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NO.2408-從地底到深海

作者：Phynix

制圖：金槍魚 / 校稿：辜漢膺 / 編輯：金槍魚

多少年后，代旭博士一定會回想起在貴州省龍里縣山頭上發現龍蝦化石的那天。那本來只是2015年的一次普通野外地質工作，他和導師宋海軍以及團隊成員們來到貴陽市郊的山區里尋找化石。

化石的尋找本身具有極高的不確定性，能否發現化石、發現的化石是否完整且具有科學意義，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，錘開了一個塵封上億年之久的海底世界，揭開了生命演化歷程中的又一個奇跡：貴陽生物群。

按理來說，一塊龍蝦化石倒也沒什么大驚小怪的，畢竟在距今2.44億年前的地層中也發現過大量的龍蝦化石。

但龍蝦只是一個代表，研究團隊更發現了至少12個門類19個目的生物，包括了從海綿、貝殼、蝦、菊石到魚的多個營養級的生物化石，構成了一個基本完整的生態系統。

圖中貴陽生物群每一色塊代表一類動物▼

到這里，似乎還沒有什么需要大驚小怪的，關鍵是時間。根據研究團隊的年代測試結果，貴陽生物群出現的時間為距今約2.51億年前，而在此100萬年之前，剛剛發生了地球生命歷史上規模最大的一次絕滅事件。

地球生命歷史上五次生物大絕滅

二疊紀和三疊紀之交的這次是最嚴重的

（來源：britannica）▼

目前認為，在距今2.52億年前的二疊紀末期，西伯利亞地區曾發生過超大規模的劇烈火山活動，超200萬平方公里的土地被熔巖淹沒。更糟糕的是，由火山活動帶來的天量二氧化碳造成了全球氣溫在短時間內快速上升，部分研究推算，當時的海水溫度很可能因此達到了40℃，而現代海洋的海水年均溫是17℃。

火山活動釋放的有毒硫化氫氣體還會溶解于海洋，造成了酸性的水體環境。當時的表層海水和大氣的環境，大概類似于酸湯火鍋上再加個鍋蓋悶一下。

古代海洋環境和今天的大不相同

但卻面臨相似的氣候困境（圖中以三疊紀晚期舉例）

（圖：?Victor OLeshyk）▼

全球超過80%的海洋生物都隨著這次絕滅事件從地球上永遠消失了。根據原有的化石發現判斷，地球海洋生態系統的全面復蘇直到絕滅800萬年后的中三疊世時期才開始，但近十年來的新發現則不斷將這一復蘇的時間提前。

而貴陽生物群的發現則更是將復蘇的時間直接提前了700萬年。在以百萬年為單位紀年的地球科學中，一百萬年相當于在絕滅危機幾乎剛結束時，海洋生態系統就從毀滅性打擊中基本恢復過來了——至少在當時的貴陽這一地區。

龍蝦化石的發現揭開了這次大發現帷幕的一角

（圖：文獻[1]）▼

貴陽動物群不光是地球生物圈快速復蘇的明證，更代表了現代海洋生態系統早在當時就已經完善。

貴陽生物群以藍綠藻等光合自養生物為生產者，以海綿、有孔蟲、放射蟲等為初級消費者，以貝殼（雙殼類）為中級消費者，以菊石（章魚、烏賊、鸚鵡螺的近親）和蝦、蟹為初級捕食者，以腔棘魚和輻鰭魚為頂級捕食者。

結構精巧的放射蟲，在電鏡下有著讓人眼花繚亂的結構

（圖：by Sarah Kachovich / EGU）▼

這樣的一套自下而上的營養金字塔結構已經基本完善，而且這種結構就是現代海洋中的生態結構：大魚吃小魚，小魚吃蝦米。而與鯨和海豚相對應的，是蛇頸龍、魚龍的祖先。它們在大約300萬年后才出現，至此完成了現代海洋生態體系的構建。

穩定的生態系統都是一個完整的金字塔形

而這個金字塔的出現比十年前預想的要提前了700萬年

（圖：文獻[1]）▼

在大絕滅之前的古生代，海底世界其實是另外一幅場景。初級生產者和初級消費者沒有變化，但中級消費者是一類名叫腕足動物的生物。這種生物看起來和貝殼很像，但它們的兩瓣殼是不對稱的，殼體內也不是肉質鮮美的肌肉組織，而主要是一圈圈纏繞起來的腕螺，用來過濾水中的食物。

可以看到里面一圈圈纏繞起來的纖毛腕

小嘴貝圖像（攝影：見水?。┄?/p>

另一種中級消費者是海百合，是一種看起來像是花的動物。它們和海星、海膽是近親，同屬于棘皮動物。

海百合及海百合化石

（圖：shutterstock）▼

這個時代中級消費者的最大特征就是運動能力差。腕足動物用肉質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。

即使是一級捕食者，也是以背著重重螺旋形殼的菊石和游動范圍不算大的小型魚類為主。雖然在泥盆紀的時候曾經出現過兇猛的鄧氏魚，但也不過是曇花一現。

深?？謶值某浞掷碛桑豢谙氯カC物只剩下骨頭渣

（圖：維基百科）▼

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

如果食物多到站著不動都吃不過來

“動起來”好像也不是那么必要

（圖：shutterstock）▼

然而現實是殘酷的，不動是不行的。二疊紀末期劇烈的火山活動帶來了表層海水的升溫、酸化和缺氧，造成了環境的顯著惡化。

以往的觀點認為，由于全球變暖海水升溫，兩極地區的水溫會相對低一些，生命的避難所與復蘇地應該在兩極地區。但貴陽生物群的出現反駁了這一觀點。結合近年來的其他研究，赤道地區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，深層海水溫度會低一些。

真正關鍵的是海水氧氣含量。赤道地區具有高含氧量的水深要顯著深于兩極地區。這說明，如果處在赤道地區，并向海洋深處移動一些，還是存在避難空間的。

赤道地區絕滅率明顯低于兩極。看得出來，活下來的基本都是“會游泳”的，固定不動的基本都絕滅了▼

因此，游動能力相對較強的魚類和善于深潛的菊石很可能游向了海洋的深處暫做躲避，氧氣不夠的時候，再趁著夜晚水溫低些游到海平面附近吸點兒氧。

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。但是對于古生代海洋演化類群而言，由于絕大部分游動能力很弱，它們只能坐等災難降臨，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的▼

貴陽生物群是生命演化新方向的開拓者與集大成者。

2.51億年前的貴陽地區尚處于赤道附近，能游善動的生物們齊聚于此，挨過了二疊紀末的滅世危機。它們積蓄力量，在危機過后的100萬年后便橫空出世，證明海洋生態系統仍然堅韌，宣告了一種新的海洋生態系統模式由此誕生，一個嶄新的紀元已經到來。

貴陽生物群復原圖，一群活力十足的家伙

（圖：楊定華繪[1]）▼

貴陽動物群的發現既是偶然，也是必然。早在其被發現之前，中國的華南地區就已經是探索三疊紀海洋生態系統復蘇進程的重要區域了。

1999年，在貴州省關嶺縣地區率先報導了海洋生物化石的發現。其中，最為引人關注的是大量浮游型海百合以及體長近5米的大型魚龍。

關嶺地區的海百合和魚龍的化石

（圖：Hagdor 2015/ ?Buernia）▼

關嶺生物群的發現揭開了中國華南海洋生態系統研究的序幕。由于關嶺生物群已經呈現出一個完整海洋生態系統的面貌，畢竟這時的海洋中已經遍布各種體型的魚龍、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，也已經出現。

這揭示出關嶺生物群已經抵達海洋生物輻射演化的高峰，此時是距今2.35億年前，距離二疊紀末大絕滅，已經過去1700萬年了。

關嶺生物群復原圖[5]▼

生命需要花費1700萬年的時間恢復到頂峰狀態，那么，這一進程最早從何時開始？二十年以來，古生物學家們一直在尋找海洋生態系統復蘇的起始時刻，在中國華南開展了深入細致的工作，并基本理清了這一演化脈絡。

古生物學家的野外踏勘，既考驗專業知識又依賴體力

（圖：壹圖網）▼

這一系列的演化事件被不同的生物群落證實，包括：

①興義動物群

距今約2.38億年前（大絕滅后1400萬年），發現于貴州省興義市，見證了海洋生態系統由近岸底棲類型向遠洋巡游類型的轉變。

興義動物群復原圖[5]▼

②盤縣動物群-羅平生物群

距今約2.44億年前（大絕滅后800萬年），發現于貴州省盤州市和云南省羅平縣，見證了近岸海洋生態系統復蘇及輻射演化的開始。

羅平生物群復原圖[5]▼

③巢湖動物群

距今約2.48億年前（大絕滅后400萬年），發現于安徽省巢湖市，見證了陸生脊椎動物重返海洋這一關鍵事件，生態位相當于鯨和海豚的海生爬行動物出現。

巢湖動物群的代表，目前已知最早重返海洋的脊椎動物，魚龍的始祖，柔腕短吻龍[6]▼

其中，巢湖動物群的演化事件點，距離大絕滅的結束時間已經非常接近了。畢竟，四百萬年的時間里，人類已經從連工具都不會用的南方古猿祖先演化到發明出人工智能了。

遺憾的是，或許是由于化石保存條件的原因，巢湖動物群中缺少中級及以下消費者和生產者的證據，因此遲遲難以確切地證明海洋生態系統在這個時期已經開始了復蘇。

貴陽生物群的發現再一次刷新了科學界的認知，地球歷史上最為嚴重的一次生物大絕滅過后，僅僅一百萬年的時間，海洋生態系統就已經恢復了生機。海洋生態系統竟如此頑強堅韌，生命之力遠沒有我們想象得那般脆弱。

貴陽生物群的物種和生物門類都很高

光是魚類化石，就可以用琳瑯滿目來形容[1]▼

貴陽生物群的發現是生命演化歷史認知上的又一次革新。它的發現告訴我們，生命的演化總是充滿了無限的可能，即使經歷最嚴酷的挫折，復蘇的希望也依然存在，并且遠比我們想象得更為堅強。

但這并不是在說人類可以肆無忌憚的對環境造成破壞而不用擔心對生物圈的破壞。畢竟，每次存活下來的物種，都是在危機之前看起來并不起眼的那些生物；而每次危機絕滅掉的，無一例外都是上一個時代的絕對主宰。

希望人類不會自絕于自己的傲慢

（圖：壹圖網）▼

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.

*本文內容為作者提供，不代表地球知識局立場

封面：圖蟲創意

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