貴州，有一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)！| 地球知識(shí)局-當(dāng)前時(shí)訊

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據(jù)說(shuō)地球人民都關(guān)注分享我局了(⊙v⊙)

NO.2408-從地底到深海

作者：Phynix

制圖：金槍魚(yú) / 校稿：辜漢膺 / 編輯：金槍魚(yú)

多少年后，代旭博士一定會(huì)回想起在貴州省龍里縣山頭上發(fā)現(xiàn)龍蝦化石的那天。那本來(lái)只是2015年的一次普通野外地質(zhì)工作，他和導(dǎo)師宋海軍以及團(tuán)隊(duì)成員們來(lái)到貴陽(yáng)市郊的山區(qū)里尋找化石。

化石的尋找本身具有極高的不確定性，能否發(fā)現(xiàn)化石、發(fā)現(xiàn)的化石是否完整且具有科學(xué)意義，全然是未知的。然而出乎所有人意料的是，代博士的這一錘子，錘開(kāi)了一個(gè)塵封上億年之久的海底世界，揭開(kāi)了生命演化歷程中的又一個(gè)奇跡：貴陽(yáng)生物群。

按理來(lái)說(shuō)，一塊龍蝦化石倒也沒(méi)什么大驚小怪的，畢竟在距今2.44億年前的地層中也發(fā)現(xiàn)過(guò)大量的龍蝦化石。

但龍蝦只是一個(gè)代表，研究團(tuán)隊(duì)更發(fā)現(xiàn)了至少12個(gè)門(mén)類(lèi)19個(gè)目的生物，包括了從海綿、貝殼、蝦、菊石到魚(yú)的多個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物化石，構(gòu)成了一個(gè)基本完整的生態(tài)系統(tǒng)。

圖中貴陽(yáng)生物群每一色塊代表一類(lèi)動(dòng)物▼

到這里，似乎還沒(méi)有什么需要大驚小怪的，關(guān)鍵是時(shí)間。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的年代測(cè)試結(jié)果，貴陽(yáng)生物群出現(xiàn)的時(shí)間為距今約2.51億年前，而在此100萬(wàn)年之前，剛剛發(fā)生了地球生命歷史上規(guī)模最大的一次絕滅事件。

地球生命歷史上五次生物大絕滅

二疊紀(jì)和三疊紀(jì)之交的這次是最嚴(yán)重的

（來(lái)源：britannica）▼

目前認(rèn)為，在距今2.52億年前的二疊紀(jì)末期，西伯利亞地區(qū)曾發(fā)生過(guò)超大規(guī)模的劇烈火山活動(dòng)，超200萬(wàn)平方公里的土地被熔巖淹沒(méi)。更糟糕的是，由火山活動(dòng)帶來(lái)的天量二氧化碳造成了全球氣溫在短時(shí)間內(nèi)快速上升，部分研究推算，當(dāng)時(shí)的海水溫度很可能因此達(dá)到了40℃，而現(xiàn)代海洋的海水年均溫是17℃。

火山活動(dòng)釋放的有毒硫化氫氣體還會(huì)溶解于海洋，造成了酸性的水體環(huán)境。當(dāng)時(shí)的表層海水和大氣的環(huán)境，大概類(lèi)似于酸湯火鍋上再加個(gè)鍋蓋悶一下。

古代海洋環(huán)境和今天的大不相同

但卻面臨相似的氣候困境（圖中以三疊紀(jì)晚期舉例）

（圖：?Victor OLeshyk）▼

全球超過(guò)80%的海洋生物都隨著這次絕滅事件從地球上永遠(yuǎn)消失了。根據(jù)原有的化石發(fā)現(xiàn)判斷，地球海洋生態(tài)系統(tǒng)的全面復(fù)蘇直到絕滅800萬(wàn)年后的中三疊世時(shí)期才開(kāi)始，但近十年來(lái)的新發(fā)現(xiàn)則不斷將這一復(fù)蘇的時(shí)間提前。

而貴陽(yáng)生物群的發(fā)現(xiàn)則更是將復(fù)蘇的時(shí)間直接提前了700萬(wàn)年。在以百萬(wàn)年為單位紀(jì)年的地球科學(xué)中，一百萬(wàn)年相當(dāng)于在絕滅危機(jī)幾乎剛結(jié)束時(shí)，海洋生態(tài)系統(tǒng)就從毀滅性打擊中基本恢復(fù)過(guò)來(lái)了——至少在當(dāng)時(shí)的貴陽(yáng)這一地區(qū)。

龍蝦化石的發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了這次大發(fā)現(xiàn)帷幕的一角

（圖：文獻(xiàn)[1]）▼

貴陽(yáng)動(dòng)物群不光是地球生物圈快速?gòu)?fù)蘇的明證，更代表了現(xiàn)代海洋生態(tài)系統(tǒng)早在當(dāng)時(shí)就已經(jīng)完善。

貴陽(yáng)生物群以藍(lán)綠藻等光合自養(yǎng)生物為生產(chǎn)者，以海綿、有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)等為初級(jí)消費(fèi)者，以貝殼（雙殼類(lèi)）為中級(jí)消費(fèi)者，以菊石（章魚(yú)、烏賊、鸚鵡螺的近親）和蝦、蟹為初級(jí)捕食者，以腔棘魚(yú)和輻鰭魚(yú)為頂級(jí)捕食者。

結(jié)構(gòu)精巧的放射蟲(chóng)，在電鏡下有著讓人眼花繚亂的結(jié)構(gòu)

（圖：by Sarah Kachovich / EGU）▼

這樣的一套自下而上的營(yíng)養(yǎng)金字塔結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本完善，而且這種結(jié)構(gòu)就是現(xiàn)代海洋中的生態(tài)結(jié)構(gòu)：大魚(yú)吃小魚(yú)，小魚(yú)吃蝦米。而與鯨和海豚相對(duì)應(yīng)的，是蛇頸龍、魚(yú)龍的祖先。它們?cè)诖蠹s300萬(wàn)年后才出現(xiàn)，至此完成了現(xiàn)代海洋生態(tài)體系的構(gòu)建。

穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)都是一個(gè)完整的金字塔形

而這個(gè)金字塔的出現(xiàn)比十年前預(yù)想的要提前了700萬(wàn)年

（圖：文獻(xiàn)[1]）▼

在大絕滅之前的古生代，海底世界其實(shí)是另外一幅場(chǎng)景。初級(jí)生產(chǎn)者和初級(jí)消費(fèi)者沒(méi)有變化，但中級(jí)消費(fèi)者是一類(lèi)名叫腕足動(dòng)物的生物。這種生物看起來(lái)和貝殼很像，但它們的兩瓣殼是不對(duì)稱(chēng)的，殼體內(nèi)也不是肉質(zhì)鮮美的肌肉組織，而主要是一圈圈纏繞起來(lái)的腕螺，用來(lái)過(guò)濾水中的食物。

可以看到里面一圈圈纏繞起來(lái)的纖毛腕

小嘴貝圖像（攝影：見(jiàn)水?。┄?/p>

另一種中級(jí)消費(fèi)者是海百合，是一種看起來(lái)像是花的動(dòng)物。它們和海星、海膽是近親，同屬于棘皮動(dòng)物。

海百合及海百合化石

（圖：shutterstock）▼

這個(gè)時(shí)代中級(jí)消費(fèi)者的最大特征就是運(yùn)動(dòng)能力差。腕足動(dòng)物用肉質(zhì)的莖足把自己固定在海底的巖石上或沙地里，海百合則用“莖”末端的管足把自己牢牢抓在礁石上。

即使是一級(jí)捕食者，也是以背著重重螺旋形殼的菊石和游動(dòng)范圍不算大的小型魚(yú)類(lèi)為主。雖然在泥盆紀(jì)的時(shí)候曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)兇猛的鄧氏魚(yú)，但也不過(guò)是曇花一現(xiàn)。

深海恐懼的充分理由，一口下去獵物只剩下骨頭渣

（圖：維基百科）▼

這種以底棲固著型和游動(dòng)性較弱的生物為主體的海洋生態(tài)系統(tǒng)，屬于古生代海洋演化類(lèi)群。至少在大絕滅的前夕，整個(gè)海底世界的主要成員們，似乎都不太喜歡動(dòng)彈。

如果食物多到站著不動(dòng)都吃不過(guò)來(lái)

“動(dòng)起來(lái)”好像也不是那么必要

（圖：shutterstock）▼

然而現(xiàn)實(shí)是殘酷的，不動(dòng)是不行的。二疊紀(jì)末期劇烈的火山活動(dòng)帶來(lái)了表層海水的升溫、酸化和缺氧，造成了環(huán)境的顯著惡化。

以往的觀點(diǎn)認(rèn)為，由于全球變暖海水升溫，兩極地區(qū)的水溫會(huì)相對(duì)低一些，生命的避難所與復(fù)蘇地應(yīng)該在兩極地區(qū)。但貴陽(yáng)生物群的出現(xiàn)反駁了這一觀點(diǎn)。結(jié)合近年來(lái)的其他研究，赤道地區(qū)雖然表層海水溫度高，但與兩極相比差異不大。而且海水是分層的，深層海水溫度會(huì)低一些。

真正關(guān)鍵的是海水氧氣含量。赤道地區(qū)具有高含氧量的水深要顯著深于兩極地區(qū)。這說(shuō)明，如果處在赤道地區(qū)，并向海洋深處移動(dòng)一些，還是存在避難空間的。

赤道地區(qū)絕滅率明顯低于兩極?？吹贸鰜?lái)，活下來(lái)的基本都是“會(huì)游泳”的，固定不動(dòng)的基本都絕滅了▼

因此，游動(dòng)能力相對(duì)較強(qiáng)的魚(yú)類(lèi)和善于深潛的菊石很可能游向了海洋的深處暫做躲避，氧氣不夠的時(shí)候，再趁著夜晚水溫低些游到海平面附近吸點(diǎn)兒氧。

貝殼和蝦蟹雖然不太能游，但爬得也還算快，或許也找到了一些適合藏身的避難所。但是對(duì)于古生代海洋演化類(lèi)群而言，由于絕大部分游動(dòng)能力很弱，它們只能坐等災(zāi)難降臨，在逐漸升溫的表層海水中被活活熱死和憋死。

由于水較高的比熱容，溫躍層在大洋表面是很常見(jiàn)的▼

貴陽(yáng)生物群是生命演化新方向的開(kāi)拓者與集大成者。

2.51億年前的貴陽(yáng)地區(qū)尚處于赤道附近，能游善動(dòng)的生物們齊聚于此，挨過(guò)了二疊紀(jì)末的滅世危機(jī)。它們積蓄力量，在危機(jī)過(guò)后的100萬(wàn)年后便橫空出世，證明海洋生態(tài)系統(tǒng)仍然堅(jiān)韌，宣告了一種新的海洋生態(tài)系統(tǒng)模式由此誕生，一個(gè)嶄新的紀(jì)元已經(jīng)到來(lái)。

貴陽(yáng)生物群復(fù)原圖，一群活力十足的家伙

（圖：楊定華繪[1]）▼

貴陽(yáng)動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)既是偶然，也是必然。早在其被發(fā)現(xiàn)之前，中國(guó)的華南地區(qū)就已經(jīng)是探索三疊紀(jì)海洋生態(tài)系統(tǒng)復(fù)蘇進(jìn)程的重要區(qū)域了。

1999年，在貴州省關(guān)嶺縣地區(qū)率先報(bào)導(dǎo)了海洋生物化石的發(fā)現(xiàn)。其中，最為引人關(guān)注的是大量浮游型海百合以及體長(zhǎng)近5米的大型魚(yú)龍。

關(guān)嶺地區(qū)的海百合和魚(yú)龍的化石

（圖：Hagdor 2015/ ?Buernia）▼

關(guān)嶺生物群的發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了中國(guó)華南海洋生態(tài)系統(tǒng)研究的序幕。由于關(guān)嶺生物群已經(jīng)呈現(xiàn)出一個(gè)完整海洋生態(tài)系統(tǒng)的面貌，畢竟這時(shí)的海洋中已經(jīng)遍布各種體型的魚(yú)龍、吃貝殼的楯齒龍、蛇形游走的海龍。甚至蛇頸龍的祖先——純信龍，也已經(jīng)出現(xiàn)。

這揭示出關(guān)嶺生物群已經(jīng)抵達(dá)海洋生物輻射演化的高峰，此時(shí)是距今2.35億年前，距離二疊紀(jì)末大絕滅，已經(jīng)過(guò)去1700萬(wàn)年了。

關(guān)嶺生物群復(fù)原圖[5]▼

生命需要花費(fèi)1700萬(wàn)年的時(shí)間恢復(fù)到頂峰狀態(tài)，那么，這一進(jìn)程最早從何時(shí)開(kāi)始？二十年以來(lái)，古生物學(xué)家們一直在尋找海洋生態(tài)系統(tǒng)復(fù)蘇的起始時(shí)刻，在中國(guó)華南開(kāi)展了深入細(xì)致的工作，并基本理清了這一演化脈絡(luò)。

古生物學(xué)家的野外踏勘，既考驗(yàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)又依賴(lài)體力

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

這一系列的演化事件被不同的生物群落證實(shí)，包括：

①興義動(dòng)物群

距今約2.38億年前（大絕滅后1400萬(wàn)年），發(fā)現(xiàn)于貴州省興義市，見(jiàn)證了海洋生態(tài)系統(tǒng)由近岸底棲類(lèi)型向遠(yuǎn)洋巡游類(lèi)型的轉(zhuǎn)變。

興義動(dòng)物群復(fù)原圖[5]▼

②盤(pán)縣動(dòng)物群-羅平生物群

距今約2.44億年前（大絕滅后800萬(wàn)年），發(fā)現(xiàn)于貴州省盤(pán)州市和云南省羅平縣，見(jiàn)證了近岸海洋生態(tài)系統(tǒng)復(fù)蘇及輻射演化的開(kāi)始。

羅平生物群復(fù)原圖[5]▼

③巢湖動(dòng)物群

距今約2.48億年前（大絕滅后400萬(wàn)年），發(fā)現(xiàn)于安徽省巢湖市，見(jiàn)證了陸生脊椎動(dòng)物重返海洋這一關(guān)鍵事件，生態(tài)位相當(dāng)于鯨和海豚的海生爬行動(dòng)物出現(xiàn)。

巢湖動(dòng)物群的代表，目前已知最早重返海洋的脊椎動(dòng)物，魚(yú)龍的始祖，柔腕短吻龍[6]▼

其中，巢湖動(dòng)物群的演化事件點(diǎn)，距離大絕滅的結(jié)束時(shí)間已經(jīng)非常接近了。畢竟，四百萬(wàn)年的時(shí)間里，人類(lèi)已經(jīng)從連工具都不會(huì)用的南方古猿祖先演化到發(fā)明出人工智能了。

遺憾的是，或許是由于化石保存條件的原因，巢湖動(dòng)物群中缺少中級(jí)及以下消費(fèi)者和生產(chǎn)者的證據(jù)，因此遲遲難以確切地證明海洋生態(tài)系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)期已經(jīng)開(kāi)始了復(fù)蘇。

貴陽(yáng)生物群的發(fā)現(xiàn)再一次刷新了科學(xué)界的認(rèn)知，地球歷史上最為嚴(yán)重的一次生物大絕滅過(guò)后，僅僅一百萬(wàn)年的時(shí)間，海洋生態(tài)系統(tǒng)就已經(jīng)恢復(fù)了生機(jī)。海洋生態(tài)系統(tǒng)竟如此頑強(qiáng)堅(jiān)韌，生命之力遠(yuǎn)沒(méi)有我們想象得那般脆弱。

貴陽(yáng)生物群的物種和生物門(mén)類(lèi)都很高

光是魚(yú)類(lèi)化石，就可以用琳瑯滿目來(lái)形容[1]▼

貴陽(yáng)生物群的發(fā)現(xiàn)是生命演化歷史認(rèn)知上的又一次革新。它的發(fā)現(xiàn)告訴我們，生命的演化總是充滿了無(wú)限的可能，即使經(jīng)歷最嚴(yán)酷的挫折，復(fù)蘇的希望也依然存在，并且遠(yuǎn)比我們想象得更為堅(jiān)強(qiáng)。

但這并不是在說(shuō)人類(lèi)可以肆無(wú)忌憚的對(duì)環(huán)境造成破壞而不用擔(dān)心對(duì)生物圈的破壞。畢竟，每次存活下來(lái)的物種，都是在危機(jī)之前看起來(lái)并不起眼的那些生物；而每次危機(jī)絕滅掉的，無(wú)一例外都是上一個(gè)時(shí)代的絕對(duì)主宰。

希望人類(lèi)不會(huì)自絕于自己的傲慢

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

參考資料：

[1] Da X, Davies J. H. F. L., Yuan Z. W., et al. A Mesozoic fossil lagerst?tte from 250.8 millionyears ago shows a modern-type marine ecosystem[J]. Science, 2023, 379(6632): 567-572.

[2] Che Z. Q, Benton. M. J. The timing and pattern of biotic recovery following the end-Permian mass extinction[J]. Nature Geoscience, 2012, 5:375-383.

[3] Penn J L, Deutsch C, Payne J L, et al. Temperature-dependent hypoxia explains biogeography and severity of end-Permian marine mass extinction[J]. Science, 2018, 362(6419).

[4] THE LATE TRIASSIC BLACK SHALES OF THE GUANLING AREA, GUIZHOU PROVINCE, SOUTH‐WEST CHINA: A UNIQUE MARINE REPTILE AND PELAGIC CRINOID FOSSIL LAGERSTTTE[J]. Palaeontology, 2010, 51(1).

[5] Benton M, Zhang Q, Hu S, et al. Exceptional vertebrate biotas from the Triassic of China, and the expansion of marine ecosystems after the Permo-Triassic mass extinction[J]. Earth-Science Reviews, 2014, 137(3):85-128.

[6] Motani R, Jiang D Y, Chen G B, et al. A basal ichthyosauriform with a short snout from the Lower Triassic of China[J]. Nature, 2015, 517(7535):485-8.

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封面：圖蟲(chóng)創(chuàng)意

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