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《自然-生态与进化》:寒武纪海洋群落生态最新研究成果

本研究新发现的海晏剖面的地理位置及剖面照片。

本研究新发现的海晏剖面的地理位置及剖面照片。

A.产自海晏新剖面的幼体标本;B.产自海晏和海口剖面的周小姐虫化石数量与体长的对比。

A.产自海晏新剖面的幼体标本;B.产自海晏和海口剖面的周小姐虫化石数量与体长的对比。

A.产自海晏新剖面的幼体标本;B.产自海晏和海口剖面的周小姐虫化石数量与体长的对比。

产自海晏新剖面的各类动物卵化石。

产自海晏新剖面的各类动物卵化石。

塔形图表,显示三个主要澄江生物群剖面(海晏、马房和安宁)与布尔吉斯生物群的代表地点Walcott采石场种属多样性和个体丰度的对比。

塔形图表,显示三个主要澄江生物群剖面(海晏、马房和安宁)与布尔吉斯生物群的代表地点Walcott采石场种属多样性和个体丰度的对比。

(神秘的地球uux.cn报道)据云南大学古生物研究院(供稿:杨显峰):云南大学古生物研究院联合美国宾夕法尼亚大学、中国科学院南京地质古生物所科研人员,在寒武纪早期古群落年龄结构空间分异机制方面取得重要研究进展。研究成果“A juvenile-rich palaeocommunity of the lower Cambrian Chengjiang sheds light on palaeo-boom or palaeo-bust environments”于2021年6月28日北京时间23:00在生态学与进化领域国际权威期刊《自然-生态与进化》(Nature Ecology & Evolution,IF:12.54)在线发表。云南大学为第一通讯单位,古生物研究院杨显峰为第一作者,刘煜研究员和翟大有研究员为合作作者,杨显峰和美国宾夕法尼亚大学研究人员Kimmig Julien为该论文共同通讯作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-021-01490-4。

本文报道了云南大学古生物研究院科研人员在昆明附近的海晏地区发现的一个新的澄江生物群化石产出剖面(插图1)。经过四年多艰苦的野外考察和挖掘工作,海晏特异埋藏化石库(Haiyan Lagerstätte)产出了极其丰富的不同门类的早、中期个体发育阶段的化石标本,其中甚至包括了许多呈三维立体保存的卵化石。目前采集到的标本包含118个物种,被归入至少13个门类:藻类、海绵动物、节肢动物、蠕形动物、叶足动物、腕足动物、内肛动物、刺胞动物、栉水母类、软舌螺类、半索动物、脊索动物和疑难类等。其中,以节肢动物、蠕形动物、海绵动物和腕足动物数量居多,这一特征与包括澄江生物群在内的其他布尔吉斯页岩类型生物群类似。此外,研究团队还发现了相当数量的新物种(12%),与冈瓦纳和劳亚古陆的相关类群非常相似,为寒武纪时期古地理、古环境的研究提供了重要的化石证据。

先前的研究表明,在澄江生物群这样的寒武纪布尔吉斯页岩类型的沉积地层中,大多数化石标本是成年和亚成年个体,而处于个体发育早、中期的幼体标本极其稀少,这一现象长期困惑着科研人员。一般来说,澄江生物群中的节肢动物身体长度通常在8-30mm范围,小于5mm 的节肢动物化石标本非常罕见。然而,本次报道的海晏剖面却以产出大量幼体标本为其特色(插图2A),其中甚至有大量罕见的卵化石(插图3)。以澄江生物群中常见的节肢动物长尾周小姐虫Misszhouia longicaudata为例,体长小于8mm的标本占该产地该物种标本总数的43.3%。在海口耳材村剖面,该比例仅为13.7%(插图2B)。海晏地区异常丰富的幼体标本对将来解决一些令人困扰的寒武纪疑难生物类群的分类和进化问题,以及“寒武纪大爆发”时期非三叶虫类节肢动物发育模式的研究提供了十分珍贵的研究素材。

在定量古生物学对比研究及古地理结构数据重建等多重分析手段基础上,研究团队发现不同地点澄江生物群化石组合的取食策略,在总体趋势相同的情况下又各具“地方特色”,而且在寒武纪早期的古昆明湾内,不同化石组合古地理位置具一定差异(相对水体的深浅)。研究团队还发现,海绵和藻类作为可能的食物资源和庇护所,在海晏特异埋藏化石库中极为丰富。

综合定量古生物学分析结果以及古生态、古地理等影响因素,研究团队指出,海晏特异埋藏化石库很可能是迄今最早的古育儿所(Paleo-nursery)的化石记录。然而,海晏特异埋藏化石库中早、中期个体发育标本的丰富程度也不排除另一种可能,即当时该地区的古环境在有利和不利条件之间快速地波动,这主要由于周围氧气供应、古海水盐度或其他外部因素的变化所导致。当一些生物个体已经侵入该地区并开始繁殖后,伴随灾难事件快速发生,不利环境出现,大型个体迅速逃离,而运动能力相对较弱的幼体、亚成体则被大量埋葬。此外,季节性的迁徙行为(取食或者繁殖生态)、固有的种群动态、动态的生命周期等因素也有可能导致幼体社区的保存。这方面更深入的研究有待开展。

海晏特异埋藏化石库提供了一个深入了解年龄结构空间分异机制的独特窗口,也是了解不同沉积环境中软躯体化石的保存机制、以及潜在的变态发育起源等问题难得的机会。这些信息不仅有助于进化生物学研究的开展,而且还可能有助于回答重要的宏进化问题。未来这一地区地球化学、沉积学和埋藏学的深入研究,将有助于进一步澄清这种独特的幼体群落在澄江生物群中得以保存的机制。这项研究,对寒武纪早期海洋生态系统的复杂性和生物多样性,以及不同区域生物群落与海洋环境的相互作用获得了更深入的认识(插图4),并对寒武纪早期古海洋群落年龄结构空间分异机制有了一个较好的理解。

寒武纪早期海洋生态系统的起源及其复杂性是生命科学领域和地球科学领域共同关心的重大科学问题。本研究进一步表明,作为早期生命演化和寒武纪生命大爆发最重要的化石记录之一,享誉中外的澄江生物化石群必将为这一系列重大科学问题的研究提供持续的动力。

该研究获得国家自然基金(41062001, 41562001),地层和古生物学国家重点实验室开放基金(20191101),中国科学院地质与地球物理研究所(No. IGGCAS-201905),国际地球科学项目(IGCP668,Equatorial Gondwanan History and Early Palaeozoic Evolutionary Dynamics)等项目资助。

相关报道:科学家发现5亿年前化石库 内有大量“幼崽”标本

(神秘的地球uux.cn报道)据新华社昆明7月22日电(记者 宋晨、金地):记者从云南大学获悉,由中外科学家组成的研究团队在云南昆明附近一处约5亿年前的寒武纪“化石宝库”,发现了大量海洋生物幼体标本,更有罕见的卵化石。

主导此项研究的云南大学古生物研究院杨显峰博士告诉记者,这个新发现的远古海洋群落名为“海晏特异埋藏化石库”。目前,研究人员在此地已采集到118个物种,至少属于13个门类,包括海绵动物、节肢动物、蠕形动物、腕足动物等,并发现了相当数量的新物种。

杨显峰介绍,此前研究人员发现的寒武纪化石标本多为成年和亚成年个体,但在海晏特异埋藏化石库中,却出现了大量“幼崽”和罕见的卵化石。以节肢动物长尾周小姐虫为例,体长小于8毫米的标本占此次发现的该物种标本的43.3%,且较好地保存了附肢、消化道等软体信息。而在位于昆明的另一个化石发现地点,这个比例只有13.7%。

为何会出现这样“幼崽”扎堆的现象?杨显峰解释,现代海洋无脊椎动物和脊椎动物一般不随意地在某地产卵和繁育后代,而是选择某一不同于成体生活的特殊地区作为育儿地点,这个地方发挥着类似人类社会“托儿所”的作用。海晏特异埋藏化石库很可能是迄今最早的古生物“托儿所”的化石记录。

不过,他同时提到,海晏特异埋藏化石库的特殊现象,也有另一个可能的成因,即当时该地区环境快速波动变化,伴随灾难事件的发生,大型个体迅速逃离,而运动能力相对较弱的幼体、亚成体则被大量埋葬。此外,还有季节性的迁徙行为、固有的种群动态、动态的生命周期等可能因素,有待进一步深入研究。

该研究由云南大学古生物研究院、美国宾夕法尼亚大学、中国科学院南京地质古生物研究所合作完成。相关研究成果已发表在国际刊物《自然-生态与进化》上。

相关报道:保护好古生物化石资源 为人类造福

(神秘的地球uux.cn报道)据都市时报(陈唯一):“中外科学家研究团队在昆明附近的一个地方,发现了5亿年前的寒武纪古生物化石,里面有相当数量的新物种。”昨天,新华社发布的一则消息,令很多对古生物和地质学、地理学感兴趣的昆明人惊喜不已。

这则消息中披露,来自云南大学古生物研究院、美国宾夕法尼亚大学、中国科学院南京地质古生物研究所的科研人员,在昆明附近找到了一处保存着大量远古海洋生物化石的地方,此地被命名为“海晏特异埋藏化石库”。它的特异之处在于,保存着的大量化石都是远古生物的幼体,甚至还有卵化石。在这个地方的特殊发现,引起了科学家们的强烈兴趣,报道说,研究人员“在此地已采集到118个物种,至少属于13个门类,包括海绵动物、节肢动物、蠕形动物、腕足动物等,并发现了相当数量的新物种。”目前,对新发现化石的研究还在进行,未来可能还会有更多惊人的发现。

这个发现也再次证明,远古时期的云南地界确实是一片浩瀚的海洋。海洋是生命的源头,多种类型的远古海洋生物化石在昆明附近被大量发现,表明“生物多样性”这个概念早在数亿年前,就已经在这片土地上现身了。远古生物经历了漫长的演化,在地球上留下了众多现代生物,也包括人类在内。今天的人类不光从现有的众多动物、植物当中,也在从不同地质年代的动植物化石中,慢慢地了解到生物的演变过程,以及生物多样性的重要程度。对于即将举办联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会的昆明来说,这次发现大量远古生物化石,既能为古生物学家提供研究素材,又是一次极好的向公众进行科学知识普及的机会,借助宣传报道,可以让市民了解化石的重要性,掌握更多辨别化石、保护化石、保护化石发现地的知识。

云南是公认的古生物化石“富矿”,有过很多轰动全国甚至世界的重要发现。楚雄州禄丰市曾发现大量恐龙化石,一个侏罗纪的世界,经过古生物学家的研究和发掘,已经出现在今天人们的眼前;1965年,楚雄州元谋县出土两枚古人类牙齿的化石,宣告“元谋人”被发现,把中国人类的起源往前推了100多万年,“元谋人”写进了中国历史教科书的首页;1984年,澄江帽天山附近首次发掘出寒武纪时期的古生物化石,科学家发现这里的化石不但年代久远,而且种类极多,澄江化石地自此受到越来越多的关注,成为中国首个、世界仅3处的化石类自然遗产地,并于2012年申遗成功……不久前,7月15日,澄江化石地世界自然遗产博物馆(云南省自然博物馆)正式挂牌,公众有了一个更好的学习古生物知识,了解生物多样性历史的平台。

古生物化石资源是云南拥有的稀缺宝藏,对古生物的研究和探索,能给今天的人们带来实实在在的利益,既有科学上的,也有经济上的。正因此,我们每个人都应对此有所了解,保护好、宣传好这些罕有的资源,让它们为人类造福。




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