古老的軟軀體化石

一.沒有硬骨頭，也要留在地層中

地層中的化石記錄是一個(gè)“帶有偏見的戶口調(diào)查員”，它非常偏向那些有硬骨骼的生物，不過還是有些軟體生物負(fù)隅抵抗，走入了化石記錄當(dāng)中，名留地質(zhì)歷史

△恐龍化石

提到化石，相信大家很自然地就會想到博物館中陳列的高大恐龍骨架、奇異的三葉蟲、形如羊角的珊瑚、堅(jiān)硬如石的貝殼。

這些都是遠(yuǎn)古時(shí)代動物的骨骼或硬殼經(jīng)過石化過程的產(chǎn)物。動物的硬體部分，如殼體、骨骼、牙齒等，這些部分主要由礦物質(zhì)組成，比較容易形成化石。

而動物的軟軀體大都被氧化、水解、酶化而丟失，非礦物質(zhì)的生物結(jié)構(gòu)通常都會分解得了無痕跡，難以保存為化石。想要留在化石記錄中，必須有特殊的埋藏條件才行。

生物軟軀體化石得以保存的具體環(huán)境條件可能各不相同，但它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，這就是生物活體或尸體必須迅速被掩埋，在軟體腐爛之前與腐化微生物隔離，并且快速礦化，記錄在巖層中。

保存在琥珀中的昆蟲和凍土中的猛犸象，就是其中的典型代表。

△螞蟻琥珀

科學(xué)家們通常會把地球上的地層比喻為記錄地球發(fā)展歷史的一本巨著，而化石就是這本書中的文字，記載了地球發(fā)展中各時(shí)期的生物及其生存發(fā)展?fàn)顩r。

研究化石的科學(xué)就是古生物學(xué)。古生物學(xué)的基本目的任務(wù)，就是研究地球發(fā)展歷史中的生物面貌和發(fā)展規(guī)律。

經(jīng)過近二百年的研究，人類已獲得數(shù)以億計(jì)的生物硬體化石標(biāo)本。通過這些標(biāo)本，逐漸向大家展示出寒武紀(jì)以來生物演化的總體面貌。

但是由于仍缺少直接的化石證據(jù)，還有許多生物門類的起源及演化情況仍然撲朔迷離，這也是人類正在努力探索的奧秘之一。

△蜻蜓化石

據(jù)估計(jì)，地史時(shí)期曾出現(xiàn)過的生物估計(jì)在10億種以上，而人類已發(fā)現(xiàn)的卻僅有13萬種，只占地史時(shí)期可能存在物種的萬分之一。

所發(fā)現(xiàn)的這些生物的化石多為生物硬體，而信息含量最多的軟體部分卻化為烏有。

于是，有遠(yuǎn)見的古生物學(xué)家著力尋找生物軟軀體化石。這類化石雖不多見，但能夠提供全面、可靠的生物學(xué)信息，在生物分類學(xué)及系統(tǒng)演化研究中具有舉足輕重的作用。

軟軀體化石還能夠全面準(zhǔn)確地展示生物與環(huán)境、生物與生物之間各種共生依存、取食對抗等關(guān)系。

所以人們把保存精美軟軀體的化石群稱為古生物學(xué)的寶庫，探尋生物軟軀體化石庫并深入研究便成為當(dāng)代古生物學(xué)的一個(gè)重要熱點(diǎn)。

△水母化石

二.科學(xué)觀察窗口——化石庫

寒武紀(jì)大爆發(fā)與生命起源、智能起源等共同被列為“六大自然科學(xué)難題”。而要破解寒武紀(jì)大爆發(fā)的奧秘，除了基于理論的科學(xué)猜想，更需要發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)觀察窗口——化石庫，以找到可靠的化石實(shí)證。

目前世界上發(fā)現(xiàn)的軟軀體化石庫有數(shù)十個(gè)，對古生物學(xué)者而言，最完美的、可解密寒武紀(jì)大爆發(fā)與動物門類起源的研究對象，莫過于布爾吉斯頁巖型化石庫。

01.布爾吉斯頁巖型化石庫

布爾吉斯頁巖型化石庫最早在1909年發(fā)現(xiàn)于加拿大落基山脈寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁巖中，并因此得名。

該化石庫長期在古生物學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究中“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。百余年來，此類化石庫在全球各地已發(fā)現(xiàn)50余個(gè)，但按照化石保存質(zhì)量的優(yōu)劣及化石物種多樣性的高低等標(biāo)準(zhǔn)來看，僅有加拿大布爾吉斯頁巖化石庫和1984年發(fā)現(xiàn)于我國云南省的澄江化石庫成為了“理想的頂級研究目的地”。

△布爾吉斯頁巖化石庫和澄江化石庫位置圖

02.澄江動物化石庫

80年代發(fā)現(xiàn)的我國云南澄江軟軀體化石庫，是顯生宙最古老的化石寶庫，因而其意義也最大，被稱為二十世紀(jì)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

澄江化石庫富含多門類軟體構(gòu)造化石，其中有主要體腔動物門類的祖先類型和門類間過渡類型代表，為體腔動物早期爆發(fā)式演化提供了大量研究信息。

云南澄江生物群發(fā)現(xiàn)三十幾年來，已在數(shù)十萬件化石標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了超過280個(gè)物種，研究成果28次登上Nature/Science/PNAS三大科學(xué)期刊，成為我國唯一化石地世界自然遺產(chǎn)。

△澄江動物群撫仙湖蟲

△澄江動物群中華微網(wǎng)蟲化石

△澄江動物群中華微網(wǎng)蟲復(fù)原圖

03.清江動物化石庫

2019年3月前，提起證明寒武紀(jì)生命大爆發(fā)存在的化石群，人們會想到云南澄江生物群和加拿大布爾吉斯頁巖化石庫，但今后也許會多出一個(gè)：來自中國湖北的清江生物群。

清江生物群的特色和優(yōu)勢，體現(xiàn)在新屬種比例最高、后生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態(tài)保真度最優(yōu)、原生有機(jī)質(zhì)的埋藏保存最好等五個(gè)方面，具有難以估量的研究潛力。

△清江生物群林喬利蟲化石

△清江生物群中發(fā)現(xiàn)的新物種化石

△清江生物群中發(fā)現(xiàn)的水母化石

動物的系統(tǒng)發(fā)育、營養(yǎng)動力以及關(guān)鍵進(jìn)化特征的出現(xiàn)等問題研究，依賴于發(fā)現(xiàn)更多的軟體結(jié)構(gòu)和更優(yōu)質(zhì)的形態(tài)保存，如內(nèi)臟、鰓條、脊索、神經(jīng)組織、心血管系統(tǒng)等等，然而眾所周知，這些都屬于埋藏上高度不穩(wěn)定的組織器官。

而在清江生物群發(fā)現(xiàn)的軟軀體化石，奇跡般地以原生碳質(zhì)薄膜形式保存了原始的有機(jī)質(zhì)，這里將為開展埋藏學(xué)和地球化學(xué)研究，進(jìn)而開展深入的古環(huán)境研究提供理想素材。

清江化石庫提供了無法企及的早寒武紀(jì)時(shí)期每日營生的驚人一瞥，而這一切都是未經(jīng)地質(zhì)作用“修訂”過的。

△清江生物群模擬復(fù)原圖

軟軀體化石的研究魅力就在于那些生物在被埋藏的時(shí)刻可能都還活著，它是一個(gè)“生命聚會的場所”。

就是這幾米厚的巖石單元，提供了更多關(guān)于現(xiàn)代生物圈起源的信息，而地質(zhì)科學(xué)工作的任務(wù)就是要挖掘出這些信息，告知人類。

生物軟軀體化石庫是自然界中的重要財(cái)富，對此既要認(rèn)真加以保護(hù)，更要加大力度深入研究。

未來的小科學(xué)家們，靠你們啦！

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參考文獻(xiàn)：

張興亮, 舒德干. 實(shí)驗(yàn)埋葬學(xué)及其研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 1998, 13(6):518-525.

姚洋. 早寒武世澄江化石庫中的軟軀體化石富集層研究[D]. 西北大學(xué), 2006.

王妍. 澄江化石庫中的?？麆游颷D]. 西北大學(xué), 2010.

部分素材來源于網(wǎng)絡(luò)，僅用于科普傳播

出品/錦繡科學(xué)文創(chuàng)團(tuán)隊(duì)

撰稿/石頭 編輯/ 夏玫雪