花垣生物群，解锁5亿年前的生命重启密码！

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北京时间1月29日凌晨，全球最具影响力的顶级国际科学期刊《自然》(Nature)重磅官宣，距今5.12亿年寒武纪软躯体化石“花垣生物群”的发现与研究成果。

一时间，从湘西花垣县引发的“蝴蝶效应”传遍世界各地，国内各大新闻媒体纷纷宣传推介。

该论文报道了距今约5.12亿年前、时代紧接辛斯克事件之后的寒武纪软躯体化石群“花垣生物群”的发现和研究成果，填补了辛斯克灭绝事件之后寒武纪第四期顶级软躯体化石群缺失的空白，为人们认识显生宙第一次大灭绝事件的规模和影响提供了重要证据。

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全球顶级寒武纪特异埋藏化石宝库

2021年，朱茂炎院士团队来到“花垣生物群”发现地——花垣县石兰镇磨子村仁枯坡，以钉钉子精神，历时5年，有条不紊开展系统性野外化石发掘工作，常年日晒雨淋，风雨无阻。

中国科学院南京地质古生物研究所科研人员 在发掘现场

图源：曾晗

在长30米厚12米宽8米立体地层剖面单一采坑里，队员们用地质锤敲敲打打，与地层中古生物化石捉迷藏，采集5万多件化石标本。

研究团队与岩石和化石凝视对话，研究甄别出16个门一级动物类群，153个动物物种，其中59%为新发现的全新物种，让藏于大山深处、填补地球生命演化历史空白的化石宝库露出冰山一角。

花垣生物群中的代表性化石

图源：曾晗

花垣生物群物种多样性，达到国际公认顶级软躯体化石群标准(高多样性、高保真度、高丰富度)，已超过“澄江动物群”“布尔吉斯页岩生物群”等经典单一采坑产出物种数，再现寒武纪动物多样性的完整图谱。

深海相生物群是目前发现软躯体动物门类种类，位居全球同一地质时代生物群的第3位。浮游、游泳及海底俱全，高门类多样性。涵盖非两侧对称古老动物类型中的固着多孔、开腔骨、浮游栉水母、刺胞等动物；

亦有现代原口、后口2大动物主干系早期代表，原口动物有曳鳃、叶足、节肢、浮游毛颚、环节、腕足、软体、软舌螺，后口动物有古虫、棘皮、半索、脊索及分类未定不明等动物。其被囊脊索动物，目前已知最早最古老动物。化石中，节肢、多孔、刺胞动物的物种和个体数量占比最高。

寒武纪物种大爆炸

图源：网络

国际权威学者罗伯特·盖恩斯教授指出："花垣生物群"是与"澄江生物群""布尔吉斯页岩生物群"齐名的全球顶级寒武纪特异埋藏化石群。

澄江生物群形成于距今5.18亿年前的寒武纪大爆发时期，早于"辛斯克"灭绝事件。自1990年代末起，中国科学院南京地质古生物研究所对该化石群展开系统研究。

澄江生物群复原图

绘图：杨定华

其突破性发现被誉为“20世纪最惊人科学发现之一”，成为解密寒武纪生命大爆发的关键证据，并于2012年7月1日作为中国首个化石类世界遗产列入《世界遗产名录》，也是亚洲唯一获此殊荣的化石遗址。

花垣5.12亿年前寒武纪生物群

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加拿大布尔吉斯页岩生物群，寒武纪中期，距今5.05亿年，1909年就被发现，处于国家公园里，历时一个多世纪地质考古研究，最后进入世界自然遗产序列。

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软躯体动物始祖的“早期原始部落”地标

在地球46亿年的生命史诗中，距今5.39亿年前的隐生宙，地球生命由海洋微生物主导。

进入距今5.39亿年寒武纪，地球海洋生态系统开始生命大爆发，如同太阳喷薄而出的万道光芒，1%的时间窗口期诞生了当今近乎100%的软躯体动物门类始祖，海洋迎来盘古开天地以来的繁荣，致此地球生命由微生物静谧时代进入动物始祖纵横的乐园。

寒武纪和前寒武纪地层的对比

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通过寒武纪软躯体化石群物种多样性大数据对全球寒武纪软躯体化石群时空间分布、深水沉积学特征等综合分析判断，锚定花垣生物群为寒武纪早期，距今 5.12亿年，即显生宙第一次大灭绝(“辛斯克”)之后转折期。

该生物群成为地球迎来新一轮生命演化“狂欢”的实证案例，软躯体动物始祖原始部落地标。此事件过去5000多万年沧海桑田，至距今4.7～4.5亿年前奥陶纪，海洋生物多样性才爆发大辐射。

花垣生物群发现物种

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花垣生物群，高化石丰富度、高物种多样性、高软躯体保真度，一个复杂生态系统的深水动物群落，填补了寒武纪第4期顶级软躯体化石群的空白。为研究解析动物门类起源和早期演化提供新的化石实物，同时，为寒武纪生物群遭遇“辛斯克”事件前后的灾难、复苏、演化、全球扩散及其诱因等提供关键科学依据。

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研究“辛斯克”事件影响力的新视角新纪元

地球46亿年史上的每一期生物灭绝事件，都会导致生物多样性灭顶和生态系统重大改变。生物群发现地，寒武纪第4期处于华南扬子地台外大陆架深水区，其软躯体生物群属于少见深水生物群。

开展花垣生物群化石发掘的中国科学院南京古生物所野外科考队

图源：网络

南京古生物所澄江站站长、副研究员、《自然》发表论文第一作者曾晗介绍：“我们在‘花垣生物群’中发现了纳罗虫和原始管虫，且它们在生物群中属于优势动物分子，个体数量或生物量占绝对优势”。纳罗虫和原始管虫，亦是“澄江动物群”代表性动物，但年代晚于“辛斯克”事件的滇东关山生物群没有出现。

“辛斯克”生物大灭绝事件，与地学上“地球史上五次大灭绝”有别，它的时间更早，距今5.18～5.13亿年之间，故称之显生宙第一次生物大灭绝。其叫停地球史上第一次生物大爆发的“生命狂欢”，改写生命演化路径。

寒武纪时期全球生物多样性变化曲线显示，分布花垣生物群的时代紧接显生宙第一次生物大灭绝“辛斯克事件”之后 （图源：网络）

自上个世纪80年代提出以来，科学家对“辛斯克”事件研究主要聚焦浅海生态系统化石认知，包括最早建造礁体古杯动物、最早披上铠甲小壳化石、以及寒武纪“明星”三叶虫。

但这些骨骼化生物并不是海洋动物群落的全部，通常占比不足40%。据此推断海洋生态系统变化，难免以偏概全，认同度不高，从而长期低调，尚未受到普遍关注。

但一些“辛斯克”事件经典研究表明，其生物灭绝规模与寒武纪以后“五次大灭绝”规模相当，地球生命史上最惨烈灾难悲剧之一，生物灭绝率达41～49%，仅次于二叠纪末生物大灭绝事件。大自然给地球第一次生命大爆发迎头一棒，突如其来将这场辉煌生命爆发扼杀，无数早期原始动物悄然消失。

花垣生物群生态复原图 杨定华绘

图源：中国科学院南京地质古生物研究所

“辛斯克”事件，亦是全球寒武纪演化生物群“改组”“重置”始作俑者。研究团队通过大数据收集“花垣生物群”在内的45个寒武纪布尔吉斯页岩生物群进行处理，并对整理出3149条物种产出信息、965个属的生物多样性数据集，进行非度量多维尺度分析，发现“辛斯克”事件前后全球生物群组成存在明显差异，表明寒武纪生物群伴随“辛斯克”事件发生重大演化转变。

总之，花垣生物群印证了寒武纪生命大爆发突然被“辛斯克”大灭绝事件浩劫中断，但“辛斯克”事件对浅水软躯体生物群致命，对深水生物群影响有限。

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软躯体动物

跨越大半个地球演绎“流洋移民海归”

花垣生物群，发现了澄江生物群中的昆明关山虾，又发现加拿大生物群中节肢动物，即北美加拿大布尔吉斯页岩生物群中的典型节肢动物，见证“辛斯克”事件后海洋动物发生远距离跨洋扩散。

关山虾、马尔虫、西德尼虫、莫里森虫等成为花垣生物群大家族中的“海归移民”。作为地球上最早最古老的巨型动物和顶级捕食者，多样的奇虾类节肢动物出现在花垣生物群，表明海洋生物复杂捕食食物网已形成。

昆明关山虾化石

图源：网络

曾晗说：“我们在‘花垣生物群’中发现了‘昆明关山虾’，是同时代滇东地区‘关山生物群’中占主导的奇虾类，两地距离长达750公里”。

花垣生物群与远在北美加拿大寒武纪中期“布尔吉斯页岩生物群”共同拥有塔卡瓦海绵、爬胃虫、苏鲁斯虾、马尔虫、头盔虫、西德尼虫、莫里森虫等代表性生物分子。

寒武纪部分生物图绘

作者：江南拱桥夜

寒武纪时期，花垣所在华南板块与北美劳伦大陆被泛大洋分开，两者相距大半个地球，板块漂移主导下难以自圆其说，唯有洋流搬运方能解释全球生物跨越时空扩散，表明寒武纪海洋动物存在以幼虫形态随洋流跨越地理空间远距离扩散机制，且在跨越大半个地球迁徙中不断演化。

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软躯体动物化石，天造地设“时空胶囊”

特异埋葬是软躯体化石形成先决前提。寒武纪处于生物进化演化初始阶段，三叶虫、古杯生物礁及小壳动物等个体偏小，保存化石概率大大高于软躯体动物。而寒武纪普遍存在缺少硬体的软躯体动物，正常沉积环境条件下保存化石概率几乎为零。

三叶虫化石

图源：三叶虫图鉴

只有特异埋葬条件下，即深水海洋发生风暴浪、密度流及火山爆发等异常情形，软躯体才会瞬间或快速包裹密闭而保留。朱茂炎院士团队借助显微CT、扫描电镜能谱分析等现代科技方法，进一步证实生物群系快速埋葬条件下保存的。

矿化、膜化令软躯体动物“点石成金”。密闭软躯体动物，通过硅化、磷酸盐化、黄铁矿化、小碳质膜、碳质压膜、黏土矿物膜等地质力，奇迹般将生命遗体柔软组织器官系统完整封存固化，高保真度跃然印记在石头上。

花垣生物群，典型布尔吉斯页岩型化石群，化石主要以碳质膜和黏土矿物膜形式保存。换句话说，花垣软躯体特异埋葬化石群，宛若穿越时空隧道的胶囊，既保存包括奇虾类在内的完整动物个体，又保存柱头虫等多种全身软体动物，同时呈现出高保真度的软躯体生物结构，甚至器官组织清晰可辨。

海洋生物起源图

图源：网络

比如肠道、消化腺等消化系统，眼视神经、腹神经索在内神经组织，以鳃为代表呼吸器官等，为科学家复原远古早期动物躯体结构提供实证，对研究海洋生物起源具有重大意义。

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复原海洋深水复杂“生物碳泵”生态系统

古地理沉积环境的重建，表明花垣生物群生活在远离海岸外大陆架深水环境，生态系统具有复杂食物网和类似现代海洋的生物碳泵，且具21个生态功能。

花垣生物群研究，证明海洋深水区绝非生命禁区，而是结构复杂生命社区，海底爬行或固着、水中游弋及随波逐流浮游等动物分布于海洋三维空间，彼此有各自生活空间，并存在多级捕食食物网。

花垣生物群保存软躯体生物学结构的化石

图源：网络

现代樽海鞘，如同海洋生物碳泵，将海洋中悬浮有机碳转化成更大粪球粒，加速海洋有机碳埋藏，对全球碳循环发挥积极作用。

多种类似现代樽海鞘的浮游被囊动物发现，表明距今5.12亿年前，海洋可能已出现类似当今“生物碳泵”生态系统，影响地球碳循环。

海洋深水环境，生物庇护所与物种复苏演化摇篮。花垣生物群，一部化石在关键地球地质历史节点写就的“海洋深水档案”。

花垣生物群生态复原图

绘图：杨定华

“辛斯克”事件中，深水环境成双重关键功能平台，既为生物避难所，又是生命物种复苏摇篮和新物种再爆发快速扩散策源地。

科学家通过浅水相与深水相对比研究，发现“辛斯克”事件对2种生物群影响具有明显差异。“辛斯克”大灭绝前澄江动物群与灭绝后关山生物群，同为云南浅海古地理沉积环境，其物种组成发生剧变，澄江诸多代表性物种(纳罗虫和原始管虫)没有出现在关山生物群中。

　花垣生物群开腔骨动物化石图（左）和复原图

图源：新华社

与澄江动物群同时期的牛蹄塘生物群中，纳罗虫和原始管虫为“辛斯克”事件前优势物种。而距云南关山750公里的花垣生物群中纳罗虫和原始管虫等，处于深水古地理沉积环境，则躲过“辛斯克”事件劫难，成之花垣生物群的优势动物分子。充分说明外大陆架海洋深水环境，庇护许多生物群躲过劫难，成为生命“避难所”和“孵化中心”。

花垣生物群与加拿大布尔吉斯页岩生物群，同为深水古地理沉积环境，尽管相隔遥远，但彼此存在异常紧密联系。进一步证明海洋深水环境，让生命得以存续、革新、重新扩散，保全传递着生命演化“血脉”。

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湘西世界地质公园增光添彩

目前，湘西世界地质公园已拥有“排碧金钉子”“古丈金钉子”“列夕特异埋葬动物群”等具有世界意义的地质遗迹。

湘西世界地质公园古丈金钉子石碑

图源：网络

2001年和2010年，国际地层委员会和国际地质科学联合会，先后将南京地质古生物研究所彭善池老师创建的2个寒武系标准界线层型剖面和层型点命名为“金钉子”，即寒武系芙蓉统排碧阶(第8阶)剖面、中上寒武统古丈阶(第7阶)剖面。“排碧阶”“古丈阶”列入国际地质地层年代表，成为寒武系地层划分的全球标准。2枚“金钉子”通过三叶虫和牙形刺化石物种等来进行全球比较确认。

其中，“排碧阶”主要以距今4.97亿年前网纹雕球接子三叶虫化石的首现为界线标志；“古丈阶”主要以距今5.03亿年前光滑光尾球接子三叶虫化石的首次出现为界线标志，剖面地层为寒武系敖溪组及其上覆花桥组下段暗色碳酸盐浊积岩。

花垣西德尼虫、马尔虫、头盔虫化石

图源：曾晗

2022年7月13日，南京地质古生物研究所方翔领衔，联合湖南省博物院等机构14名知名学者在国际著名学术期刊英国《皇家学会会刊B辑》发表《列夕动物群：华南下奥陶统新的特异埋葬化石库》论文，在国际科学界引起强烈反响。

列夕动物群发现具有重大意义，标志着寒武纪生命大爆发和“辛斯克”大灭绝事件后，进入新一轮“黄金繁育期”，即奥陶纪生物大辐射，海洋生物多样性急剧增加，生态系统趋于修复。

湘西永顺县早奥陶纪列夕生物群

图源：网络

列夕动物群，奥陶纪早期重要多门类特异埋葬动物群，赋聚于永顺列夕泽龙坪附近下奥陶系统马刀峪组浅海相地层，涵盖节肢、海绵、棘皮、鳃曳、环节、刺胞、软体、腕足、苔藓、半索及脊索等11门一级动物类群。发现许多特异埋葬型动物化石典型代表组合，如，肠道等软体组织；

大量保存完整且具有吻部等细节构造的鳃曳动物“古蠕虫”，身体柔软“奥托虫”以及外形如身披盔甲“短剑虫类”等；保存完整、身体由多边形骨板包裹的棘皮动物“海林擒”“海囊盘”；以及保存精美、形态各异的三叶虫化石等，比较完整还原彼时海洋生态系统，揭示奥陶纪生物大繁荣早期海洋生物辐射扩散特征。

通过牙形刺和笔石等化石组合分析判断地质时代为4.75亿年，早于奥陶纪生物大规模繁荣时段500～1000万年。距今4.85～4.7亿年奥陶纪早期，学术界研究古生代动物群起源和奥陶纪生物辐射早期机制的关键时段和重要节点。

中国寒武纪生物地理分布图

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朱茂炎院士称湘西至贵州云南一带为“寒武纪王国”。地质地层记录完善完整，拥有云南澄江和关山、贵州凯里和翁安等多处生物群。

凯里生物群，距今5.1亿年，介于距今5.05亿年加拿大布尔吉斯生物群和距今5.18亿年云南澄江生物群之间。

中寒武纪早期海洋生物群，涵盖11门类120多属动物化石，首次发现微网虫、奇虾类等，除娜罗虫、微网虫、奇虾虫、古蝠虫、奥托也虫等外，还发现节肢、水母状、棘皮和软躯体等动物化石。

花垣生物群仿佛全球海洋生物的“移民目的地”

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瓮安翁会生物群，距今5.8～6.1亿年，元古代震旦纪陡山沱澡类生物群，发现藻类胚胎、细胞结构，亦是磷矿、锰矿床层位。

武陵山区一带，地质神奇神秘，曾经是古生代古生物乐园，除了湘西，还有重庆秀山志留纪生物群，湖北恩施大峡谷世界地质公园见天坝晚二叠纪生物礁群等。

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花垣生物群，未来湘西地标

作为足以与澄江、布尔吉斯并列的全球顶级寒武纪化石宝库，大自然恩赐湘西的一座世界级化石宝库，人类解密解锁5.12亿年前地球生命星河的凝望窗口，其丰富多样的化石组合、组织器官结构、形态细节构造及其背后惊奇故事，复活了一幅被忽视的海洋深水生物群及生态系统的生命全景。

花垣生物群代表性化石

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花垣生物群的发现，揭开距今5.13亿年前显生宙第一次生物大灭绝(“辛斯克”事件)的神秘面纱，如同一束强光，穿透“辛斯克”事件之后长达数千万年的“认知黑暗期”，填补了地球生命韧性张力故事至关重要一课，改写了早期生命灾难与复苏模式。

地球上的五次生物大灭绝

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受全球气候环境变化和人类活动影响，地球生物多样性面临诸多挑战。花垣生物群揭示地球显生宙第一次生物大灭绝的过程和机制等，科学审视当今全球生态危机背景下人与自然和谐共生活动，对科学认识生物多样性演化具有重要现实意义，或许能为生活在蓝色地球上的人们，提供生存与适应的深远危机思考。

花垣生物群发现地，地理位置得天独厚，位于花垣县石兰镇磨子村，与“精准扶贫”首倡地十八洞村，矮寨特大悬索桥，“排碧金钉子”及边城茶峒为邻。

花垣生物群，一部关于寒武纪古生物地质传奇的“无字天书”，蕴涵丰富远古古生物“盲盒。花垣生物群官宣具有里程碑意义，南京地质古生物研究所科研团队只是迈开第一步，坚信后期惊奇更多，科学研究、科普、研学及网红打卡等赋能“旅游+”，助推当地经济社会高质量发展，指日可待。

作者：高文化

作者单位：湘西州人大常委会

本文转载自：中新网湖南

责任编辑：高峰

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