寒武纪难题:与Marissa Betts拼凑一个近半亿的古老构造拼图

Marissa Betts是一位专注于了解世界各地早寒武世动物群的演博士后研究专家。她在澳大利亚昆士兰州新英格兰大学和中国西安西北大学两地工作。 你可以在Instagram @ 200micron上关注Marissa的冒险故事。

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南澳大利亚内陆的弗林德斯山脉(Flinders Ranges)和中国中部陕西省南部的秦岭山脉,从景观和气候到文化和语言,很难想象这两个地方有什么共同之处。但事实是,如果将历史卷轴翻到5亿年前,这两个地方有更多的共同点:很久以前,秦岭和弗林德斯是近邻,但在随后的几个亿万年间的时间,看似缓慢但却持续构造构造作用将它们两地相隔。

在早寒武世(大约538-514 百万年前)期间,南澳大利亚是更大的大陆冈瓦纳超大陆的一部分,它位于赤道附近温暖的热带地区。 在此期间,大部分主要动物群都出现在地质时间尺度上的一瞬间。 这种生物事件通常被称为寒武纪生物大爆炸,是迄今为止发生的最重要的生物多样性事件,并彻底革新了地球上的生命。 此时出现的许多动物都具有第一个复杂的生物矿化骨架; 各种非常小(通常是毫米)的贝壳,刺,锥,帽和板,这些都是成千上万的这个时代的岩石中发现的。 这些小化石讲述着关于早期动物如何进化的大故事,并且可以用来约束古大陆之间的古地理关系。

来自南澳大利亚的早寒武世小壳化石在中国也有发现

在我博士期间,我从南澳的弗林德斯山脉(Flinders Ranges)研究了多样的,丰富的,有时奇妙的早期寒武纪寒武纪微化石; 观察他们的古生物学并将它们用作测年和对比的生物地层学工具。 我目前在阿米代尔(Armidale)的新英格兰大学(UNE)进行的博士后研究,正在纳入一套不同的早期寒武纪微化石,称为小碳质化石(SCFs)。 SCFs特别重要,因为它们由原始的未矿化角质层组成。 这在化石记录中非常罕见,化石记录以矿化硬质部分为主。 我正在为SCFs和最近在Flinders山脉,加拿大,蒙古西部和中国的寒武纪岩石作业期间收集的壳化石进行聚结和加工材料。

测量南澳大利亚弗林德斯山脉的地层剖面, 照片来自Sarah Jacquet

在弗林德斯山脉的野外工作中享用比利茶, 照片来自Sarah Jacquet

我喜欢对我的研究采取“多管齐下”的方法。 它将化石标志与其他类型的数据(例如岩性和地球化学)相结合,使我们能够真正了解最早期动物生态系统的古生物学和生态学的全貌。 我所生成的数据对于解释早期寒武纪期间各大陆的相对位置也是至关重要的,这使我们更加全面地了解在动物进化关键时期的世界。

在加拿大西北地区麦肯齐山进行野外考察, 照片来自Kelly Dilliard

在蒙古西部的萨拉尼亚戈尔(Salaany Gol), Goby-Altai地区沿着剖面采样

中国由各种时代的大量构造单元组成,这些构造单元已漂移至全球各地,并最终拼合到当前的构造框架中。 在寒武纪早期,生活在大陆周围浅海的许多动物是各自地区特有的(或原生的)动物,只有少数动物有效地在全球各地散播开来。来自南澳大利亚和中国南方(中国一个离散的构造板块)的小壳化石组合曾有段时间被公认有近缘关系,但是二者重要的差异告诉我们我们二者曾经很接近但并不太接近。

在野外考察期间,蒙古萨拉尼亚戈尔(Salaany Gol)的雪

蒙古塔什尔地区下寒武统灰岩中的磷化壳化石。

然而,来自中国华北的全新数据讲述了一个不同的故事。来自中国(中国科学院南京地质古生物研究所)和澳大利亚(悉尼麦考瑞大学)的同事最近的工作显示,在华北地区发现了原来只在南澳大利亚下寒武统岩石中才发现的壳化石。这些发现非常令人兴奋,并且使我们对这两个古大陆之间的隐秘关系有了进一步的了解。在新英格兰大学工作期间,我也与中国陕西西安西北大学的同事密切合作。我们目前的工作目标是针对贝壳动物群以及来自澳大利亚和中国的小碳质化石,以进一步阐明这些地体之间的演化,生态和构造关系。寒武纪早期演化是一项十分令人兴奋的研究,因为我们研究的对象是一个由系统演化树最根部早期生物组成的新生生态系统。这些化石非常重要,因为它们正在帮助我们回答关于地球在遥远的过去的重大问题,这是动物进化中的一个关键点。寒武纪早期的每一个难题都非常重要,目前的研究显示南澳和中国这两块拼图能够很好地拼合在一起。

在中国南部的云南二街采石场打包澄江化石,照片来自陈飞扬。

在陕西省镇巴县采下寒武统样品,照片来自陈艳龙


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