▲Paterimitra古地理分布圖

▲Paterimitra pyramidalis復原圖

▲華北板塊發(fā)現(xiàn)的Paterimitra pyramidalis 的3種骨片

■本報記者 袁一雪

在人類出現(xiàn)之前，地球是什么樣子？七大洲四大洋也是按照現(xiàn)在的樣子分布嗎？為了弄清事實，科學家們正在通過種種證據(jù)試圖還原地球曾經不同時期的海陸分布。

近日，南京地質古生物研究所博士研究生潘兵在與澳大利亞及瑞典的合作者在華北板塊下寒武統(tǒng)辛集組中發(fā)現(xiàn)了托莫特殼類化石Paterimitrapyramidalis，這是此類化石首次在華北板塊被發(fā)現(xiàn)。

一次嘗試

在寒武紀早期有許多微小的骨片化石，雖然它們來源于不同的動物門類，但通常都被統(tǒng)一稱作小殼化石。托莫特殼類是其中一類離散骨片化石的統(tǒng)稱，其殼壁由有機質和磷酸鈣組成，形態(tài)多樣，諸如塔狀、帽狀和鞍狀等，僅見于寒武系地層，是在寒武紀動物大爆發(fā)過程中所出現(xiàn)的奇特造型動物。此次被發(fā)現(xiàn)的Paterimitrapyramidalis中文翻譯為“金字塔形神父帽殼”。“起初建立該種時只發(fā)現(xiàn)了一種金字塔狀的單一骨片，也是該屬種名來源的根據(jù)。”潘兵在接受《中國科學報》采訪時說。

但長久以來，由于沒有發(fā)現(xiàn)完整鉸合的骨片系化石，托莫特殼類一直被當作一類分類不明的疑難動物化石。而這種“神秘”的微小骨片化石在全球寒武紀早期地層中被廣為發(fā)現(xiàn)，卻在我國的華北地臺一直未有報道。

這次能夠找到Paterimitrapyramidalis也有一定的偶然性。辛集組是華北板塊南緣寒武紀最早沉積的一段地層記錄之一。事實上，前人已經在許多個剖面的辛集組中發(fā)現(xiàn)了豐富的小殼化石，但依然還有很多地方的辛集組并沒有被研究過。潘兵等人就是在一個未被研究過的新剖面發(fā)現(xiàn)了這些托莫特殼化石。

值得注意的是，以往，研究人員通常更注重采集碳酸鹽巖中的小殼化石，因為碳酸鹽巖中的小殼化石易于處理且保存較好。但此次發(fā)現(xiàn)的化石卻不是來碳酸鹽巖，而是鈣質粉砂巖，通俗地講就是含有碳酸鈣的粉砂巖。“雖然在野外用放大鏡能夠觀察到這些巖石里的化石，但采集巖含有化石的石樣品時，我們并不能確定在實驗室就一定能夠用醋酸溶掉這些巖石中的圍巖部分，從而獲得小殼化石。所以我們抱著嘗試的心態(tài)去做了實驗處理，結果卻獲得了很多保存較為精美的小殼化石。”潘兵說。

此前，國際上已有學者研究根據(jù)大量材料研究，對Paterimitrapyramidalis身體結構進行了復原，其殼體總共由有三種類型骨片構成，分別為S1、S2及L骨片。其中，S1與S2分別只有一片骨骼，L骨片有多塊，具體數(shù)量不同。金字塔形的S1型骨片與鞍狀的S2型骨片圍成一個倒錐形的上端開放的腔室，另外它們的后部連接在一起并圍成一個圓形開孔，此開孔可能為肉莖伸出體外的通道；數(shù)量不定的L型骨片則附著在S1與S2骨片圍成的腔室上端開口邊緣，增大腔室的空間，腔室內可能有用于濾食的類似觸手冠的結構。這種獨特的身體構型明顯不同于其他的托莫特殼。

最初，潘兵等砂樣中只在發(fā)現(xiàn)了S1和L型骨片。但通過對所有砂樣仔細檢查后，他們最終發(fā)現(xiàn)了包括S2骨片在內的三種骨片類型。由于發(fā)現(xiàn)的化石個體太小，在普通光學顯微鏡下，很多細微的結構特征難以觀察。想要知道它們的詳細形態(tài)結構與細微紋飾還需要使用電子顯微鏡。所以潘兵等人一邊用電子顯微鏡照相，一邊將觀察到的結構與紋飾與已經報道的澳大利亞的化石進行對比。“當我們在電子顯微鏡下看到華北這些化石的真實形態(tài)與紋飾后，不禁驚嘆它們與澳大利亞的化石太相似了。”潘兵回憶說。

具有一定的古地理參考價值

目前關于華北板塊在寒武紀早期的古地理位置還沒有定論，因為不同學者根據(jù)不同的方法和證據(jù)得到的結論不太一樣。潘兵介紹說，學術界主要有四種觀點：第一種觀點認為華北板塊位于岡瓦納西緣且與相當于現(xiàn)今的印度東北緣毗鄰；第二種觀點也認為華北板塊位于岡瓦納西緣，但古緯度在南緯30度左右；第三種觀點則認為華北板塊作為獨立的板塊靠近于岡瓦納北緣（今天的澳大利亞北部或東北部）；第四種觀點認為華北板塊也是個獨立的板塊，但卻漂在離岡瓦納東岸很遠的古太平洋中。

而本次在華北發(fā)現(xiàn)的Paterimitrapyramidalis是一種很特殊的托莫特殼化石，它們只在寒武紀早期澳大利亞東緣的海岸有發(fā)現(xiàn)過，在全球其他地區(qū)的同時代地層中還從來沒有被報道過。那么，這一發(fā)現(xiàn)就說明華北地塊與澳大利亞地塊相距不遠嗎？

潘兵表示證據(jù)尚不足。因為這種化石在當時澳大利亞東部的陸表海中有著較為廣泛的且數(shù)量非常豐富，這說明這個物種對當時的海洋環(huán)境還是比較適應的，并且能夠在小范圍內擴散分布，但可能還不具備跨板塊進行遠洋傳播擴散能力。“有科學家曾經根據(jù)對發(fā)現(xiàn)于澳大利亞化石的這些化石的形態(tài)結構研究后，推測它們的成體進行底棲固著生活，幼蟲階段可能具有一定的浮游能力。”潘兵說。通常情況下，一個物種幼蟲階段浮游能力的強弱以及時間長短對一個物種在海洋的分布范圍有著非常重要的影響。而潘兵等人的發(fā)現(xiàn)支持了Paterimitrapyramidalis幼蟲具有一定的浮游能力這個觀點，同時也說明當時的華北板塊南緣與澳大利亞東海岸離得不是很遠，不然可能都擴散不到華北。

但要確定一個板塊的古地理位置，還有許多其他重要的證據(jù)需要考慮，例如古地磁、古構造活動、沉積記錄以及生物古地理等。而生物古地理通常是要通過對不同地區(qū)大量的屬種分析后才能得到較為可靠的證據(jù)。“Paterimitrapyramidalis雖然具有重要的古地理意義，但還不能起到決定性作用，還需要將來結合其他方法進行更加綜合的分析來印證。”潘兵補充道。

繼續(xù)研究譜系演化

在這之前幾乎各個板塊都有發(fā)現(xiàn)過托莫特殼類化石，只不過在不同的地區(qū)多樣性與豐富度會有較大差異，其中以澳大利亞、西伯利亞以及中國華南的報道最多，但在此次華北板塊中找到這類化石的蹤跡還是給了研究人員極大的信心。根據(jù)前人研究推斷，托莫特殼類很可能是屬于冠輪動物里的一個并系類群，雖然目前關于其親緣關系還沒有確切的定論，但已有越來越多的證明表明它們中有一類與腕足類有著非常密切的親緣關系，很可能屬于早期腕足類的干群。

下一步，他們將繼續(xù)尋找更多的骨片系標本，特別是希望在華南的澄江生物群化石庫和南澳大利亞的鴯鹋灣頁巖化石庫等特異埋藏化石庫里找到軟軀體標本，以此來確定不同骨片的排列放式，推斷原來動物的身體構型，進而分析它們的親緣關系與譜系演化等。“目前關于托莫特殼，最為核心的問題就是確定它們原先骨片系的形態(tài)及其親緣關系與譜系演化等。所以我們希望能夠發(fā)現(xiàn)一些對解釋該類化石親緣關系與演化具有重要意義的新化石。”潘兵說。