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古生物研究院杨显峰在生态学国际权威期刊发表寒武纪群落生态最新研究成果

2021-06-29  

云南大学古生物研究院杨显峰等经过四年多艰苦的野外考察和挖掘工作,在昆明海晏发现了一个新的澄江生物群化石产出剖面(图1)。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,甚至包括三维立体保存的卵化石。目前已采集到118个物种,至少属于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,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,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。

1:本研究新发现的海晏剖面的地理位置及剖面照片


2海晏剖面的幼体标本,海晏和海口剖面的周小姐虫化石数量与体长的对比

前人研究表明,在澄江生物群这类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830 mm,而小于5 mm 的节肢动物化石标本非常罕见。相反,海晏剖面却以产出大量幼体标本为重要特色,甚至有大量罕见的卵化石。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8 mm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%。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。


插图3:产自海晏新剖面的各类动物卵化石

基于定量古生物学研究及古地理结构数据重建等多重分析手段,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。

4:塔形图表显示了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

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,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占据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为深入了解年龄结构空间分异机制提供了独特窗口,也为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(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。

当前成果以“A juvenile-rich palaeocommunity of the lower Cambrian Chengjiang sheds light on palaeo-boom or palaeo-bust environments”为题发表于《自然-生态与进化》(Nature Ecology & EvolutionIF12.54)。云南大学古生物研究院杨显峰为论文第一作者和通信作者,美国宾夕法尼亚大学Kimmig Julien为共同通讯作者,古生物研究院刘煜和翟大有、中国科学院南京地质古生物所彭善池为合作作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-021-01490-4


该研究获得国家自然基金(4106200141562001),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(IGGCAS-201905),国际地球科学项目(IGCP668)等项目资助。


供稿:古生物研究院

编辑:王崴

责任编辑:李哲


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