“神秘”壳类现身华北板块

▲帕特尔米特拉古地理分布图

▲金字塔形恢复图

▲在华北板块发现三块金字塔形的骨头

■我们的记者袁一学

在人类出现之前，地球是什么样的？七大洲和四大洋是否像现在这样分布？为了找出真相，科学家们正试图通过各种证据恢复地球不同时期的陆地和海洋的分布。

最近，南京地质古生物研究所博士研究生潘冰及其澳大利亚和瑞典同事在华北板块下寒武统辛集组发现了托莫特甲壳类动物——帕特里米特拉金字塔。这是在华北板块首次发现此类化石。

尝试

在寒武纪早期，有许多微小的骨头碎片。尽管它们来自不同的动物物种，但它们通常被称为小贝壳化石。断层壳是一种离散骨片化石的统称。它们的壳壁由有机物和磷酸钙组成，有多种形式，如塔、帽和鞍等。它们只在寒武系地层中发现，是寒武系动物爆炸时特有的造型动物。被发现的金字塔被翻译成中文为“金字塔形牧师帽壳”。“起初，当这个物种建立时，只发现了一个金字塔形的单块骨头碎片，这也是物种名称起源的基础。”潘冰在接受《中国科学》采访时说。

然而，长期以来，由于缺乏完整的铰接骨片化石，断层壳一直被认为是一种难分类的动物化石。然而，这种“神秘的”微小骨片化石已在世界各地的早寒武世地层中被广泛发现，但在中国的华北地台却未见报道。

这次也是找到帕特米塔尔的机会。辛集组是华北板块南缘寒武系沉积最早的地层记录之一。事实上，前人已经在辛集组的许多剖面中发现了丰富的小壳化石，但辛集组在许多地方还没有得到研究。潘冰和其他人在一个尚未研究的新区域发现了这些断层壳化石。

值得注意的是，在过去，研究人员通常更注重收集碳酸盐岩中的小壳化石，因为碳酸盐岩中的小壳化石易于处理且保存良好。然而，这次发现的化石不是来自碳酸盐岩，而是钙质粉砂岩，也就是通常所说的含有碳酸钙的粉砂岩。“虽然在野外可以用放大镜观察到这些岩石中的化石，但我们不确定在实验室收集含有化石的岩石样品时，我们能否用乙酸溶解这些岩石中的围岩部分以获得小壳化石。所以我们以尝试的态度做了实验性的处理，我们得到了许多保存完好的小贝壳化石。”潘冰说。

在此之前，世界上一些学者根据大量的资料研究，已经研究并恢复了白头翁的身体结构。蝙蝠蛾壳由三种骨碎片组成，即S1骨碎片、S2骨碎片和L骨碎片。其中，S1和S2分别只有一根骨头，而L骨块有多个不同具体数目的骨头。金字塔形的S1形骨片和马鞍形的S2形骨片形成一个上端开口的倒锥形空腔，另外，金字塔形的S1形骨片和马鞍形的S2形骨片的后部连接在一起形成一个圆形开口，该开口可以是肉茎伸出体外的通道；无限数量的L形骨碎片附着在由S1和S2骨碎片包围的腔室的上部开口边缘，从而增加了腔室的空间，并且腔室可以具有用于过滤食物的类似触手冠结构。这种独特的机身结构明显不同于其他Tomot外壳。

最初，在潘冰等沙子样本中只发现了S1和L形骨碎片。然而，在仔细检查了所有的沙子样本后，他们最终发现了三种类型的骨碎片，包括S2骨碎片。因为发现的化石个体太小，许多细微的结构特征很难在普通光学显微镜下观察到。为了了解它们详细的形态结构和精细的装饰，还需要一台电子显微镜。所以潘冰和其他人用电子显微镜拍了照片，并将观察到的结构和纹饰与澳大利亚报道的化石进行了比较。“当我们在电子显微镜下看到这些化石在中国北方的真实形态和装饰时，我们不禁惊叹它们与澳大利亚化石的相似之处。”潘冰回忆道。

具有一定的古地理参考价值。

目前，对于早寒武世华北板块的古地理位置还没有明确的结论，因为不同的学者基于不同的方法和证据得出不同的结论。潘冰说，学术界主要有四种观点:第一种观点认为，华北板块位于古纳瓦纳什边缘，与现在的印度东北边缘相邻；第二种观点认为，华北板块位于冈瓦纳大陆边缘，但古纬度大约在南纬30度。第三种观点认为，作为一个独立的板块，华北板块靠近冈瓦纳(今天的澳大利亚北部或东北部)的北部边缘。第四种观点认为，华北板块也是一个独立的板块，但它漂浮在远离冈瓦纳东海岸的古代太平洋上。

这次在中国北方发现的帕特里米特拉金字塔化石是一种非常特殊的托莫特壳化石，仅在早寒武世时在澳大利亚东缘海岸发现，在世界其他地方的同生地层中从未有过报道。那么，这一发现是否意味着华北地块离澳大利亚地块不远？

潘冰说证据不足。因为这种化石当时在澳大利亚东部的表层海洋中广泛而丰富，这表明这种物种相对适应当时的海洋环境，可以在小范围内传播，但它可能没有能力在海洋中跨板块传播。一些科学家在研究了这些化石的形态和结构后推测，在澳大利亚发现的这些化石的成体具有海底固着生物，而幼体阶段可能具有一定的漂浮能力潘冰说。在正常情况下，一个物种幼体阶段的浮游生物能力的强弱和持续时间对一个物种在海洋中的分布范围有着非常重要的影响。潘冰和其他人的发现支持了一种观点，即吡唑虫幼虫具有一定的漂浮能力。它还表明，当时华北板块的南缘离澳大利亚东海岸不远，或者它们可能还没有扩散到华北。

然而，要确定板块的古地理位置，还有许多其他重要的证据需要考虑，如古地磁、古构造活动、沉积记录、生物古地理等。然而，生物古地理学通常需要分析不同地区的大量属和种以获得更可靠的证据。“虽然帕特里美特拉匹马化石具有重要的古地理意义，但它不能起到决定性的作用，需要在今后结合其他方法进行更全面的分析来验证。”潘冰补充道。

继续研究谱系进化

在此之前，几乎在每个板块都发现了断层甲壳类化石，但不同地区的多样性和丰富度会有很大差异，其中澳大利亚、西伯利亚和华南报道最多。然而，在华北板块发现这样的化石仍然给研究人员很大的信心。根据以前的研究，托莫特甲壳类动物可能属于冠轮中的一个副型类群。虽然目前对它们的亲缘关系还没有明确的结论，但越来越多的证据表明其中一个与腕足动物有非常密切的亲缘关系，可能属于早期腕足动物的干燥类群。

下一步，他们将继续寻找更多的骨片系列标本，特别是华南澄江生物群化石库和南澳鸸鹋湾页岩化石库等特殊埋藏化石库中的软体动物标本，以确定不同骨片的排列，推断原始动物体的形态，进而分析它们的亲缘关系和谱系进化。“目前，关于托莫特壳，最核心的问题是确定它们原始骨碎片系统的形态、它们的遗传关系和谱系进化等。因此，我们希望找到一些对解释这类化石的亲缘关系和进化具有重要意义的新化石。”潘冰说。

中国科学新闻(2018-121，第三版)