第七届青年地学论坛

寒武纪大爆发是全球性重大生命演化事件，记录于世界各地的前寒武纪-寒武纪之交的地层中。华南地区的澄江生物群和清江生物群，完美地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库。相比之下，华北地区因缺失寒武纪最早期的地层而长期被“冷落”。辛集组是寒武纪大爆发极盛时期的含磷地层，其中出产丰富的多门类无脊椎动物骨骼化石，即小壳化石。它们以磷酸盐化形式保存，保留了动物骨骼原有的微观结构，不仅是寒武纪大爆发的证据之一，也是研究寒武纪生物矿化的理想“窗口”。为揭示寒武纪大爆发在华北的体现和影响，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，对华北辛集组小壳化石进行了专题研究，取得了许多原创性研究成果：
（1）寒武纪长期被认为是三叶虫的时代，澄江、清江生物群等能够保存动物软躯体的化石群的发现让我们知道，寒武纪海洋中除了三叶虫和软舌螺等有骨骼的动物之外，还生活着丰富多样的没有骨骼的动物。然而，在华北寒武纪小壳化石中目前已发现的53属60种动物中，各种软体动物就占了24属26种，展现了一个别样的“贝壳”世界。
（2）通过化石属种对比发现，华北的小壳化石组合与冈瓦纳超大陆东侧，尤其是南澳大利亚地区同时期的化石高度相似，包含39个共有物种；而华南和华北同时期仅有9个共有物种。因此，寒武纪时期我国南方和北方可能相距甚远，华北板块可能很靠近澳大利亚。
（3）华北辛集组小壳化石能够在微米和纳米尺度上保存骨骼的微细结构。这些结构能告诉我们寒武纪的动物是如何通过调控矿物的生长、排列和构架，从而建造自己的“盔甲”、“武器”、“居室”等矿化组成部分。华北的寒武纪小壳化石表明，软体动物壳体曾由简单的纤维结构快速演变成具有空间多等级的复杂结构，矿化能力在寒武纪早期已达到了很高的水平。在微观尺度上对动物骨骼的研究也能让我们更加明确一些已绝灭动物的演化关系。例如，开腔骨的身体构型简单，状如海绵，但其骨骼具有典型的纤维状文石结构，并且被一层有机质所包裹，体现了有机模板调控的矿化方式，这与海绵动物完全不同，因此纠正了之前将开腔骨视为海绵的判断。
总之，辛集组的小壳化石不仅反映了动物门类的多样性，展示了发生在华北的轰轰烈烈的生命演化事件，而且有助于解读寒武纪大爆发时期生物矿化作用的机制和演化，让我们理解动物如何强化躯体，从而抵御危险，并繁盛于寒武纪海洋。

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