在距今約5億年前的澄江生物群化石中，“云南蟲類”一直是個神秘的存在。自1991年首次報道以來，其獨特的形態結構特征引發了廣泛爭議，由于難以與現生動物類群直接對比，其分類位置也長期懸而未決。
近年來，有學者認為，云南蟲類化石中保存了脊椎動物特有的細胞級微觀構造以及納米級蛋白微原纖維，進而推斷“云南蟲類屬于脊椎動物干群成員，屬于原始脊椎動物。”
云南蟲是否真的屬于脊椎動物？化石中是否能保存軟骨細胞？這些問題成為了國際古生物學界的研究熱點。
近日，西北大學地質學系研究員韓健團隊聯合英國及德國古生物學家，通過設計創新性熱埋藏實驗對上述觀點提出質疑，認為軟骨細胞等超微結構歷經數億年地質改造后，仍然以有機質的形式被保存下來的可能性微乎其微，因此不能得出云南蟲類是脊椎動物的結論。相關研究論文發表于《英國皇家學會會刊B輯：生物科學》。
化石的“闖關游戲”
澄江化石群中的云南蟲化石在億萬年的地質變遷中到底經歷了什么，是回答上述質疑的關鍵。論文第一作者、西北大學地質學系博士生何凱悅將這一過程形象地比喻為一場跨越億年的“闖關游戲”。
當5億年前的海洋生物被快速埋藏而死亡后，“游戲”正式開始。很快，動物尸體被微生物分解，隨后動物細胞中的各種“水解酶”會在幾天內啟動破壞程序。雖然澄江化石中許多軟軀體化石形態完整，但細胞結構往往在這一階段早已被破壞。
接著進入早期成巖“關卡”，如果此時生物的軟組織或埋藏階段僥幸殘留的細胞外部被披上一層礦物，或者原始物質全部被礦物所替代，就會像穿上“鎧甲”般，使細胞結構得以一定程度的保存。“但澄江化石中無機礦物的最小直徑為0.6微米到2微米，因此難以保留納米級別的精細構造。”何凱悅解釋道。
隨著時間推移，化石埋藏深度逐漸增加，“游戲難度”指數級上升。在后期成巖“關卡”，隨著地層溫度升高，化石中殘留的有機質在轉換為碳質膜或干酪根結構，是否能保留軟骨細胞及一些超微結構，目前學界尚無定論。
實驗揭開“闖關結果”
為此，研究團隊在掃描電鏡下進行了精確選點和拉曼分析，成功將澄江化石的最大熱埋藏溫度限定在261°C至306°C之間。
緊接著，通過涉及多組熱埋藏實驗，團隊將多種樣本埋入高嶺土中，經歷不同溫度梯度和時間的熱處理，以模擬澄江化石所經歷的埋藏和熱變質過程。除了新鮮脊椎動物的軟骨組織，他們還引入了被譽為海洋“活化石”的文昌魚作為研究樣本，使研究結論更具有廣泛性。
實驗結果顯示，當溫度在150°C至260°C之間時，軟骨細胞消失后殘留的軟骨陷窩與膠原纖維仍清晰可辨，到了270°C以后才開始逐步瓦解。一旦突破280°C，它們便徹底消失，只留下一種均勻的無細胞結構的碳質膜。不僅如此，即便溫度低于280°C，只要加熱時間足夠長，這些結構依然難逃被破壞的命運。然而，動物的宏觀特征在熱埋藏實驗過程中卻保存下來，比如文昌魚的肌節、鰭等結構。
“在長期成巖作用與數億年來多次構造運動的復合影響下，云南蟲類化石中保存軟骨細胞結構的可能性可以說微乎其微。”韓健表示。
云南蟲類鰓弓處碳質膜結構的掃描電鏡圖像。圖片均由研究團隊提供
化石分類“金標準”
論文合作者、西北大學地質學系教授舒德干進一步指出，由于云南蟲類尚未發現脊索及脊椎動物特有的原始脊椎和對眼等頭部構造，因此將云南蟲類歸入脊椎動物的說法目前缺乏證據支持。
“熱埋藏實驗揭示了一個重要現象，即在一定溫度范圍內，化石的宏觀特征遠比微觀結構更為穩定。”舒德干認為，在研究寒武紀的化石分類時，“宏觀特征比微觀特征更加可信”應成為決定生物演化水平以及分類地位的“金標準”。
值得一提的是，這項研究創新性地通過將石油地質學的熱模擬實驗方法引入到古生物學研究中，探討了熱成巖作用對化石保存的影響。韓健表示，這一交叉學科方法可以為人們深入了解化石的形成歷史、生物分類以及演化過程提供新的研究思路和技術支撐。