澄江動物群迷人林喬利蟲化石
打開寒武紀(jì)的新世界
在80年代的研究中，澄江生物群被定位在距今約5.4億年的時期。時至今日，近40年的學(xué)術(shù)研究，將這個時間拉近到了約5.18億年前。這個數(shù)字的變化，一是將澄江生物群的存在絕對時間后推了2000多萬年，二是精確到了百萬年的量級。
5.18億這個數(shù)字，是用沉積物里的鋯石來定的。鋯石是火山巖中的一類礦物，當(dāng)火山噴發(fā)時會形成各種結(jié)晶，從這一刻開始，“時間的發(fā)條就開啟了”，結(jié)晶中各種元素開始衰變。而寒武紀(jì)的年代太過久遠(yuǎn)，在這數(shù)億年中，大多數(shù)元素都衰變完了，唯有很少的元素可以留到現(xiàn)在。鋯石里含有鈾，鈾的半衰期非常長，足以支撐到現(xiàn)在，提供時間的證據(jù)。
云南大學(xué)古生物研究院研究員翟大有指出，5.18億這個數(shù)字雖然已經(jīng)相對精確，但學(xué)界也有人認(rèn)為，這很可能仍是一個“高估的年齡”，也就是說，澄江生物群可能沒有那么老。因?yàn)闇y定材料使用的鋯石并不是火山灰鋯石，而是碎屑鋯石，是從帽天山頁巖中一個剖面上截取的碎屑鋯石，它可能是形成火山灰之后通過地質(zhì)搬運(yùn)作用才形成的，因此這中間可能存在一定的時間差。如果未來能直接找到澄江動物群巖層中的火山灰，或許可以測出更準(zhǔn)確的年代。
在侯先光看來，絕對時間固然重要，但相對年代是地質(zhì)學(xué)中更重要的，也就是說，地層的順序是不會改變的，地層的形成遵循一定的秩序，這比數(shù)字上的紀(jì)年概念更重要。
在如今發(fā)現(xiàn)的多處澄江動物群的化石出產(chǎn)地，科研人員都發(fā)現(xiàn)：通常在化石層的地層之下，總會有磷礦存在。這一點(diǎn)非常有趣，也就是在巨大的磷礦場中會出現(xiàn)澄江化石的原因了。侯先光解釋說，這有可能和當(dāng)時海水的化學(xué)成分有關(guān)。在寒武紀(jì)時代，海水的含磷量增多，海洋動物的大量殼化或許也是受到海水礦物質(zhì)成分的影響。而這種推測需要更具體的研究去支撐，不可否認(rèn)的是，云南是磷礦大省，尋找澄江化石的研究者都會先跟磷礦打交道，去看當(dāng)?shù)亓椎V的地層，就相對比較容易找到。
在澄江動物群形成的諸多原因中，磷礦是有所關(guān)聯(lián)，但未必是直接影響。侯先光解釋道：“澄江化石形成有三個重要條件：一是動物沒死或剛死時，快速被泥沙封存；二是沒有其他生物的擾動；三是這里可以保持長期穩(wěn)定的缺氧環(huán)境，化石不易遭受破壞，才能形成我們所說的精品標(biāo)本。”

澄江動物群的發(fā)現(xiàn)者、云南大學(xué)古生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)辦人侯先光
從寒武紀(jì)地球的版圖來看，澄江處在淺海大陸架的位置，有關(guān)澄江動物群的形成，在學(xué)界仍有一個爭議，爭議的焦點(diǎn)在于：它究竟是意味著寒武紀(jì)時代物種多樣性急速增加，還是只是一個特殊的埋藏性結(jié)果？
翟大有帶領(lǐng)學(xué)生對澄江一帶的地層做了更深入的調(diào)查。在地質(zhì)學(xué)上，有一個“事件層”和“背景層”的概念。所謂事件層，就是當(dāng)時發(fā)生了某個特殊事件，可能是某種自然性災(zāi)害，導(dǎo)致地層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；而背景層就是隨著時間推移的正常沉積，日復(fù)一日的緩慢沉積。事件層與背景層的面貌很不一樣。翟大有在一處9米高的剖面里，就發(fā)現(xiàn)有幾百個事件層，這就說明當(dāng)時的沉積環(huán)境非常不穩(wěn)定，而這種沉積事件是形成澄江埋藏的先決條件。
在云南大學(xué)研究員馬曉婭的最新研究中，她對澄江化石出產(chǎn)地層的完整巖芯進(jìn)行了詳細(xì)的沉積構(gòu)造和沉積微相研究，她認(rèn)為當(dāng)時的澄江一帶是三角洲前緣淺海環(huán)境，氧含量充足，營養(yǎng)豐富，間歇性的風(fēng)暴流將澄江動物群分子搬運(yùn)到毗鄰的缺氧或少氧的深水環(huán)境埋藏并保存下來。由于淺水三角洲環(huán)境較為動蕩，這些早期生物能耐受強(qiáng)烈的鹽度波動和快速的沉積物堆積。與此同時，這些不穩(wěn)定的環(huán)境壓力也可能有助于早期動物的適應(yīng)性輻射。在種種推論和研究下，澄江形成了保存有寒武紀(jì)軟軀體化石的特異埋藏。

澄江動物群奇麗灰姑娘蟲化石
看到那些曾經(jīng)看不到的結(jié)構(gòu)
經(jīng)過30多年的研究，學(xué)界已經(jīng)對澄江動物群中的大多數(shù)進(jìn)行了辨識和分類，初步記錄下它們的形態(tài)學(xué)特征。這些成果匯集在一起，已經(jīng)足以呈現(xiàn)寒武紀(jì)早期生命的大致面貌，人們可以根據(jù)這些研究，初步繪制出一幅寒武紀(jì)的海洋圖景：在浩瀚無垠的淺海區(qū)域，大量藻類植物襯托著各類微小動物，它們大多只有幾厘米長，有的有厚殼，有的有節(jié)肢，有的是蠕蟲狀，它們大多在海洋的最底部活動，體長最大的奇蝦統(tǒng)治著這個海底王國，看似風(fēng)平浪靜，實(shí)則暗流涌動，海洋中優(yōu)勝劣汰的生存法則已經(jīng)逐漸形成。
然而，在這幅宏觀圖景之中，具體到每一個物種究竟是怎樣的具體構(gòu)造？它們真的如想象一般，只是構(gòu)造低級的簡單動物嗎？又與現(xiàn)生生物之間存在著怎樣的關(guān)聯(lián)？當(dāng)寒武紀(jì)古生物研究發(fā)展到一定程度，該如何再往前走，如何能從宏觀視角走向微觀，如何能讓微觀研究做到更微觀、更具體，突破口是技術(shù)設(shè)備。
2015年，還在德國慕尼黑大學(xué)任教的劉煜發(fā)表論文，首次將顯微CT技術(shù)引入澄江生物群化石研究中。一年之后，他回到母校云南大學(xué)古生物研究院任教，跟他同時到來的，是學(xué)校剛剛為這個重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重金添置的一臺顯微CT設(shè)備。在這之后，澄江動物群化石的研究開啟了一個肉眼難及的微觀世界。
在云南大學(xué)呈貢校區(qū)的古生物研究院，我們見到了這臺設(shè)備。其實(shí)對于許多領(lǐng)域來說，它并不是一臺多么稀有的設(shè)備，在醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、微電子、精密儀器等各領(lǐng)域都有所應(yīng)用，但用在古生物領(lǐng)域里來研究化石，在國內(nèi)尚屬少見。在顯微CT的觀測下，依賴化石內(nèi)部的密度差，掃描成像時可以將不同密度的物質(zhì)區(qū)分出來，從而更精細(xì)地提取出化石中的有效信息。“但這并不意味著，顯微CT適用于所有化石，它對化石的密度差有一定要求。幸運(yùn)的是，澄江化石的形成經(jīng)歷過一個很重要的黃鐵礦化的過程，也就是說，在動物軀體的表面，附著著一層特有的黃鐵礦，這樣就可以與化石周邊的圍巖很好地區(qū)分開來，從而在CT掃描的過程中，過濾掉圍巖雜質(zhì)，更精準(zhǔn)地提取出動物樣本。”劉煜說道。

云南大學(xué)古生物研究院研究員劉煜
在實(shí)際操作時，這一節(jié)肢動物。當(dāng)比例一直放大，小蟲的各個部位越來越精細(xì)，頭部逐漸占滿屏幕，觸角、腿肢分節(jié)逐漸清晰。這是根據(jù)四五個小時不斷360度掃描，由多方位二維圖像拼接出的三維圖像。
由于寒武紀(jì)年代久遠(yuǎn)，動物生命個體又比較小，如今可見的化石多呈二維平面，被壓扁在巖縫中。但在CT掃描下，科研人員第一次看到立體、完整的澄江化石。“最令人驚喜的，是可以看到動物還埋在巖石內(nèi)部的那一面的信息。我們現(xiàn)在在做的，就是在不破壞外表的情況下，看清楚動物的三維結(jié)構(gòu)。這在侯老師那一輩是無法想象的，他們只能用鋼針一點(diǎn)點(diǎn)地剔除圍巖。”
在實(shí)驗(yàn)室的架子上，擺放著那只掃描出的林喬利蟲——一只僅有7毫米長的微小動物，僅用肉眼或光學(xué)顯微鏡都無法更清晰地分辨出它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在澄江生物群中，節(jié)肢動物占70%左右，是數(shù)量最龐大的一類。除了動物身體上的殼之外，分節(jié)的腿肢是它們身上的特殊結(jié)構(gòu)，也被看作是早期生命難得保存下來的軟體結(jié)構(gòu)。它們的身體和腿肢是分節(jié)的，有外骨骼。在外骨骼的保護(hù)之下，就會進(jìn)化出支撐活動的肢體分節(jié)，所以從軀干和腿肢都能看出來，它有關(guān)節(jié)化。而很多分節(jié)的腿肢是藏在殼下的，也就是說它在化石上的表現(xiàn)往往是只能看到殼甲，但無法辨認(rèn)出隱藏在殼甲下面的分節(jié)的腿肢。
當(dāng)澄江動物群的研究從形態(tài)學(xué)進(jìn)階到化石精細(xì)形態(tài)學(xué)之后，研究又該走向哪里？首先，是很多物種需要被拿出來重新研究，進(jìn)行CT掃描、虛擬解剖，以積累更精細(xì)的基礎(chǔ)資料。“因?yàn)樾螒B(tài)學(xué)是古生物的基礎(chǔ)，只有知道形態(tài)，才能去進(jìn)一步分析它的分類、系統(tǒng)發(fā)育，知道生態(tài)環(huán)境、演化過程等信息，并與現(xiàn)生生物進(jìn)行比對，才能衍生出更多的科學(xué)問題”。翟大有指出，他個人研究的是雙瓣殼，就非常依賴于動物結(jié)構(gòu)的精細(xì)化處理。
“現(xiàn)在我們很多精力都集中在系統(tǒng)發(fā)育的研究上，就是怎么搭建生命樹，將寒武紀(jì)時代的動物和現(xiàn)生生物在形態(tài)學(xué)上作比較，從而完善演化鏈條。比如一個常見的對比是：我們經(jīng)常提到泛甲殼類與現(xiàn)生的昆蟲和蝦、蟹一類，它們是個什么樣的關(guān)系、有沒有親緣關(guān)系、是不是一家？澄江動物群中的某些物種是不是一些現(xiàn)生泛甲殼類最早的祖先？它們又是什么時候從節(jié)肢動物的生命樹上‘分家’的？這些都是問題。”翟大有說道。

學(xué)生正在用高倍光學(xué)顯微鏡觀察標(biāo)本
還原原始的生物多樣性
隨著化石精細(xì)形態(tài)學(xué)的發(fā)展，我們曾經(jīng)搭建出的那個寒武紀(jì)海洋圖景會有所變化嗎？又或者，是否可以做得更細(xì)化？在地球46億年的生命中，寒武紀(jì)之前的38億年只有單細(xì)胞動物，到了5億多年前，地球僅用了四五千萬年的時間，發(fā)展出了如今動物界的原始模樣。玉溪師范學(xué)院古生物研究中心主任陳愛林指出，“澄江動物群代表了地球生物多樣性的起源”。
1996年開始，陳愛林就投身澄江動物群的研究，先后參與了澄江化石地自然博物館和玉溪師范學(xué)院古生物研究中心的建立。他指出，生物多樣性中很重要的一點(diǎn)是物種多樣性，即物種數(shù)量的增加。“其實(shí)澄江動物群的面貌就代表著物種多樣性的頂級增加。所謂頂級增加，是指在微小的、細(xì)微差別的物種層面上，物種數(shù)量是很多的。比如現(xiàn)在的地球上，有幾千萬種物種。當(dāng)然，澄江沒有那么多，但是它代表了這些物種最初的源起。”在澄江動物群的化石中，顯示出寒武紀(jì)的生命是“從‘門’一級開始成型的，當(dāng)‘門’定型之后，各物種才繼而形成之下的綱、目、科等等，這是一個自上而下的演化模式，相當(dāng)于將動物的最頂級物種設(shè)計(jì)完成了”。
此外，生物多樣性的重要基礎(chǔ)是遺傳多樣性，但是遺傳多樣性涉及基因的多樣性，基因的多樣性體現(xiàn)在分子層面，這個在5億年前的澄江動物群化石中很難體現(xiàn)。“但實(shí)際上我們從宏觀結(jié)構(gòu)去觀察，基因家族越多，那么最終做物種的表達(dá)就會差別比較大，也就是物種的外形、形態(tài)、結(jié)構(gòu)會形成豐富的面貌。”陳愛林說。
接下來，就會衍生出有關(guān)生態(tài)多樣性的討論，當(dāng)這些生命同時生存在寒武紀(jì)的海洋中時，競爭關(guān)系、共生關(guān)系、親屬關(guān)系也就隨之產(chǎn)生。順著陳愛林的思路可以想見，在澄江動物群中儼然已經(jīng)形成了一個金字塔式的食物鏈，那么我們能否通過現(xiàn)有的材料，去搭建出這個寒武紀(jì)時代的食物鏈呢？陳愛林給出的答案是：目前還不能。
從現(xiàn)有的材料來看，奇蝦是公認(rèn)的寒武紀(jì)海洋霸主。有國外數(shù)據(jù)顯示，目前已知的最大奇蝦可達(dá)到2米長左右，但這并不是一塊完整的化石，而是通過局部化石推測而來。十幾厘米的奇蝦更常見，幼蟲化石也只有幾厘米，在幾千萬年的時間進(jìn)程中，奇蝦也在不斷演化。全球各處的化石都顯示出，從體量上來看，奇蝦的確是當(dāng)時海洋中最大的生命體。奇蝦與現(xiàn)在的蝦無關(guān)，是當(dāng)時一種肉食性的節(jié)肢動物。當(dāng)奇蝦占據(jù)了食物鏈的頂端時，底端則是海洋中僅有的植物——藻類。
奇蝦與藻類之間，隔著其他各個門類的物種。“除非有具體化石顯示出物種之間的捕食關(guān)系，否則，我們很難從中推斷出到底誰和誰之間是捕食與被捕食的關(guān)系。但是，我們可以通過物種的大小，或附肢結(jié)構(gòu)等軀體的具體構(gòu)造來推斷，可能某個物種是相對高級的捕食者，可能在食物鏈的相對上端。”這其中就包括一個外形可愛的物種——等刺蟲。
從外形上看，等刺蟲形似一個頭盔，在巖石上比較好辨認(rèn)，事實(shí)上，這個“頭盔”是等刺蟲軀體上厚重的外殼，因此它具備較強(qiáng)的防御能力。等刺蟲通常具雙瓣殼或者單一甲殼，且殼瓣兩端向外延伸各自形成前、后背刺。目前云南大學(xué)保存的澄江動物群化石中，約有1000塊等刺蟲化石，當(dāng)然其中很多是局部的殘片。在一些清晰的化石上，用肉眼就可以看到它的附肢上甚至有一排細(xì)微的小刺，這說明它又具備一定的攻擊性，以及這是它主要的捕食工具。新近的研究顯示，這種擁有大附肢的等刺蟲，很可能是依賴視覺進(jìn)行捕食的動物。種種佐證都可以說明，等刺蟲在當(dāng)時的海洋中是捕食者的地位。
“它或許不是那么強(qiáng)壯的捕食者，也許只是一個二級捕食者。我們說奇蝦高級，但奇蝦也有濾食的，就像藍(lán)鯨一樣，我們曾經(jīng)一直以為鯨魚是捕食性的或者是食物鏈上比較高、消費(fèi)層級比較高的海洋生物，但其實(shí)它不是吃那種比較大的魚，而是濾食性的。奇蝦也有這種特點(diǎn)，濾食微小生物或者微生物。因此可以看出，當(dāng)時的海洋生態(tài)應(yīng)該是復(fù)雜且較發(fā)達(dá)的。”翟大有補(bǔ)充說道。