揭开寒武纪生命大爆发前夜的秘密，“虫虫工程师”搅动海底改变世界

近日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌“石板滩生物群”研究中取得重要进展，发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统。这些保存在约5.5亿年前地层中的遗迹化石表明，复杂动物行为对海底环境的改造，比原有的认识提早了近1000万年。目前，相关成果已发表于国际权威综合性学术期刊《科学进展》上。

中国三峡的石板滩生物群，揭开生命大爆发的秘密

大约5.39亿年前，地球生命经历了一场被称为“寒武纪大爆发”的演化革命，几乎所有现代动物门类在短短几百万年内“集体亮相”。然而，生命大爆发并非无源之水，在此之前是长达近一亿年的埃迪卡拉纪，虽未留下如寒武纪那样丰富的化石，但相对“静默”的世界也有不少生物存在。

地球如何从“静默世界”跨越到“生命爆发”？在中国湖北的三峡地区，古生物学家找到了一个完美的“时间胶囊”——石板滩生物群。它们生活在约5.5亿至5.43亿年前，正好处于埃迪卡拉纪向寒武纪过渡的“咽喉要道”。

这个生物群完美地保存在石灰岩中，产出的化石种类多样、细节丰富，如同一部纪录片，保存下这一关键转折期的生态实况。

在石板滩，学者曾发现过许多重要的化石。石板滩生物群已经因其“明星居民”而轰动世界：比如可以“行走”的夷陵虫，将分节动物的出现时间提前了近千万年；还有螺旋网格海绵，为海绵早期演化提供了关键证据。然而，我们今天故事的主角，不是这些实体化石，而是它们行为的“日志”——遗迹化石。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员陈哲与博士生刘雅榕，对石板滩生物群的遗迹化石进行了系统研究，首次系统性地发现了一套令人惊叹的复杂三维潜穴化石。这些不再是动物在海底表面的简单平面爬迹，而是向地下深处开拓的立体工程。

从二维到三维升级，生命向沉积物深处要空间

“虫虫工程师”的杰作有哪些类型？研究人员介绍，此次发现了Treptichnus属中的多个遗迹化石种，并建立一个新遗迹化石种Treptichnus streptosus。

该新遗迹化石种被研究人员比作“之字型矿道”，结构显示，造迹生物能够进行有节奏、可重复的推进和探测，这需要相当发达的神经系统和肌肉控制能力。这种潜穴在石板滩已呈现出多样性，表明这并非个例，而是一种成功的、已经分异的生存策略。

此外，石板滩生物群的“虫虫工程师”还能构建“复合公寓”，这种被称为“多山迹Lamonte”的遗迹，将水平的生活隧道、垂直的通道以及表面的爬迹连接在一起，集娱乐、餐饮、住宿多种功能于一体。该遗迹记录了一只动物在同一地点进行的多种复杂活动——行走、觅食、短暂栖息。

研究人员还发现了一种蝌蚪状遗迹，这是一端膨大，另一端是逐渐狭窄的潜穴的结构。切片显示，它的膨大端清晰地切穿了当时的微生物席层。这很像一种高效的“挖一勺”觅食策略：动物向下探出一个坑获取食物，然后沿着藻席层前进并钻出地面。

研究人员表示，这些形态各异的潜穴，都指向一个革命性的变化——动物对生态空间的利用，发生了从二维平面到三维立体的根本性跃迁。生命不再满足于在海底表面匍匐，而是开始主动地向沉积物深处要空间、要资源。

到底是谁制造了这些复杂的结构？陈哲介绍，遗迹化石是动物活动留下的痕迹，多种生物只要具有相似的构造，或是相近的运动方式都可能产生相似的遗迹，因此一种遗迹可能是由不同的动物形成。现代遗迹学研究表明，动物需要发达的神经系统和精确的肌肉控制，才能留下这些三维遗迹，像鳃曳动物或一些节肢动物的幼虫，都能制造出类似的复杂潜穴系统。

重写演化剧本，点燃“寒武纪大爆发”导火索

“虫虫工程师”的杰作产生了密集的生物扰动，破坏了浅海地层沉积物表面的微生物席。这是长期主导着海底生态的结构，微生物像毛毯一样平铺在海底，“毯子”下面长期处于缺氧状态，生物的活动范围都局限在微生物席的表面。

研究人员认为，沉积物表面的微生物席被破坏，如同一颗“生态炸弹”，通过破坏底质、竞争空间等方式，对埃迪卡拉生物造成巨大压力，触发了约5.5亿年前第一次埃迪卡拉生物群灭绝事件，近80%的埃迪卡拉生物消失。

随后，埃迪卡拉纪结束，寒武纪来临，环境剧变和生态竞争的叠加，导致了第二次大灭绝，彻底扫清了旧世界的残余。“虫虫工程师”创新所开辟的、松软的混合底质，创造出新的生态位，恰恰为那些需要藏匿、觅食和建造庇护所的显生宙动物准备好了舞台。

这项研究表明，动物绝非仅仅是被动适应环境，它们也是改变环境的强大力量波澜壮阔的“寒武纪大爆发”并非无源之水。它是由一系列前期的创新，特别是行为上的创新，一步步铺垫和催化的。

现代快报/现代+记者 是钟寅

（受访对象供图）