“80后”双一流教授，发Science

来源：地球生物学、中国科学报

编辑整理 ：双一流高教

2月10日，中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室。二叠纪-三叠纪研究团队宋海军、代旭等主导，联合中科院等多个国内单位和法国、加拿大、瑞士、美国多个研究机构的学者合作研究成果《中生代一个新的特异埋藏化石库——贵阳生物群，揭示现代类型海洋生态系统》在《Science》（《科学》）杂志发表，并被《Science》进行亮点报道。论文第一作者是代旭博士，通讯作者是宋海军教授。

宋海军（右）和学生代旭（左）

贵阳生物群发现于我国贵州省贵阳市及其周边，埋藏时期距今2.508亿年，是目前全球中生代最古老的一个特异埋藏化石库，距离地球历史上最大的一次生物大灭绝事件：二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝仅过去了约1百万年的时间。该重大发现为我们理解最大规模灭绝之后的生命恢复速度和模式提供了新的认识。

在漫长的生命演化历史中，古生物学家将显生宙（约5.4亿年前至今）的海洋生物分为三大演化类群，分别是以三叶虫为主导的寒武纪演化生物群；以固着生物如腕足动物，四射珊瑚为主的古生代演化生物群；以及以软体动物，鱼类等移动型生物为主的现代演化生物群。如今我们餐桌上常见的海鲜基本都属于现代演化生物群。从古生代演化生物群转变为现代演化生物群就发生在二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝前后。但是由于化石记录的不完备性，我们对于这次转变的过程和机制认识尚浅。

显生宙三大演化类群和五次大灭绝

显生宙一共发生过五次生物大灭绝事件，其中二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝事件是最为严重的一次。这次生物大灭绝不仅造成了超过80%海洋生物物种灭绝，同时还促使海洋生态系统从古生代类型向现代类型转变，并伴随着现代类型海洋中多个主要类群的起源或者多样化，如辐鳍鱼类、十足目。在大灭绝之后的早三叠世（2.519–2.476亿年前），海洋环境异常恶劣，出现多次缺氧、酸化事件；全球气候异常，出现极端高温现象，赤道地区年均温度可能超过35℃。因此，在这样异常的气候和环境条件下，生物复苏通常被认为非常缓慢，这一观点得到了大部分早三叠世海洋化石记录的证实。当时的海洋生物通常以低多样性和高丰度，且个体较小的机会种或者灾难种为主。前人认为，生态系统复苏是从初级消费者到顶级捕食者逐级缓慢完善的一个过程，完整的海洋生态系统直到中三叠世（大灭绝后约8百万年）才出现。但是，这一观点仍有争议。

为了揭示二叠纪-三叠纪之交这一特殊且重要时期生物与环境协同演化关系，宋海军教授等在我国华南多省长期坚持开展了近15年的野外工作，在2015年在贵阳市周边发现了一些中生代最早的化石，为揭示史上最大灭绝事件之后生态系统的重建提供了重要线索。之后，该团队从2015年至2022年每年都在该地区开展野外工作，陆续发现了大量多门类化石，由此便开始揭开了贵阳生物群的冰山一角。

贵阳生物群重要化石类别贵阳生物群重要化石类别

为了弄清贵阳生物群的精确时代和生物面貌，团队成员在该地区开展了大量的地质工作，从古生物分类学、生物地层学、年代地层学、沉积学、沉积地球化学等方面入手开展了系统的研究，从2018年至今已发表相关学术论文6篇，已初步理清贵阳生物群的主要面貌、地层分布、埋藏年代、埋藏环境等信息。刚刚发表的这篇文章是系统报道了该特异埋藏化石群的全貌，并首次正式命名为贵阳生物群。贵阳生物群主要产于贵阳市及其周边大冶组中部的黑色页岩和灰岩结核中。根据菊石和牙形石生物地层以及碳同位素曲线，可以确定其时代为晚第纳尔亚期。非常幸运的是化石层位中有火山粘土，其中产有大量锆石。联合国际顶级地质年代学团队利用目前最先进的铀铅测年方法获得了贵阳生物群的准确年龄，为250.83 +0.07/–0.06百万年前。这一年龄表明贵阳生物群目前已知的最古老的中生代特异埋藏化石库，且距离大灭绝后仅仅只有约1百万年的时间。这么早的时间内出现这么多样化且复杂的生态系统非常出人意料！

贵阳生物群层位中发现的火山粘土层以及其中的锆石

截至目前，贵阳生物群中已经发现了包括硬骨鱼、软骨鱼、牙形动物、海绵动物、双壳、菊石、腹足、虾类、原蟹、放射虫、有孔虫等十几个大类，总计达40种不同的生物。从生态上看，贵阳生物群的营养金字塔已经很完整，从大到近1米长的顶级捕食者腔棘鱼，到小到100微米左右的初级消费者有孔虫，各个营养级均有代表。此外还有发现有大量粪便化石，表明当时的食物网已经较为复杂，生态结构已经很完善。

三叠纪生物群多样性和物种组成对比

在全球目前已发现多个三叠纪特异埋藏化石库，包括巴黎生物群、巢湖生物群、南漳远安生物群、罗平生物群、兴义生物群、关岭生物群等。这些生物群都是出现在三叠纪奥伦尼克期及其之后的时代，而贵阳生物群发现于早三叠世印度期，比其他的中生代生物群在时代上更早，且距离二叠纪-三叠纪大灭绝更近。贵阳生物群无论是在生物多样性还是生态结构上已经和之后的生物群没有明显差异，甚至可能更为复杂。这进一步表明，二叠纪-三叠纪大灭绝之后的生态重建远远比以往的认识更快。

贵阳生物群中大量出现了鱼类和虾类化石，其中一些虾类，如龙虾，是目前已知的最老化石记录。这两个主要类别是现代海洋中最为丰富和重要的类群，同时这两大类在中生代海洋革命中作为捕食者扮演重要的角色。因此贵阳生物群的发现表明现代类型的海洋生态系统在大灭绝之后约1百万年的时间内就已经初具雏形，并且指示中生代海洋革命的时间可能也比以往的认识更为提前。

贵阳生物群生态复原图（杨定华绘）

贵阳生物群对理解早三叠世生物古地理也提供了新认识。早三叠世是一个异常高温的时期，高温迫使陆地上的四足动物向两极迁移，同时期海洋中也存在一个赤道地区鱼类化石记录的空缺。贵州省在早三叠世位于古赤道地区，因此贵阳生物群中大量的鱼类化石表明当时赤道地区的温度在鱼类的耐受限度之内，这会让我们重新认识当时的古气候状况、生物生理耐受性，以及极端气候条件下生物与环境之间的协同演化关系。

文章评审人对这项研究如此评价：“贵阳生物群是二叠纪末期大灭绝后快速出现的、且保存精美的特异埋藏化石库，是中生代最古老的一个，这使我们对最大规模灭绝之后的生命恢复速度和性质有了新的认识”，“贵阳生物群的发现从根本上修正了我们以前对生物从显生宙最大生物灭绝中复苏的看法”。

该成果得到了国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、生物地质与环境地质国家重点实验室等大力支持。

论文相关信息：

Authors：Xu Dai, Joshua H. F. L. Davies, Zhiwei Yuan, Arnaud Brayard, Maria Ovtcharova, Guanghui Xu, Xiaokang Liu, Christopher P. A. Smith, Carrie E. Schweitzer, Mingtao Li, Morgann G. Perrot, Shouyi Jiang, Luyi Miao, Yiran Cao, Jia Yan, Ruoyu Bai, Fengyu Wang, Wei Guo, Huyue Song, Li Tian, Jacopo Dal Corso, Yuting Liu, Daoliang Chu, Haijun Song*, 2023.

Title：A Mesozoic fossil lagerstätte from 250.8 million years ago shows a modern-type marine ecosystem.

Source:Science, 379 (6632), 567-572. 2023

DOI:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf1622