5.04億年前臨沂動物群：探索遠古生命新窗口

4月15日，《中國科學報》從中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱南古所）獲悉，南古所寒武紀大爆發研究團隊發現了來自華北地區一處距今約5.04億年的寒武紀特異埋藏化石庫，并命名為“臨沂動物群”。相關研究成果4月5日在線發表于《國家科學評論》（National Science Review）。

“這一獨特的特異埋藏化石庫的發現，為深入了解寒武紀大爆發之后動物早期輻射分異、遷徙擴散、群落結構和生物古地理提供了新的窗口。”論文作者、南古所研究員趙方臣告訴《中國科學報》。

尋找特異埋藏化石庫

距今5.3億年前后發生的寒武紀大爆發（Cambrian explosion）是一次前所未有的快速演化事件，包括脊椎動物在內動物在短短幾百萬年時間內快速出現，大多數動物門類的代表在寒武紀早期短短的2000萬年里都出現在海洋，這在整個地球生命進化史上具有重要的地位。

趙方臣向《中國科學報》介紹，寒武紀大爆發的相關問題一直是古生物學界研究的核心，而富含精美的多門類軟軀體化石的寒武紀特異埋藏化石庫，也稱布爾吉斯頁巖型化石庫，是了解這一重大生物演化事件的主要窗口。

自1909年沃克特（Walcott）發現著名的布爾吉斯頁巖生物群（Burgress Shale）以來，全球已有20多處寒武紀特異埋藏化石庫被發現，尤其是澄江動物群的發現開啟了華南板塊（South China Block）作為相關研究熱點地區的歷史，并且近年來新的化石庫仍在不斷涌現。

然而，寒武紀特異埋藏化石庫的時間和空間分布并不均勻，大多數著名的寒武紀特異埋藏化石庫都集中分布在華南板塊和勞倫大陸（今北美大陸的主體）。

“這種地理分布的不均衡在寒武紀中期（苗嶺世Miaolingian）表現最為明顯，這一時期大多數的特異埋藏化石庫位于勞倫大陸，而此時恰恰是寒武紀演化動物群最為繁盛的階段。”趙方臣說，“這些客觀條件在很大程度上制約了我們對寒武紀演化動物群面貌和格局的全面認識。”

華北板塊（North China Block）在寒武紀時期是一個獨立的大陸，具有獨特的構造演化歷史。作為中國傳統“中寒武統”的標準地區，這里的寒武紀中期地層序列完整，化石豐富，是尋找這一時期特異埋藏化石庫的潛力地區。

發現35個化石類群

近年來，南古所寒武紀大爆發研究團隊在華北地區展開了大量野外工作，并選取代表性層位和剖面進行了集中采集，收集到了數千枚精美的化石標本。

趙方臣介紹，本次研究的臨沂動物群來自山東省臨沂市西郊的寺口剖面，軟軀體化石集中產出于寒武系張夏組盤車溝段下部的黑色與黃綠色頁巖中。

通過對三葉蟲化石的研究，科研人員推測特異埋藏化石庫的時代被確定在距今約5.04億年寒武紀苗嶺世鼓山期（Drumian）的早期，稍微晚于布爾吉斯頁巖生物群。

“目前，已有超過35個化石類群在臨沂動物群中被發現，包括至少8個門類和多種生態類型，豐富了這一時期海洋生物與群落的多樣性面貌。”趙方臣告訴《中國科學報》，組合中多樣性最高的類群是非三葉蟲節肢動物，而其中又以奇蝦類（radiodonts）和莫里森蟲類（mollisoniids）最為引人注目。除節肢動物以外，多樣的海綿動物和蠕蟲狀動物也是臨沂動物化石群的一大特點。

研究人員發現，臨沂動物群中的化石大部分為軟軀體形式保存，許多都保存了精細的解剖結構，如附肢、眼睛、消化系統和剛毛等，為進一步了解這些生物的解剖結構提供了新信息。與其他經典的布爾吉斯頁巖型特異埋藏化石庫一樣，臨沂特異埋藏化石庫中的軟軀體結構以碳膜的形式保存在背景層與事件層交互出現的地層中，顯示了類似的埋藏學路徑在軟軀體化石保存中的普遍性。

由于時代相近的其他特異埋藏化石庫均集中于勞倫大陸，華北板塊在寒武紀的古地理位置存在長期爭議，此次臨沂動物群的發現為研究寒武紀中期的生物地理學提供了獨特的視角。

暗示充當生物地理紐帶

臨沂動物群與同期的北美特異埋藏化石庫之間有許多相同的生物類型，其中一些珍稀節肢動物，如迷音蟲（Thelxiope）和莫里森蟲（Mollisonia）。“即使在原產地北美也十分少見，這暗示了華北與北美軟軀體動物群在這一時期的密切聯系。”趙方臣說。

為此，寒武紀大爆發研究團隊采用聚類分析、非度量性多維標度變換和網絡分析等定量分析手段，支持了華北與北美軟軀體動物群之間的聯系，進而表明華北可能充當著東岡瓦納與北美之間的生物地理紐帶。

趙方臣還指出，由于來自不同角度的古地理證據尚存在差異，這種聯系的生物地理解釋還需要進一步的研究評估。

在比臨沂特異埋藏化石庫更古老的饅頭組上、下頁巖段（苗嶺世烏溜期）中，寒武紀大爆發研究團隊也曾發現保存良好的軟軀體化石。此類化石在華北板塊東部寒武紀中期地層中的連續分布，使華北成為研究這一時期生物面貌演替的重要潛力地區。

趙方臣表示，如果說澄江動物群的發現揭開了華南板塊一系列寒武紀特異埋藏化石庫研究的序幕，那么，臨沂動物群作為華北板塊第一個被綜合研究的寒武紀特異埋藏化石庫，也有望為華北寒武紀特異埋藏化石庫的研究開啟新的篇章。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac069

臨沂動物群中的代表性類群。A. 刺迷音蟲Thelxiope spinosa；B. 對稱莫里森蟲Mollisonia symmetrica；C. 群體的對角海綿Diagoniella；D. 唐氏迷音蟲Thelxiope tangi sp. nov；E. 線紋心蝦Cordaticaris striatus的口器；F, 標準長清蟲Changqingia puteata；G, 未定的蠕蟲狀動物；H. 線紋心蝦Cordaticaris striatus的前附肢；I. 抱怪蟲類的前附肢。（南古所供圖）

臨沂動物群生態復原圖（楊定華繪，趙方臣指導）

科考人員在臨沂地區野外工作照片，從左到右為曾晗、唐永剛、孫智新、趙方臣。（南古所供圖