寒武纪时期的海洋生物（寒武纪时期化石）

地球形成于46亿年前，生命诞生于40亿年前。直到大约5.6-5.2亿年前埃迪卡拉纪到寒武纪的过渡期，大部分现存动物的祖先才陆续在地球上爆炸。这一生命进化事件被科学家称为“寒武纪大爆发”。

寒武纪大爆发是一次重大的全球性生命演化事件，在世界各地的早寒武世地层中都有记录。中国幅员辽阔，沉积地层完整，生物化石资源丰富，保存完好的寒武纪大爆发“事发地”。特别是在中国南方发现的云南澄江生物群和湖北清江生物群，完美再现了寒武纪的海洋世界，是研究寒武纪大爆发最理想的化石宝藏。相比之下，华北地区因为缺少寒武纪最早的地层而长期被“忽视”。

中国北方寒武纪生命大爆发时期的“小贝壳化石”

中国北方有寒武纪大爆发全盛时期的含磷地层，富含多种无脊椎动物骨骼化石。这些化石非常微小，只有毫米大小，一般被称为“小壳化石”。它们以磷酸盐的形式保存下来，保留了动物骨骼的原始显微结构，不仅是寒武纪大爆发的证据之一，也是研究寒武纪生物成矿的理想“窗口”。为了揭示寒武纪大爆发在华北地区的体现和影响，自2010年起，西北大学早期生命与环境研究团队与中科院南京地质古生物研究所合作，对华北地区寒武纪地层中的“小壳化石”进行了专项研究，取得了多项原创性研究成果。在国内外著名学术期刊上发表论文15篇，为解决寒武纪大爆发时期的生命演化、生物成矿、古地理等科学问题发挥了重要作用。

寒武纪一直被认为是三叶虫时代。澄江生物群、清江生物群等能够保存动物软体的化石的发现，揭示了寒武纪海洋中除了三叶虫、软舌蜗牛之外，还有丰富多样的无骨动物。目前，在中国北方寒武纪“小贝壳化石”中发现的53属60种动物中，各类贝壳类动物占24属26种，展现了一个不一样的“贝壳”世界。可见我们对寒武纪的认识会随着研究的深入而不断刷新。

寒武纪时期，中国南北是两个独立的小板块，位于冈瓦纳超大陆(由非洲、南美洲、南极洲和大洋洲组成)周围。他们在哪个方向一直没有定论。通过化石属种对比，我们发现华北“小壳化石”组合与冈瓦纳超大陆东侧，尤其是南澳大利亚的化石高度相似，包含39个共同种。而中国南北方同时出现的常见物种只有9种。所以我们认为寒武纪时期中国的南北方可能相距很远，华北板块可能离澳大利亚很近。

更重要的是，华北寒武纪“小壳化石”可以在微纳米尺度上保存骨骼的精细结构。这些结构可以告诉我们寒武纪动物是如何通过调节矿物的生长、排列和框架来构建自己的盔甲、武器和房间等矿化组件的。对华北“小贝壳化石”的研究表明，贝壳和贝壳已由简单的纤维结构迅速演化为空间多层次的复杂结构，其矿化能力在早寒武世已达到较高水平。在微观尺度上对动物骨骼的研究，也可以让我们更加清楚一些灭绝动物的进化关系。例如，腔肠动物的身体构型简单，类似海绵，但其骨骼具有典型的纤维状文石结构，并被一层有机物包裹，体现了有机模板调控的矿化模式，与海绵动物完全不同，从而纠正了以前将腔肠动物视为海绵的判断。

总之，“小贝壳化石”不仅可以反映动物物种的多样性，展示华北地区蓬勃的生命演化事件，而且有助于解释寒武纪大爆发期间生物矿化的机制和演化，使我们了解动物如何增强身体抵御危险，在寒武纪海洋中繁衍生息。

(作者:西北大学李洛阳；中国科学院南京地质古生物研究所潘郭翔)