最古老的“生態系統工程師”誕生！我國科學家發現5.5億年前“地下公寓”｜科技觀察

封面新聞記者 邊雪

在生命演化的長河中，誰是地球最早的“生態系統工程師”？在湖北宜昌的三峽地區，有一處名為“石板灘生物群”的化石寶庫，或為完美的“時間膠囊”。

近日，中國科學院南京地質古生物研究所的科學家們，在湖北宜昌石板灘生物群發現了一套距今約5.5億年的復雜三維動物潛穴系統，這是迄今發現的最古老的動物“地下公寓”，相關研究成果發表于國際權威期刊《科學進展》，論文首次系統報道了石板灘生物群中復雜的三維潛穴系統。

這一發現將動物復雜掘穴行為的確切出現時間提前了約1000萬年，為理解地球歷史上最深刻的生態系統變革提供了關鍵證據。“發現這些復雜的‘地下工程’，意義遠不止于證明‘遠古的蟲子會打洞’。它徹底改變了我們對當時動物能力的認知，約5.5億年前遠古動物對生態空間的利用，發生了從二維平面到三維立體的根本性躍遷。”領導此項研究的南京古生物所研究員陳哲接受采訪時說。

時間膠囊：石板灘的生物遺跡

湖北宜昌三峽地區的石板灘生物群，隱藏著解讀地球生命演化史的鑰匙。這片化石寶庫被譽為埃迪卡拉紀向寒武紀過渡的“咽喉”，其地質年代約5.5億至5.43億年前。

這里保存的不僅有生物實體化石，更有遠古動物行為的“日志”——遺跡化石。近期，中國科學院南京地質古生物研究所研究員陳哲與博士生劉雅榕對此進行了系統研究。

研究人員在化石中識別出多種類型的復雜三維潛穴，包括呈“之”字或階梯狀形態的鋸形跡（Treptichnus）、具有復合結構的多山跡（Lamonte），以及形態獨特的蝌蚪狀潛穴。

共存多種類型的復雜的三維潛穴：鋸形跡、多山跡和蝌蚪狀遺跡等。（課題組供圖）

5.5億年前的“地下工程”有多復雜？陳哲研究員描述，這些遺跡化石忠實記錄下遠古動物在海底泥沙里“鉆、撬、挖、住”的痕跡：有的呈“之”字或階梯狀形態，顯示掘穴生物進行著有節奏、可重復的推進和探測；有的則像包含“前廳”“通道”“餐廳”等多種功能結構的“復式公寓”，展現出精細的空間規劃能力。

還有的酷似蝌蚪，一頭膨大，仿佛動物挖了一個“取食坑”后掉頭離開。

根據其中一類“之”字形遺跡，科研團隊還建立了一個新遺跡化石種——“旋脊鋸形跡”（Treptichnus streptosus）。

與此前在海底表面留下的簡單爬痕或淺層水平潛穴不同，這些三維潛穴是動物行為復雜化的重要標志，首次展現出動物向沉積物內部“縱向探索”的能力。

從二維平面到三維立體

發現這些復雜的“地下工程”，意義遠不止于證明“遠古的蟲子會打洞”。

這一發現徹底改變了科學界對當時動物能力的認知。

約5.5億年前，遠古動物對生態空間的利用，發生了從二維平面到三維立體的根本性躍遷。陳哲研究員指出，鋸形跡被視為動物首次向沉積物內部進行三維探索的標志性遺跡，具有重要的演化生物學、動物行為學和生態學意義：其屬內T. pedum的首次出現，甚至被正式定義為埃迪卡拉紀-寒武紀的分界標志。

石板灘的新發現將這一革命性行為的出現時間大幅提前。研究不僅報道了新種T. streptosus，還識別出T. cf. bifurcus， T. rectangularis， T. pollardi 等多個遺跡種。

在埃迪卡拉紀的海洋中，海底大多被堅韌的微生物席覆蓋，葉狀體、圓盤狀生物固著其上，世界安靜而穩定。微生物席為當時固著或簡單移動的大多數生物提供了穩定的棲息地。

然而，隨著一批具備掘穴能力的動物出現，這一切被徹底打破。這些遠古“挖掘工”不僅是探索者，更是“破壞者”與“重建者”。它們的活動破壞了海底由微生物和微生物分泌物共同構成的席狀群落，也就是微生物席。

同時，也瓦解了依賴這層微生物席生存的埃迪卡拉型生物的生態環境。

研究顯示，在石板灘地層中，隨著潛穴密集出現，典型的埃迪卡拉化石明顯減少。這種 ‘此消彼長’的關系揭示了這些早期動物如何通過行為改變，逐步動搖了舊世界的生態根基。

生命演化：寒武紀大爆發拉開序幕

這場由“小蟲”引發的“地質革命”，并不是一次孤立的生態事件，而是一場持續數百萬年的系統性變革。

三維潛穴行為在約5.5億年前的出現與多樣化，對埃迪卡拉生物造成了三重毀滅性打擊，它們直接破壞了覆蓋海底的、堅韌的微生物系，這等于拆毀了埃迪卡拉紀生物賴以附著和生存的“家園”。

“小蟲們”的挖掘像在給海底“松土”，增強了沉積物內部水體與海水的交換，從而改變了海底的化學環境，影響了氧氣和營養物質的循環和分布。

它們還與固著不動的埃迪卡拉生物競爭生存空間和資源。這些效應疊加，很可能促成了約5.5億年前埃迪卡拉生物的第一次大滅絕。而在寒武紀來臨之際，環境劇變與生態競爭的加劇，最終導致舊生物群的徹底退出。

與此同時，被擾動、松軟而層次分明的混合底質，也為需要藏匿、覓食和建造庇護所的新生動物——如節肢動物、鰓曳動物等——創造了全新的生態位。

正是這些“被準備好的舞臺”，為寒武紀大爆發的到來鋪平了道路。“可見寒武紀大爆發并非無源之水。它的源頭，可以追溯到5.5億年前，第一批向沉積物深處掘進的微小動物。”陳哲說道。