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化石见证寒武纪生命大爆发
作者:日照科普网  点击次数:984  发布时间:2019-01-29 14:41:14

       上世纪80年代,我国科学家发现了澄江动物群,为解开寒武纪生命大爆发之谜提供了大量详实的关键证据。现在,我们已经知道寒武纪时代曾涌现了一大批现代动物门类的祖先,生物已广泛分布于海洋浅海区各个区域和不同的水层中,生物间已然建立起了较为复杂的多级食物链,完整的动物谱系已经形成,由此产生的巨大影响一直延续至今。那么,科学家是如何抹去覆盖在化石上的历史尘埃,还原出寒武纪时代精彩纷呈的海洋动物世界的呢?

↑ 奇虾化石

↑ 啰哩山虫化石

↑ 古虫的鳃裂构造

↑ 紧密连接在一起的节肢动物化石

       澄江动物群是特异埋葬的软驱体化石群,动物化石保存极为完整,90%以上还保留了诸如眼睛、附肢、口器、消化道、神经、鳃裂和脊索等软体组织印痕,其姿态千奇百怪,有站立、爬行、进食、钻孔等,有大量遗迹化石,如粪便、运动痕迹,还有反映动物间依存关系的化石,如微网虫与星口水母等,为研究寒武纪早期动物大爆发及这个时期动物的解剖构造、功能形态、生活习性、系统演化、生态环境、埋藏条件和保护方式提供了重要的化石依据。

       奇虾为何是顶级捕食者?奇虾是寒武纪时代的巨无霸,身长2米,傲视群雄(图1)。奇虾也是寒武纪时代食物链的顶级捕食者,因为在奇虾相伴生的排泄物里发现了瓦普塔虾碎片,而瓦普塔虾是当时海洋数量比较丰富的一种三叶虫,科学家分析认为奇虾是一种肉食性的动物,在寒武纪食物链上处于顶级捕食位置。

       动物是如何开始行走的?澄江动物群中有一批叶足动物,其中有一种啰哩山虫(图2),是最典型的跪地式行走者。啰哩山虫的腿在行走时大部分落地,只有近基端离开海底表面。怪诞虫和心网虫腿落地部分可能短于啰哩山虫。爪网虫和微网虫的腿粗短,已经没有跪地部分,使得身体距离海底表面较远。这些古老的蠕虫状步行者行走的方式可能与现代蠕虫相似,借助体节伸缩来完成提腿和前移的动作。正是这批靠叶足迈步的动物,开启了动物步行时代。
       动物活动复杂化的考证。前寒武纪末与寒武纪动物世界存在巨大差异,遗迹化石为此显示了独特的指示意义。遗迹化石是地质历史时期生物活动所遗留在沉积物表面或沉积物内部的各种生命活动的形迹,如各种生物扰动、足迹、移迹、潜穴、粪化石以及钻孔等。科学家发现,前寒武纪地层中遗迹化石贫乏,只在晚期有极少量简单的遗迹化石发现。相反,寒武纪时代生物扰动现象频繁,生物活动形式多样,遗留下来的遗迹化石亦复杂多变,如步行的、蠕动的和钻孔的动物行为,造就了海洋混合底质的变化,被称为寒武纪“底质革命”或“农艺革命”。
       鳃裂构造引爆最重要的发现。咽鳃裂构造是后口动物的共同特征(图3),科学家在数百块古虫标本的观察及解剖基础上,揭示了古虫动物囊状构造内部普遍存在着通往消化道前段(咽)的鳃裂,证实它具有排出咽内海水的功能,即当水把食物和氧气带进去,食物分离以后就送到后面肠道消化,肛门排出去。含有氧气的水就在鳃裂用鳃丝进行气体交换,废水就排出去。咽鳃裂这一创新构造开创了新陈代谢的新时代,对于后口动物亚界的起源及后期繁盛起到至关重要的作用。
       动物的集体行为的发现。一块动物个体首尾相连,呈波形运动的动物行为化石(图4)引起了科学家的极大关注。这块神秘的化石披露了一个重要信息,那就是寒武纪大爆发时期原口动物的社会性集体行为已经出现。这些节肢动物标本个体密切相连,相互形成一个链,科学家推测这类集体行为可能是为了更有效地抵御食肉动物的攻击。
       神经系统的奇妙保存。科学家研究澄江动物群昆明澄江虾化石,发现了世界上最古老的动物神经系统,这是一种类似甲壳纲动物,中枢神经系统包含着缩小大脑和类似串珠的链状互连神经组织。这显示了寒武纪时期最复杂的中枢神经系统,使科学家能够更好理解神经系统和早期动物是如何进化的。
       科学家还通过数理统计方式,揭示了澄江动物群多样性发展和不同生态空间优势物种分布。
       科学家就是根据化石特征,通过各种研究手段,如化石修复和解剖手段,采用各种研究方法,如比较法、数理统计法、功能相关性和将今论古等,在显微镜、扫描电子显微镜和高精度的成像系统帮助下,从宏观和微观层次的不同角度详细地研究了澄江动物群的分类学、生态学、发育生物学和谱系亲缘关系,揭示了寒武纪生命大爆发这一恢弘壮观且意义深远的重大生物演化事件。
 
来源:科普时报 

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