5.2 亿年的毫米级回响——镇巴大山里的“中国发现”始末

一枚仅数毫米的微体化石，打破国际学界持续数十年的演化谜题。长安大学郭俊锋团队在陕南镇巴的群山之间，寻获全球最早具备完整体管结构的头足动物——陕西始角石，把头足动物实证起源向前推进约3000万年。

2022年郭俊锋教授（持铁锤者）与宋祖晨博士（右一）、博士生彭佳欣在陕南进行野外采样

从2005年未竟的地质填图遗憾，到数年野外采样、实验室千万次筛选，再到跨国学术辩论、三轮《Nature》审稿，这场属于中国古生物学者的科研突围背后，既是基础科学的漫长坚守，也摆出一道现实考题：坐拥世界级寒武纪化石宝库，如何平衡科研保护、科普传播与地方发展？

群山之下的遗憾：

不被看好的造山带，藏着远古海洋密码

秦巴山地层峦叠嶂，今天的镇巴群山，在5.2亿年前曾是一片辽阔的远古海洋。无数微小软体动物埋藏在海底沉积物中，经过磷酸盐化的特殊埋藏作用，保留下生命的痕迹。沧海桑田，板块碰撞抬升，那些封存着远古秘密的岩石露头，静静暴露在山野崖壁之上。

很长一段时间，镇巴并不被视作古生物科考的理想之地。这里地处华南板块与秦岭造山带的构造交界，逆冲推覆构造交错，地层被挤压、堆叠、错位。在传统地质认知中，造山带复杂破碎的地层，很难开展精细古生物演化对比工作。

2022年裴先治教授（中）在汉中镇巴进行野外工作指导

2005年，长安大学裴先治教授团队在此完成1：5万地质填图，系统厘清了复杂的地层序列，为后续研究搭起了“导航图”。彼时正在攻读博士的郭俊锋，遗憾错过这次野外工作。这份遗憾，一等便是十余年。

2022年，裴先治与郭俊锋敲定跨学科联合科考计划，集结构造地质、古生物、古地磁、沉积学等多方向研究人员，重启镇巴野外踏勘。团队有三重目标：打通湖北宜昌与陕西镇巴两地寒武纪早期地层演化链条，弥补当年未能参与填图的遗憾，促成多学科交叉碰撞。彼时，团队最初的科研预期只是寻找5.4至5.2亿年前小壳化石演化线索，并没有预料到，一次世界级的重大发现正在岩石之中静静等待。

野外的半个月，科研人员穿行在镇巴山间，重点观测寒武系水井沱组下部瘤状含磷岩层。肉眼望去，这部分岩层有着密密麻麻、难以分辨的细小碎屑。依靠放大镜，学生识别出这是生物壳体化石碎屑富集层。按照古生物野外采样规范，团队大规模采集岩石样品运回实验室。2022至2023两年间，郭俊锋教授、宋祖晨博士带领团队成员累计采集近八吨岩石样品，实验室待处理标本总量接近二十吨。

大山之中采集回来的岩石，仅仅是故事的开端，真正的考验发生在实验室里。

2023年郭俊锋（中）指导学生进行扫描电镜化石拍照

沙里淘金：

一粒碎石里，跳出颠覆教科书的古老物种

微体化石的处理堪比“沙里淘金”。团队用醋酸溶蚀围岩后，在显微镜下用细针从海量残渣中一粒粒分拣化石。数吨岩石，最终只得小小一堆，工作量远超矿物淘金。

2022年下半年，实验室分拣工作启动。最开始，这批管状化石被简单归入小壳化石里常见的软舌螺动物—桶螺，没有引起足够重视。直到一次偶然，郭俊锋击碎一枚管状标本，标本内部三维保存的分节体管、隔壁构造完整暴露出来。

那一刻，一个颠覆性猜想浮现在团队面前：这会不会是原始头足动物的化石？

团队内部爆发激烈争论。传统教科书认为，头足动物的体管是隔壁开孔后，依靠隔壁颈、连接环发育形成。但眼前这枚化石是封闭分节的原始体管，没有发育传统认知的隔壁颈与连接环，现有理论无法解释。反复比对、CT扫描、电镜成像，经过大量标本验证，团队提出全新假说：最原始的头足动物体管，由动物外套膜皱缩延伸，配合隔壁共同形成；隔壁孔、隔壁颈、连接环，是后期演化才出现的结构。

郭俊锋团队会议合影（左三宋祖晨，左四郭俊锋）

为了标记这一产自陕西的古老物种，新属种被命名为“陕西始角石”（Eoceras shaanxiense），“始”字寓意其原始、早期的演化地位。

在此之前，全球公认最早的头足动物化石是4.9亿年前寒武纪晚期的寒武短棒角石。但分子钟推演提示，头足动物应在寒武纪早期就已分化，二者之间横亘着长达3000万年的演化鸿沟。学界为此争论多年，单板类起源、太阳女神螺类起源、软舌螺类起源，多种假说各执一词，却始终缺少直接化石证据。

陕西始角石的出现，把头足动物的实证起源直接推到5.2亿年前，填平了这道巨大的时间缺口。

跨越山海的学术交锋：

用化石实物叩开《Nature》大门

新的科学假说，想要获得国际学界认可，远不是拿到一块化石就可以完成。单一团队的视角存在局限，头足动物演化涉及软体动物解剖、系统演化等诸多细分方向。

确定好整体研究框架后，团队决定由刚毕业的宋祖晨博士主笔文章撰写，并搭建国际协作网络，国内联动西北大学、中科院南京地质古生物研究所，海外邀请英国布里斯托大学、美国汉诺威大学专家参与研究。团队严守科研优先权，先完成完整内部文稿，再对接国外合作者，避免原创观点外流。

2023年11月宋祖晨博士正式启动论文撰写，整合CT扫描、电镜、地层年代全部数据，论文写作过程中国内合作者经历了数次“面红耳赤”的讨论，最终意见统一，于2025年2月完成初稿。之后，跨国论证的道路远比想象漫长。外籍合作者初期并未充分意识到化石的里程碑意义，针对体管起源、生物古生态等核心问题提出大量质疑。将近一年时间，中外学者持续辩论，团队不断补充标本影像、三维重建证据，用化石实物回应每一项疑问。最终，海外合作者完全接纳“外套膜皱缩形成原始体管”的演化假说。

陕西始角石系统发育位置及生态复原图

“学术研究正是在质疑和不同思想的碰撞中向前推进的。质疑不是科研阻碍，是促进；化石标本实证，才是直面质疑的底气。”郭俊锋这样总结这段跨国交锋。

2026年2月稿件投递《Nature》，仅两天便获送审。四位审稿人均给出高度正面评价，一位审稿人直接将其定义为头足类演化领域的里程碑成果，同时提出关键修改意见：必须依据独特的内部结构确立新属新种，不能简单归为旧的桶螺类。团队在四周时限内完成修订，正式确立陕西始角石这一新物种。随后二、三轮评审，团队补充大量电镜、显微CT原始影像，逐条回应关于体管发育、古生态复原的细节疑问。

三轮修改后，稿件迎来原则接收通知。所有原始标本影像、野外剖面记录完整归档留存，恪守“所见即所得”，不虚构生物结构，不夸大演化意义，全部遵循国际学术规范。

2026年7月29日，这篇长文正式在线发表。长安大学作为第一完成单位，向世界公布来自陕南镇巴的重大发现。

《Nature》审稿人、美国迈阿密大学David Peterman教授评价：该项研究具有前沿性和引领性，将头足动物的首次出现前推了大约3000万年。《Nature》资深编辑Henry Gee博士评价：来自中国寒武纪早期的始角石，拨开了头足动物起源的迷雾。该成果得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和大陆演化与早期生命国家重点实验室开放基金联合资助。

今天的章鱼、乌贼、鹦鹉螺，这些海洋中智商出众的头足动物，它们遥远祖先就是“陕西始角石”。和大众印象中体型巨大的角石不同，这位祖先只有毫米级别，原始体管调节浮力能力有限，只能在海底表层缓慢游移，尚不具备后世头足类远洋驰骋的本领。它记录了软体动物向头足动物分化最开始的那一步，是寒武纪生命大爆发中纲一级生物门类分化的关键实证。

这也提示全球古生物研究者，面对大量外形相似的小壳管状化石，不能只看外壳形态，要着力挖掘内部微细保存结构，才能厘清远古生物真实的谱系归属。

亿年化石的现实考题：

科研保护与地方发展何以共生

长安大学裴先治教授关注陕南地质地貌和古化石研究多年。他在采访中强调，陕南已成为全球寒武纪早期生命研究不可忽视的高地。西北大学、长安大学近年在此屡获突破，汉中地区至今产出五篇《Nature》论文：镇巴两篇、西乡两篇、宁强一篇，另有《Geology》等多篇地学顶刊成果。高家山生物群、宽川铺生物群，加上本次镇巴寒武系第三阶化石群落，三套核心古生物群在此完整保存。

从舒德干院士到裴先治教授，再到如今的郭俊锋团队，学术薪火在这里代代相传。短短数年密集产出重磅成果，预示陕南即将成为全球早期生命演化、构造地质、页岩油气交叉研究的热点区域。

但荣光背后，现实的困境同样摆在秦巴山区面前。镇巴产出的寒武纪化石大多是米粒大小的微体化石，肉眼难以识别。我国《古生物化石保护条例》对大型脊椎动物化石有清晰管控标准，但这类微米、毫米级小壳化石的保护细则尚不完善。划定化石保护点需要约束矿产开采、工程建设，而微体化石很难直接转化为经济收益。地方发展诉求与化石保护之间形成天然矛盾。这并非孤例，贵州瓮安生物群也曾因与磷矿开发重叠而面临同样难题，依靠院士团队长期呼吁才推动基础保护落地。

科普是另一重现实门槛。恐龙骨架体型宏大，直观震撼，容易走进大众视野。而寒武纪微体化石必须借助显微镜、3D打印放大之后，普通人才能看清内部构造，展示门槛高。陕西是古生物资源大省，但针对陕南寒武纪化石的系统性科普内容稀缺，部分地质文化村、小型展馆受制于资金与展示条件，传播影响力有限。世界级科研成果，尚未完全转化为大众能够读懂的公共文化财富。

英方发布化石图片

“高水平学术论文是面向学界解决科学问题，科普则是面对社会大众应当承担的责任。科研人员应成为前沿科学和公众认知之间的桥梁。”郭俊锋如此看待科研人员的社会责任。

手握陕西始角石这张世界级古生物名片，镇巴该向何处去？5.2亿年前这里是远古海洋，板块抬升造就秦巴山地；巴人在此繁衍生息，留下民俗文脉；川陕革命根据地红色火种扎根群山。地质生命档案、人文历史、红色记忆，本可交织成独一无二的地域标识。

科研团队给出了清晰路径：建设寒武纪专题科普馆，打造分层科普步道，区分大众科普与专业科研考察路线；开发科普绘本、纪录片；设计“展厅学习—山地徒步—仿真化石挖掘体验—巴文化民俗体验”的青少年研学线路。同时参照国家古生物化石集中产地管控标准实施分区管理：核心化石露头严格保护，周边开展生态修复，文旅开发区域与化石核心保护区物理隔离，避免开发破坏珍贵地层剖面，实现保护优先前提下的文旅融合发展。

2025年，依托陕西省矿产地质调查中心专项经费，长安大学联合西北大学已完成“陕南埃迪卡拉纪—寒武纪转换时期重要化石群调查研究”专题成果报告，系统梳理了陕南化石资源家底，为保护规划提供基础支撑。下一步团队将把科考范围拓展至安康紫阳等区域，开展更大范围踏勘；同时持续申报国家自然科学基金等项目，保障野外采样、实验室处理、剖面研究持续推进。对外，搭建国际联合科考平台；对内，培育西部本土古生物青年梯队，吸引更多年轻人投身基础地质研究。

基础古生物、地层学属于冷门学科，不少理工科青年更倾向热门应用学科，愿意沉下心跑野外、处理海量标本的年轻人并不多。常年翻山越岭，山路艰险，常年面对没有突破的平淡周期，还要耐得住实验室枯燥重复的筛选工作。郭俊锋对有志投身地球科学的青年学子说：“首先要有浓厚兴趣；其次要接受野外工作的辛苦；最后这门学科需要大量知识积累，要坐得住冷板凳，沉下心做研究。”

镇巴山间，还有二十吨岩石标本静静等待着解读。陕西始角石只是一扇窗口，它背后是地球留给人类的“深时档案”，记录着生命与环境的协同演化。这些数亿年前的地质记录并非遥远的故事，而是理解生命与环境协同演化规律、为当代宜居地球研究提供地质历史参照的宝贵素材，是国家基础科学版图中不可替代的部分。

一枚毫米级的化石，跨越5.2亿年时光，从秦巴大山的岩层走向国际顶级期刊。它不仅改写了头足动物演化的历史，更抛出一个时代命题：如何守护好这份远古馈赠，让深埋大山的世界级科学遗产既服务基础科研，也被大众看见，赋能地方社会经济，实现科学价值、保护责任与民生发展的共生。（文/孙涛 图由受访者提供）