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“物不稀仍贵”的腕足动物

18-02-02 10:52 来源:中国科学报 编辑:吕庚青

  原标题:“物不稀仍贵”的腕足动物

  蕉叶贝,二叠纪,贵州

  朱氏豪伊特贝,泥盆纪,广西

  鸮头贝(未定种),中泥盆纪,广西

  “这些腕足动物化石作为一个整体,成为研究者们打开亿多年前远古时代面貌的钥匙,在地层划分对比、盆地分析、环境推测和矿产资源勘探等方面都具有重要意义。

  俗话说:“物以稀为贵。”对于化石标本来说,常常也是如此。脊椎动物化石,尤其是人类化石,因其寥寥无几、难以寻觅,所以也异常珍贵、备受瞩目。而腕足动物化石则是数量较多有时甚至是极多的一类。在遥远的古生代,腕足动物曾经历过非常繁盛的时期,使得我们今天在古生代地层中能够见到它的化石数量蔚为可观。用中科院院士、我国腕足动物化石系统研究的奠基人王钰的话说,堪称“俯拾皆是”。

  然而,数量众多就不稀奇吗?其科学价值就会降低吗?当然不是。我国几代腕足动物学家丰硕的研究成果足以给出否定的答案。虽然不是单独拿出每件化石标本都珍贵无比,但这些腕足动物化石作为一个整体,成为研究者们打开4亿多年前远古时代面貌的钥匙,在地层划分对比、盆地分析、环境推测和矿产资源勘探等方面都具有重要意义。为了采集和研究它们,科学家甚至付出了很高的代价。

  第一个向海洋更深处进发

  约4.6亿年前,几乎所有的海洋生物都生存在近岸浅海地区,海面向下延伸60米,就几乎到了少有生命气息的死寂之地。这时,出现了第一个向海洋更深处进发的“勇敢者”——腕足动物叶月贝。

  与这种“大无畏的探险精神”相对的是,叶月贝的体型非常小,一般在1~3毫米。所以当2007年中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)研究员詹仁斌等人来到新疆塔克拉玛干沙漠东北部的库鲁克塔格地区野外考察时,是拿着放大镜在数百米的岩层中找到的叶月贝腕足动物群,发现化石的地点寸草不生,一片荒芜。

  2014年和2017年,关于新疆塔里木叶月贝动物群研究的两篇论文分别发表,其科学发现令国内外同行震惊。在此之前,没人想到新疆沙漠地区存在着生活于较深水海洋底域的叶月贝腕足动物群。这些具有特殊学术价值和意义的腕足动物化石现在就以模式标本的身份保存在南古所的标本馆中,因为,根据这些材料,詹仁斌等在他们的科学论文中建立了一个腕足动物新种。

  “虽然叶月贝及其常见的共生分子通常只在100米左右的海面之下生存,现在看来不算太深,但这个变化的意义是非凡的,它的出现表明地球海洋生态系统向更深的海洋底域拓展了,发生在奥陶纪的生物大辐射事件,一个主要表现就是生物开始占领较深水海洋生态底域。”詹仁斌告诉记者。

  叶月贝所属的腕足动物门是一类海洋底栖无脊椎动物。它们通常固着在海底某个地方,终生不动,通过滤食水中的悬浮有机颗粒为生。有趣的是,腕足动物这个名字,其实来源于误解。最早的学者误以为这个“腕”与软体动物门的运动器官“足”相当,所以称其为“腕足动物”。事实上,这个“腕”是起呼吸和摄食作用的,与身体运动无关。虽然问题现今已经明晰,但这个“名不副实”的称谓却一直沿用至今。

  在近3亿年的古生代中,腕足动物经历了多次盛衰变化。在海域深约200米内的陆表海、斜坡或台地平坦海底上,腕足动物经常是个体最丰富、分布最广的优势类群之一,它们牢牢占据着海底的统治地位。“也因其繁盛,我们在野外考察时经常会发现成千上万枚腕足动物化石个体,在岩层表面密密麻麻,俯拾皆是。”詹仁斌说。

  后来,在经受了奥陶纪末和泥盆纪晚期弗拉—法门交界期以及二叠纪末大灾变之后,原有的优势不复存在。新生代开始,腕足动物的丰度和多样性锐减,分布范围已经碎片化、边缘化和深水化,它们曾经繁盛的海洋浅水底域已经被软体动物双壳类、腹足类等占据优势地位。

  今天的海洋里,腕足动物只剩下110个属、近400种,只在新西兰、日本等少数地区存在,部分属种被迫向深海迁移,最深的超过了6000米。随着软体动物的繁盛,腕足动物逐渐衰落,零星的分布使其成为海洋无脊椎动物中的稀有代表。

  “可以说,腕足类兴衰史是地球生物宏演化过程的一个缩影。”中科院院士、南古所研究员戎嘉余说。

  艰险的寻石之路

  詹仁斌师从戎嘉余院士,从1991年攻读博士学位开始,他就与腕足动物结下了不解之缘。詹仁斌还记得,自己在1991年随戎嘉余赴浙西和赣东北地区,了解熟悉当地情况。在4亿多年前,这里是涉及到华南古板块演化争论的重要地区。1992年,詹仁斌独自再次访问浙赣交界地区,一呆就是两个月,全面系统地发现并揭示了我国东南部晚奥陶纪凯迪晚期颇具地方特色的腕足动物群,后来在他发表的英文专著中,詹仁斌把它称作阿尔泰窗贝动物群。

  中国是腕足动物化石产出的大国,从寒武纪到新生代都有化石记录。其中,以贵州和广西两省最为丰富,浙江和西藏次之。这些地方腕足动物化石标本的采集,凝聚了几代古生物学家的心血。

  其实,最早记载的中国腕足动物并不是出自中国学者之手,而是比利时古生物学家康宁克描记的两种华南泥盆纪化石。最早以中国材料为模式标本建立的腕足动物属是二叠系标准化石、形态特化的蕉叶贝,是德国地质地理学家李希霍芬采集、古生物学家凯瑟描述的。

  从20世纪20年代开始,中国学者开始取得早期里程碑式的成果,包括孙云铸、赵亚曾、黄汲清等。20世纪50年代初起,中国的地层与古生物研究进入了一个新纪元,王钰、杨遵仪对腕足动物等无脊椎动物的研究起到了引领和指导的作用。及至七八十年代,中国腕足动物属的创建达到了高峰期。此后,中青年研究者不断涌现,腕足动物研究专家在全国一度达到100多人。目前,现在又回落到不足20人。

  与其他野外科考一样,腕足动物化石的发现之旅也常常充满着艰险。1931年,赵亚曾在云南昭通野外考察途中被土匪残害,这位在国际学术界赢得声誉的中国学者把短暂的生命奉献给了我国的腕足动物和相关地质事业。到自然条件恶劣的地区考察对于古生物工作者而言是家常便饭。詹仁斌还清楚地记得,2009年他带队去西藏采集腕足动物化石,搭帐篷住在海拔5000多米的高原上,数十公里范围内不见人烟。在寸草不生、乱石嶙峋的山上每走上几步都要气喘吁吁,还得专心采集化石标本。然而,“回忆过去,这样的付出是非常值得的”。詹仁斌说。

  对西藏腕足动物化石的研究结果2014年发表在英国《古生物学》杂志上,由于材料极难获得,且科学意义特殊而引起了学界的关注。詹仁斌等人的研究发现,西藏的腕足动物化石与华南板块同期地层中发现的化石非常相近。“说明在4亿多年前,藏南板块与华南板块是有联系的,两个板块海洋动物群的面貌非常相似。没有这些化石标本的发现和研究,就得不出这样的认识。”詹仁斌解释说。

  标本保存现状不容乐观

  对于腕足动物研究来说,化石标本的重要性不言而喻。据詹仁斌介绍,如今,中国腕足动物模式标本绝大多数散见于国内数十家单位,个别老标本则保存在英、德、意、日、澳、美等西方发达国家。由于种种原因,我国的标本存放状况差别很大,有些单位把大量信息录入数据库,查找简易便捷;有些缺乏规范整理或把标本转给其他单位,查找难度很大;有些因搬家转移,标本积压,石沉大海;有些还在个人手中,前途堪忧。

  “总体上看,标本保存现状不容乐观。”戎嘉余表示,希望从国家层面上立法,无论是单位还是个人,都宜从长计议,精准地做好模式标本的规范保存与管理。“标本是自然和科学遗产,是全人类的宝贵财富,一旦毁坏或丢失,损失难以估量。”

  如今对于腕足动物的研究,还有很多问题有待进一步探索,比如腕足类最大个体在地质时期的发育和变化。为什么壳长或壳宽超过100毫米的特大型腕足类的首现发生在奥陶纪大灭绝之后?为什么特大型腕足类几乎是古生代的专利,而在二叠纪末大灭绝后消失了?这是否还受制于和软体动物竞争的失败?生物受环境影响的因素甚多,除温度外,还有海水营养优化与可溶解氧浓度变化,生物摄食机制的适应等,内因与外因都可能起作用,哪个更重要?未来,古生物学家会从更多远古的石头中找寻答案。

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