“寒武纪化石宝库”：清江生物群

12年后，中国科学家在古生物学领域取得了重大突破——发现了寒武纪化石宝库。不久前，西北大学早期生命与环境创新研究团队张兴亮、傅东静等人在《科学》杂志上首次发表了他们的研究成果:在中国湖北宜昌长阳地区发现了一个距今5.18亿年的寒武纪特殊埋藏的软体化石群——清江生物群。

清江化石仓库工地。(西北绘图大学)

"清江生物群是一个令人震惊的科学发现！"国际著名古生物学家艾利森·戴利(Allison C Daley)在《科学》杂志同期发表的一篇题为《寒武纪化石宝藏》的评论中指出:“它的化石丰度、多样性和保真度都是世界一流的，其科学价值是巨大的。随后的研究有望填补我们对寒武纪大爆发理解的空白，并解决一系列有关动物物种起源和进化的科学问题。”

寒武纪生命大爆发的谜团尚未解开。

当大多数动物物种出生在地球历史不到1%的时间时，达尔文感到困惑。

科学界认为从5.42亿年前到5.3亿年前这段时期是寒武纪的开始。在这1000多万年的时间里，寒武纪地层中突然出现了大量无脊椎动物化石。然而，在更早更古老的地层中，长期以来没有发现明显的祖先化石。这种现象被称为寒武纪生命大爆发，简称为寒武纪大爆发。

寒武纪大爆发被称为自然科学研究领域的一个重大“悬案”。当大多数动物物种出生在地球历史不到1%的时间时，达尔文感到困惑。

为了解开寒武纪大爆发之谜，除了科学猜想之外，还需要找到一个合适的科学观察窗口——化石库，以找到可靠的化石证据张兴亮教授说，自1909年以来相继发现的加拿大伯吉斯生物群和中国云南澄江生物群是科学家梦寐以求的珍贵化石库。

伯吉斯页岩化石库于1909年首次在加拿大落基山脉的中寒武世伯吉斯页岩中被发现，因此得名。这个化石库长期以来在古生物学和进化生物学中发挥着主导作用。与保存脊椎动物骨骼的普通硬化石库相比，伯吉斯页岩化石库不仅可以保存动物骨骼以外的组织和器官等软体生物，还可以保存水母和海葵等软体生物。这为探索寒武纪大爆发的演化模式和强度以及构建动物生命树的基本结构提供了极好的化石记录。

自发现伯吉斯页岩化石库以来的100多年里，全世界已经发现了50多个这样的化石库。然而，从化石保存的质量和化石物种的多样性来看，只有加拿大的伯吉斯页岩生物群和1984年发现的澄江生物群成为“理想的*研究目的地”。

其中，澄江生物群发现35年来，已在数十万化石标本中发现280余种，相关研究成果在《自然》、《科学》和《美国科学院院刊》等三大科学期刊上发表28次，成为中国唯一的化石世界自然遗产。

尽管如此，寒武纪大爆发仍有很大的认知差距，动物物种的起源和进化仍有许多未解之谜。因此，寻找下一个“理想的*研究目的地”已经成为国际古生物学界的一大梦想。

半个林茱莉被击倒了。

一个巨大的寒武纪化石宝藏逐渐显示出它的真正特征。

柠檬科。(西北绘图大学)

宜昌市长阳县位于鄂西南部山区，长江、清江中下游。寒武纪地质构造分布广泛。

2007年暑假，湖北的天气非常热。张兴亮带领傅东敬、刘伟、戴涛等研究生到长阳地区进行考察。

"当时的目标层位是石牌生物群，它比澄江生物群出现得更晚、更年轻."傅东静回忆道，“和往常一样，大家都拿出地质锤，砰地一声敲了起来。不久，张兴亮先生发现了一个带有拇指纹的半虫化石

柠檬科是伯吉斯页岩化石库中典型的“虾”节肢动物。然后，侦察队也在这个位置发现了纳米蠕虫。然而，当侯贤光教授在1984年发现澄江生物群时，发现的第一个化石是那罗虫。

在接下来的12年里，西北大学早期生命与环境创新研究团队长期坚持野外发掘和室内研究，一座巨大的寒武纪化石宝库逐渐显露出它的真面目。

“有人说我们很幸运，但事实上，在发现这种林裘力斯之前的十年里，张兴亮先生已经走遍了世界各地寻找这一组岩石。运气总是降临到那些有爱心的人身上，不是吗？”傅东敬说道。

研究小组将化石宝藏命名为清江生物群，原因之一是化石埋藏在清江和丹江的交汇处。更重要的是，研究小组希望清江和澄江生物群将来能成为世界闻名的“中国两江生物群”。

这项研究的结果越来越令人兴奋。

初步研究发现了109个属，其中53%是以前从未记录过的全新物种。

清江生物群模拟图。(西北绘图大学)

即使发现了临朐里和那罗，中国南方和北方仍有许多潜在的化石产地需要研究。“当初，我们一年大约去过清江两三次。当村民告诉我们水位正在下降，河床正在显示时，我们很快就去了。雪也不例外。直到2014年，这个化石库的巨大潜力才被逐渐证实，研究重点也完全转移了。”傅东敬说道。

不亚于大海捞针，张兴亮、傅东静和团队的硕士和硕士后的博士学位，在5亿年前的“大海”中发现了2万多只“虫子”。“工人们用撬棍撬出1立方米的石头。我们用一把地质锤把它劈成页岩层。我们在分割的时候看着它。当我们发现虫子时，我们把它们分类，编号，打包，从山上带回来，带回实验室。然后清理、讨论、识别、分类并记录每件作品。”傅东敬说，“每块化石都有一个故事。我们对他们的每个故事都了如指掌。”

对于每一个发现的寒武纪化石，研究人员需要查阅大量数据。这项研究的结果越来越令人兴奋。在研究的4351个化石标本中，初步发现了109个属，其中53%是从未被记录过的全新物种！

生物统计“稀疏曲线”分析表明，清江生物群的物种多样性有望超过所有已知的寒武纪软体化石库，包括伯吉斯页岩和澄江。

据报道，今天地球上的动物界有38门。在寒武纪大爆发的化石中，发现了20个现存的动物门和6个已灭绝的动物门，但仍有18个现存的动物门尚未被寒武纪化石所代表。在过去的35年里，古生物学家在澄江生物群的研究中发现了许多动物物种的最早化石记录。

在长阳丹江附近团队工作室的墙上，有科研团队用显微镜放大的照片。这就是科学家心目中的5.18亿年前的海洋世界。这些古代生物中的一些像水母、虾、蠕虫、西瓜、花等。有些甚至有可见且逼真的触须和腹部静脉。

张兴亮兴奋地说:“目前，85%的后生动物没有矿化骨骼，绝大多数是非骨骼动物，如水母和海葵。很少发现如此多形态完整的软体化石。”

他解释说，这些化石的“超高保真”是由于清江生物群化石主要以原生碳质膜的形式保存，没有明显的成岩作用和风化作用。

目前，这只是冰山一角。

5.18亿年前还有更多未知的秘密等待科学家去探索。

清江生物群中发现新种。(西北绘图大学)

清江生物群距离澄江生物群1050公里。张兴亮告诉我们:“生物地层学研究表明，清江生物群和澄江生物群是位于不同古地理位置的同生生物群。两者都发生在大约5.18亿年前，它们正处于寒武纪生命大爆发的高峰期，那时动物种类激增。两者的科学研究价值是高度互补的。”

张兴亮认为，与澄江生物群相比，清江生物群生活在远离海岸的深水环境中，代表了不同生态环境下一个全新的生物群落，其新属和新种的半数以上都证实了这一点。因此，随后对清江生物群的大规模发掘将为发现和探索新的身体形态和新的动物物种提供第一手资料，并将进一步提高我们对寒武纪大爆发的科学认识。

此前，中国科学院院士舒德干领导的西北大学地质系早期生命与环境创新研究团队，基于达尔文的地球生命是“树状进化”的猜想，经过几十年的研究和论证，勾勒出寒武纪生命三大分支“大树”进化的基本轮廓:基本动物、原生动物和口后动物，进而在世界上首次构建了完整的早期动物谱系树框架。

“通过我们所进行的研究，发现清江生物群以对称的双生殖层辐射动物为主，棘皮动物在体型上高度分化，而蜕皮动物极为罕见，繁盛一时。此外，我们还发现了许多形态奇特的新物种。随着研究的发展，清江生物群将在“早期动物谱系树”分支和分支的地方找到更直接的生物进化证据傅东敬说道。

清江生物群化石可以以原生碳质薄膜的形式保存，也是进行埋藏和地球化学研究以及进一步开展深入古环境研究的理想材料。

据报道，关于动物系统发育、营养动态和关键进化特征的出现的研究依赖于发现更柔软的结构和更好的形态保存，如内脏、鳃条、脊索、神经组织、心血管系统等。然而，这些是高度不稳定的组织和器官。是什么特殊的埋藏机制使伯吉斯页岩化石库能够保存这种柔软的结构？这也是清江生物群未来研究中需要解决的问题。

张兴亮团队认为，世界上保真度最高的两个化石库——伯吉斯页岩生物群和澄江生物群，已经经历了严重的地质转变，如高温变质和埋藏后的风化，它们的样本不能再用于深入的埋藏研究。清江生物群中发现的软体化石奇迹般地保存了原生碳质膜形式的有机质。

“毫无疑问，这将为开展埋藏和地球化学研究以及进一步开展深入的古环境研究提供理想的材料。多年来一直困扰学术界的软体动物结构的特殊埋藏机制可能在清江生物群中得到解决张兴亮说。

“清江生物群的研究工作刚刚开始，我们刚刚揭开了神秘的冰山一角，而初步报告描述了生物群的化石组合。古分类学和谱系分析将解决动物物种的起源和进化。沉积学、埋藏学和地球化学的研究将解决化石保存得如此完好以及环境条件如何的问题。这可能需要几十年甚至几代人的研究。”张兴亮说。