作者:张喜光等 来源:《自然》 发布时间:2023/3/10 9:54:36
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寒武纪“动物”化石原来是海藻

 

5亿年前的磷酸盐微化石究竟是动物还是植物?

3月9日,云南大学古生物研究院教授张喜光、副研究员杨杰与中外科学家合作发现,此前认为的5亿年前寒武纪时期的“苔藓虫”化石实际上是藻类,并认定其为早期绿藻。相关研究当前发表于《自然》。

“我们研究为认知寒武纪早期藻类及趋于复杂化的海洋生态系提供了新的切实信息。”该论文作者杨杰在接受《中国科学报》采访时表示。

动物还是植物?

2021年末,西北大学曾在陕南发现一枚寒武纪时期的“潜在干群苔藓虫”,结合产自澳大利亚的5枚同类化石,将这种磷酸盐微化石鉴定为一种苔藓虫。这是一种水生苔藓状无脊椎动物,它们长有触角,生活在水下群落。

在此之前,科学家尚未在寒武纪时期的动物演化地层中发现明确的苔藓动物化石。这使得苔藓虫比此前认为的最早出现在约4.8亿年前的奥陶纪时期提前了数千万年。

昆明小石坝生物群自2011年被发现以来以其精美绝伦的软躯体后生动物特异保存享誉世界。现在,张喜光与合作者对小石坝生物群发掘出的12块类似化石进行详细检测后发现,它们显示了海藻的基本特征。

“具体来说,有四个特征可以将小石坝的海藻定为绿藻。一是这些藻体被压扁,呈条带状,并由许多规律排列、近六边形或菱形的藻体模块构成;二是它们在水底栖固生长;三是它们有出芽现象;四是其具软体的叶状缘突。”张喜光对《中国科学报》说。

根据这些特征,研究团队认为这是一类底栖、光合藻类,属于绒枝藻目,出现于寒武纪早期群落中。他们同时首次发现3枚化石基部固着于腕足动物壳瓣,这生动地显示了此类海藻的生活模式,为认知寒武纪早期藻类及趋于复杂化的海洋生态系提供了新的切实信息。

澳大利亚Wirrealpa找到的矿物化化石,图片来自:2021年《自然》论文,Zhang et al.

残破“孔口”或是藻体模块

在古生物研究领域,无数后生动物化石突然出现的“寒武纪大爆发”(5.42亿年~4.85亿年前),历来是最引人入胜的重大地质事件之一。尽管古生物学家、地质学家和进化生物学家在认知先驱生物群的真实面貌、辐射分异,以及与古环境的协同演变取得了种种突破,该领域仍存在不少未解之谜与研究空白。

例如,自养的藻类作为现代生物圈食物金字塔基层的主体组份,其最早的化石记录出现在前寒武确信无疑,但它们在寒武纪仅留下少许化石,以致研究人员对其早期演化的了解远不及带矿化壳体的后生动物。

而当今广布各大洋、具钙质外骨骼的底栖苔藓虫,其最早可靠的化石纪录只追溯到早奥陶世(约4.85亿年前)。此前不时有发现寒武纪苔藓虫的报道,却因某些证据不足一直未能得到举世公认。

在谈及与陕南化石的关系时,研究团队表示,陕南的“苔藓虫”化石的硬体标本“虫室”的“前壁”多被毁坏,仅一块由残留部分围成的不规则开口被误定为苔藓虫触手伸出的孔口。而孔口为苔藓虫的关键硬体构造之一,该鉴定缺失其存在的直接证据。

而小石坝海藻的藻体模块被一薄而韧的表层覆盖,一旦破损,其残留部分与前述“苔藓虫”残破的“孔口”相似;藻体内视显示,所有藻体模块均为规则排列的亚菱形并具微小孔穴。

研究者表示,这些相互可比的性状特征表明,产自陕南与澳大利亚的“潜在干群苔藓虫”应是早期绿藻。能否依据这些不见孔口的“苔藓虫”将苔藓动物的起源提早3500万年,有待今后新材料的论证。

研究者还将磷酸盐微化石与地理分布广泛的小型脊髓形状化石——寒武钉进行比较,并认为某些寒武钉可能也是绒枝藻。他们的研究表明,在寒武纪早期生态系统中,底栖的生物矿化藻类的贡献比之前认为的更大。

 小石坝生物群找到的Protomelission新化石,显示这种藻类附着在一个腕足动物的壳上。图片来自:张喜光

寒武纪大爆发后,生命还在进化

一直以来,科学家认为,动物门及其相关的身体结构起源于寒武纪大爆发。

但苔藓动物门是一个例外。因为在寒武纪地层中,这种具有生物矿化作用的演化支的确凿骨架已经消失,导致潜在的苔藓动物化石很难与其他动物和藻类类群的模块骨架区分开来。

“苔藓动物的延迟出现表明,寒武纪并不是传统认为的唯一的生命创新时期。与此相对,在更长的时间里,新的生命体继续在进化中被雕刻出来。”论文共同通讯作者、英国杜伦大学地球科学系的Martin Smith博士说。

他倾向于认为,寒武纪大爆发是进化史上一个独特的时期,这个时期几乎所有动物的生命蓝图都被绘制出来了,此后大多数的生物进化都是在此基础上的“小规模修补”。如果苔藓虫最早出现于奥陶纪时期,那就表明相关进化在寒武纪大爆发后仍然在进行着,仍保持着创造活力。

研究者表示,该研究提供了更多有关生命形态和动物进化历史的信息,有助于理解寒武纪早期地球生命多样性和生物演化的复杂性。(来源:中国科学报 冯丽妃 高嘉玮 陈彬)

在小石坝收集化石的研究者们。 图片来自:杨杰

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-023-05775-5

 
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