近日，中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所早期生命研究團隊在湖北宜昌“石板灘生物群”研究中取得重要進展，發(fā)現(xiàn)了迄今最古老的復雜三維潛穴系統(tǒng)。這些保存在約5.5億年前地層中的遺跡化石表明，復雜動物行為對海底環(huán)境的改造，比原有的認識提早了近1000萬年。目前，相關成果已發(fā)表于國際權威綜合性學術期刊《科學進展》上。

中國三峽的石板灘生物群，揭開生命大爆發(fā)的秘密

大約5.39億年前，地球生命經(jīng)歷了一場被稱為“寒武紀大爆發(fā)”的演化革命，幾乎所有現(xiàn)代動物門類在短短幾百萬年內(nèi)“集體亮相”。然而，生命大爆發(fā)并非無源之水，在此之前是長達近一億年的埃迪卡拉紀，雖未留下如寒武紀那樣豐富的化石，但相對“靜默”的世界也有不少生物存在。

地球如何從“靜默世界”跨越到“生命爆發(fā)”？在中國湖北的三峽地區(qū)，古生物學家找到了一個完美的“時間膠囊”——石板灘生物群。它們生活在約5.5億至5.43億年前，正好處于埃迪卡拉紀向寒武紀過渡的“咽喉要道”。

這個生物群完美地保存在石灰?guī)r中，產(chǎn)出的化石種類多樣、細節(jié)豐富，如同一部紀錄片，保存下這一關鍵轉折期的生態(tài)實況。

在石板灘，學者曾發(fā)現(xiàn)過許多重要的化石。石板灘生物群已經(jīng)因其“明星居民”而轟動世界：比如可以“行走”的夷陵蟲，將分節(jié)動物的出現(xiàn)時間提前了近千萬年；還有螺旋網(wǎng)格海綿，為海綿早期演化提供了關鍵證據(jù)。然而，我們今天故事的主角，不是這些實體化石，而是它們行為的“日志”——遺跡化石。

中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所研究員陳哲與博士生劉雅榕，對石板灘生物群的遺跡化石進行了系統(tǒng)研究，首次系統(tǒng)性地發(fā)現(xiàn)了一套令人驚嘆的復雜三維潛穴化石。這些不再是動物在海底表面的簡單平面爬跡，而是向地下深處開拓的立體工程。

從二維到三維升級，生命向沉積物深處要空間

“蟲蟲工程師”的杰作有哪些類型？研究人員介紹，此次發(fā)現(xiàn)了Treptichnus屬中的多個遺跡化石種，并建立一個新遺跡化石種Treptichnus streptosus。

該新遺跡化石種被研究人員比作“之字型礦道”，結構顯示，造跡生物能夠進行有節(jié)奏、可重復的推進和探測，這需要相當發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉控制能力。這種潛穴在石板灘已呈現(xiàn)出多樣性，表明這并非個例，而是一種成功的、已經(jīng)分異的生存策略。

此外，石板灘生物群的“蟲蟲工程師”還能構建“復合公寓”，這種被稱為“多山跡Lamonte”的遺跡，將水平的生活隧道、垂直的通道以及表面的爬跡連接在一起，集娛樂、餐飲、住宿多種功能于一體。該遺跡記錄了一只動物在同一地點進行的多種復雜活動——行走、覓食、短暫棲息。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種蝌蚪狀遺跡，這是一端膨大，另一端是逐漸狹窄的潛穴的結構。切片顯示，它的膨大端清晰地切穿了當時的微生物席層。這很像一種高效的“挖一勺”覓食策略：動物向下探出一個坑獲取食物，然后沿著藻席層前進并鉆出地面。

研究人員表示，這些形態(tài)各異的潛穴，都指向一個革命性的變化——動物對生態(tài)空間的利用，發(fā)生了從二維平面到三維立體的根本性躍遷。生命不再滿足于在海底表面匍匐，而是開始主動地向沉積物深處要空間、要資源。

到底是誰制造了這些復雜的結構？陳哲介紹，遺跡化石是動物活動留下的痕跡，多種生物只要具有相似的構造，或是相近的運動方式都可能產(chǎn)生相似的遺跡，因此一種遺跡可能是由不同的動物形成。現(xiàn)代遺跡學研究表明，動物需要發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)和精確的肌肉控制，才能留下這些三維遺跡，像鰓曳動物或一些節(jié)肢動物的幼蟲，都能制造出類似的復雜潛穴系統(tǒng)。

重寫演化劇本，點燃“寒武紀大爆發(fā)”導火索

“蟲蟲工程師”的杰作產(chǎn)生了密集的生物擾動，破壞了淺海地層沉積物表面的微生物席。這是長期主導著海底生態(tài)的結構，微生物像毛毯一樣平鋪在海底，“毯子”下面長期處于缺氧狀態(tài)，生物的活動范圍都局限在微生物席的表面。

研究人員認為，沉積物表面的微生物席被破壞，如同一顆“生態(tài)炸彈”，通過破壞底質(zhì)、競爭空間等方式，對埃迪卡拉生物造成巨大壓力，觸發(fā)了約5.5億年前第一次埃迪卡拉生物群滅絕事件，近80%的埃迪卡拉生物消失。

隨后，埃迪卡拉紀結束，寒武紀來臨，環(huán)境劇變和生態(tài)競爭的疊加，導致了第二次大滅絕，徹底掃清了舊世界的殘余?！跋x蟲工程師”創(chuàng)新所開辟的、松軟的混合底質(zhì)，創(chuàng)造出新的生態(tài)位，恰恰為那些需要藏匿、覓食和建造庇護所的顯生宙動物準備好了舞臺。

這項研究表明，動物絕非僅僅是被動適應環(huán)境，它們也是改變環(huán)境的強大力量波瀾壯闊的“寒武紀大爆發(fā)”并非無源之水。它是由一系列前期的創(chuàng)新，特別是行為上的創(chuàng)新，一步步鋪墊和催化的。

現(xiàn)代快報/現(xiàn)代+記者 是鐘寅

（受訪對象供圖）