云南小县城发掘的1块化石 让全球生物起源时间向前推了几千万年

化石

(西北大学保存的寒武纪生物化石,图片来源于Phys.org)

地球上的动物发源于什么时代?一种叫做Stromatoveris psygmoglena的寒武纪生物化石或许将揭晓谜底。

埃迪卡拉纪是公认的研究动物起源问题的关键,因为这个时期在距今6.35-5.42亿年前,正好是在在5.41亿年前的“寒武纪生命大爆炸”之前,许多早期动物化石都是出现在这个时候。

20世纪,古生物学家们首次发现了埃迪卡拉纪的大型化石。找到5亿年前的生物固然另学者们感到兴奋,但是它却没能解决实际问题,甚至还引发了一场争论。原因无他,只因为这些生物的化石大多长得像几米长的叶子,生物学家们对它们到底是植物还是动物,一直争执不休。

不过,在发现Stromatoveris psygmoglena后,这个问题的答案即将被揭晓。通过将埃迪卡拉生物群的成员与计算机进化关系分析中的其他一些群体进行比较,生物学家发现,无论是埃迪卡拉纪的化石,还是寒武纪时期数量和多样性都呈现爆发性增长的动物群体,都和Stromatoveris psygmoglena存在关键联系。

截至目前,全世界仅一处发现了古老的Stromatoveris psygmoglena化石——中国澄江县。而这个小县城,因为在当地发掘的“澄江动物化石群”闻名国际科学界,被称为“世界古生物圣地”。这一保存异常完好的寒武纪化石群,也被国际古生物学界誉为“二十世纪最惊人的科学发现”。

一般情况下,经过数亿年的风吹雨打,出土的化石只能保存最坚硬的贝壳或骨头部分,但澄江发掘的化石中,不仅有动物骨骼,还保存着软体动物的遗骸,如木鳖。从2006年发掘8件Stromatoveris psygmoglena化石开始,中国西北大学的研究人员陆续发掘了超过200个新的该生物化石,时期均在寒武纪及之前。

在早期的研究中,最让研究人员不解的是,埃迪卡拉纪的这些化石是如何保存下来的?这些化石上常常带有弯曲、扭曲和撕裂的印痕,这代表它们本身是没有坚硬外壳的软体生物。所以,这些生物本体往往都在历史长河中消失,只在沉积物化石中留下足印一般的霉菌。

而澄江县发掘的Stromatoveris psygmoglena化石珍贵之处在于,它们保留了部分碳基组织,使我们能够看到身体细节和内部解剖结构。

之后,东京理工大学和剑桥大学利用观测数据,通过解剖学和进化关系模型,将新发现的Stromatoveris psygmoglena化石与早期埃迪卡拉纪化石进行了比较。这也是第一次对埃迪卡拉生物群和一系列其他生物之间的关系进行分析,包括被称为原生动物、藻类、真菌的单细胞生物,以及包括Stromatoveris psygmoglena在内的9种动物。这项分析使用了80多张单个化石标本的照片来比较这些生物的解剖特征。

分析结果表明,Stromatoveris psygmoglena和埃迪卡拉纪生物群的7种关键生物有着非常相似的解剖结构,比如都有多个分枝状的叶子,像海藻一样向外辐射。换句话说,它们都属于一个早期物种Petalonamae。这个名字的意思是“Nama Petals(那马花瓣)”,用来纪念生物学家普夫卢格(Hans Pflug)和他在纳米比亚埃迪卡拉生物群上的研究成就。

关于埃迪卡拉生物群和Stromatoveris psygmoglena的新发现,对研究动物起源有重要的意义。根据这些新证据,一些关于早期动物进化的旧观点可能需要修正。简单说,埃迪卡拉生物群被确认为动物后,它们就将成为地球上最早的动物,动物起源至少可以追溯到这些化石出现的时候。这动物中最古老的成员被称为“rangeomorphs”,出现在大约5.71亿年前的埃迪卡拉纪晚期的化石记录中。

这意味着早在寒武纪生命大爆炸之前,动物物种就已经多样化了。这也意味着,古生物学家们对动物起源时间的探索,应该再向前调整至埃迪卡拉纪早期,甚至更古老的地质时期。

此外,这项研究对Petalonamae类生物的生态和最终的灭绝也有重要意义。在化石发掘物种中,埃迪卡拉纪和后来的寒武纪之间存在一个空白,这使一些研究人员认为埃迪卡拉纪末期出现了一次小型灭绝事件,其中一种灭绝生物就是Petalonamae。不过,Stromatoveris psygmoglena被归入Petalonamae类生物,意味着这种生物一直延续到了寒武纪前2000万年内。

更有趣的是,目前已经发现了200多块Stromatoveris psygmoglena化石,这表明该物种是寒武纪时期浅海生态系统的重要成员,而不是某种稀有物种或前一时代的少数遗民。这可能意味着Petalonamae类生物生物比以前古生物学家们认为的,更能适应寒武纪的变化,抑或埃迪卡拉纪动物本身就比以前认为的更加先进。

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