澄江化石地入選首批地質遺產地,專家:化石保存完整,世界少有

2022年10月27日17:29

1984年6月,中國科學院南京地質古生物研究所助理研究員侯先光來到我國雲南澄江帽天山附近,尋找古生物化石標本。他清楚地記得,當年7月1日下午兩點多,他發現了第一塊保存軟軀體的納羅蟲化石,由此敲開了洞察寒武紀早期生命之門。

2022年10月26日,國際地質科學聯合會首批100個地質遺產地公佈,雲南澄江寒武紀化石產地和化石庫位列其中。在接受新京報記者採訪時,中國科學院南京地質古生物所澄江古生物研究站站長趙方臣表示,在保存質量上,澄江寒武紀化石有四個特點,其中最重要的特點就是保存了軟軀體結構。

“人們在這裏能夠感知到這片土地的神奇,因為這片土地之下埋藏著五億年前的生物。”趙方臣說。

中國科學院南京地質古生物所澄江古生物研究站站長趙方臣。受訪者供圖
中國科學院南京地質古生物所澄江古生物研究站站長趙方臣。受訪者供圖

澄江化石最大特點是保存了軟軀體結構

新京報:距今約5.2億年的澄江寒武紀化石產地是舉世罕見的化石寶庫,作為研究者,你第一次到那裡時有什麼感受?

趙方臣:澄江動物群與寒武紀大爆發獲得2003年國家自然科學一等獎,當時那裡已經非常出名了。我讀大學的時候,它已經享譽世界。

它代表了現代生物多樣性的起點,將絕大多數現生動物門類的演化曆史追溯到寒武紀早期,為揭示“寒武紀生命大爆發”的奧秘提供了極其珍貴的證據,被譽為“二十世紀最驚人的科學發現之一”。

我第一次到達澄江寒武紀化石產地帽天山時,被化石的精美程度所震撼。這是自然界給人類呈現的自然藝術和瑰寶,是非常珍稀的,全世界很少有保存如此完整且豐富的化石產地。

怪誕蟲。受訪者供圖
怪誕蟲。受訪者供圖

新京報:澄江動物群化石為何這樣珍貴?

趙方臣:澄江化石的珍貴在於其保存質量和所處的地質時代,它們揭示出地質曆史時期最重要的演化事件之一“寒武紀大爆發”的秘密。在保存質量上,這些化石有四個特點,其中最大的特點就是保存了軟軀體結構。

所謂軟軀體結構並不是說肉體保存下來了,一般情況下,動物死亡之後有機體很快就降解了,但澄江化石中,這些容易降解的部分很快被礦化保存了,所以化石不僅保存了外殼和礦化的骨骼,而且保存了生物的軟體器官和組織輪廓,如動物的腸、胃、口等進食和消化器官,運動器官腿肢和肌肉組織,以及神經和腺體等。

我們做研究,要將化石生物學形態特徵與現生生物進行解剖結構形態學對比,討論它們的演化關係,追溯演化曆程。軟軀體結構的保存特點是在宏觀上把組織器官形態輪廓保存了下來。

在微觀尺度上,這些化石也很驚人,讓我們感歎大自然的鬼斧神工,有些化石保留了有機質殘留。生物化石化過程中形成了碳膜,在微納米尺度上保留了生物的形態學證據,我們需要用高分辨成像儀器提取它的形態信息,比如雲南蟲的研究,在鰓弓上發現了疊盤狀細胞結構和蛋白微原纖維構造。

同時,澄江化石保存在泥岩里,儘管在成岩過程中被壓實,多呈偏平保存,但在一定程度上具有三維立體保存的特點。通過micro-CT斷層掃瞄技術,我們可以清晰地看到掩埋在泥裡的化石形態細節特徵。發掘這些身體形態細節信息,將對認識生物系統分類、生態行為有著重要意義。

另外,由於其為快速埋藏,這些動物保留了原來生活時的樣子,生物間的相互關係、動物行為等生態學信息在一些保存環境下都能保存下來,其組合也可以反映居群、群落的特徵,比如在澄江動物群裡發現了頭尾相接、呈鏈狀排列的節肢動物集體行為化石記錄等,充分顯示了澄江動物群無論從化石保存質量、精度,還是內容來說,都蘊含著驚人的遠古生命的信息。

新京報:為什麼化石保存得如此完整?

趙方臣:特殊的埋藏路徑導致了後續的保存特徵。生物體被風暴引起的細膩泥質絮狀物快速掩埋。之後,在特殊的成岩礦化路徑下,它們的身體快速發生化石化作用,有機質變成碳膜或被其他礦物取代,從而把軟軀體結構保存下來,形成化石。

鉛色雲南蟲。受訪者供圖
鉛色雲南蟲。受訪者供圖

澄江化石使人類思考生命的由來

新京報:科研人員是如何在地層中找尋化石的?你和團隊開展了哪些研究?

趙方臣:得益於幾代科學家基礎地質工作的積累,摸清了化石的保存層位,我們在野外對化石層位的認識越來越清晰,在不同地層中找化石時有了知識儲備。

經過30多年的連續發掘和研究,到目前為止,澄江動物群已經發現包括原始脊椎動物在內的300餘種類,歸屬於20多個門一級的動物類型。

我們近年來在節肢動物的起源和演化、脊索動物起源和演化等方面獲得一些成果,比如麒麟蝦的發現,就是一種揭示重要節肢動物起源的過渡型物種。它架起了從奇蝦演化到真節肢動物的中間橋樑,填補了節肢動物起源過程中關鍵的缺失環節。

另外一個重要進展就是對雲南蟲的研究,在鰓弓上發現了疊盤狀細胞結構和蛋白微原纖維構造,指示了雲南蟲具有脊椎動物獨有的、由細胞軟骨構成的咽弓。這些新證據的發現對理解脊索動物起源具有重要意義。

長尾納羅蟲。受訪者供圖
長尾納羅蟲。受訪者供圖

新京報:遊客會去澄江化石地旅遊嗎?當地是如何開展科普工作的?

趙方臣:2012年,澄江帽天山及周邊含化石地層正式被列入世界自然遺產,是中國首個、亞洲唯一的古生物化石類世界自然遺產。它的南面靠近高原湖泊撫仙湖,帽天山和撫仙湖是澄江的兩張城市名片,本身就是風景秀麗的地方,這裏離石林和昆明也比較近,所以經常有遊客到訪。

現在澄江化石地得到了非常好的規劃和保護,當地政府投入大量資金,建成了世界級的澄江化石地自然博物館,用於展示和宣傳澄江化石的科學價值和內涵,帽天山也成為宣傳生物演化的科學前沿陣地,已經成為國內外科學家嚮往的科學聖地,每年吸引大量的國內外遊客參觀。

化石是介紹進化思想和生命由來的重要科普內容,澄江動物群的發現讓人們對生命演化速率和演化模型都有了新的認識,澄江動物群的科學內涵和化石所展示的自然藝術與人文交互融合,對公眾理解演化思想產生非常大的影響。

澄江化石地是對公眾開放的,公眾如果想看化石,可以到當地的自然博物館。人們在這裏能夠感知到這片土地的神奇,因為這片土地之下埋藏著五億年前的生物。

新京報:雲南澄江寒武紀化石產地和化石庫入選首批100個地質遺產地,你有何感受?

趙方臣:這是世界對澄江化石重要性的認可,每一個地質遺產地都是引領地質學的先鋒,我們做的基礎科學研究起到了助推作用,我感到非常開心。

新京報記者 張璐

編輯 白爽 校對 李立軍

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