埃迪卡拉纪-寒武纪转换时期动物的起源、演化和“寒武纪大爆发”一直是国际古生物学界研究的热点问题,其中寒武纪早期小壳化石群与埃迪卡拉纪化石群和寒武纪早期澄江化石库之间的内在关系是古生物学界研究的难题,其主要原因是寒武纪早期与小壳化石群伴生的宏体动、植物化石的缺乏.发现于峡东地区的寒武纪早期岩家河生物群填补了这一缺失环节,该生物群包含宏体动物、宏观藻类、小壳化石、球形化石(可能的胚胎化石)、微古植物和蓝菌类等化石,部分宏体化石显示了从埃迪卡拉纪向寒武纪过渡色彩.化石保存方式有碳质膜、黄铁矿化、磷酸盐化、硅化.因此对岩家河生物群生物多样性和埋藏学进行综合研究,将可提供纽芬兰世(梅树村期)碳酸盐台地—碳酸盐台地内部的局部凹陷盆地相的一个较完整的生物景观图,对探索“寒武纪大爆发主幕”前夕生物的辐射、演化模式及保存机制具有重要的科学意义.

我国华南扬子板块埃迪卡拉纪—寒武纪的含磷地层中产有丰富的呈现分裂特征的多细胞球状化石.由于有效信息的缺乏,长期以来,这些球状化石的生物属性及分类存在争议.我们在陕南寒武系宽川铺组获得的一些保存精美的分裂型球状化石,具有明显的多级四分体结构,通过与同层位产出的动物卵裂期胚胎化石、瓮安生物群中四分体结构的藻类化石对比,结果表明这些分裂球形化石很可能为多细胞藻类.

首次描述并研究了在湖南张家界四都坪乡四都坪剖面埃迪卡拉系陡山沱组下部硅质条带和结核中发现的保存精美的微体化石.化石组合包括大型具刺疑源类Cavaspina acuminata,Cavaspina basiconica,Gyalosphaeridium sp.,Mengeosphaera latibasis,Tanarium varium,Tanarium sp.和Urasphaera fungiformis;球状化石Megasphaera inornata;球状、丝状蓝藻化石 Archaeoph ycus yunnanensis,Pol ytrichoides sp.,Salome hubeiensis,Siphonophycus robustum,S.typicum,S.kestron,和S.solidum以及多细胞藻类Wengania minuta.该微体化石组合与湖北峡东地区陡山沱组三段硅质结核中以大型具刺疑源类Tanarium为特征的组合面貌基本一致.这些微体化石的发现,进一步完善了我国埃迪卡拉系(震旦系)陡山沱组的生物地层序列,也为华南扬子地区陡山沱组的地层对比提供了新的古生物证据.

遗迹化石是埃迪卡拉纪存在两侧对称动物最有力的证据.但多数埃迪卡拉纪遗迹化石为简单、水平的表面爬迹或潜穴.在湖北三峡地区灯影组石板滩段含典型埃迪卡拉软躯体化石的地层中新发现一类形态特别的化石,呈蝌蚪状,一端膨大,一端细管状.通过对化石形态、同位素分析以及沉积学特征的研究,说明该化石为遗迹化石,而不是实体化石.蝌蚪状化石为一种复合迹,垂向活动形成球状的膨大端,平行藻席层活动形成近于水平的潜穴,反映了造迹生物垂向切穿藻席层并沿藻席层进行觅食的行为.该发现说明了在埃迪卡拉纪晚期已有两侧对称动物开始形成较为复杂的潜穴.

遗迹歧异度作为评估生物成因构造中形态轮廓变化的概念被引入,它揭示出造迹生物个体轮廓、运动系统和行为过程的主要创新.遗迹歧异度是基于形态结构设计的测量鉴别,而遗迹多样性是指遗迹分类的数量,即遗迹属或遗迹种的数量.本文统计前寒武纪-寒武纪之交(埃迪卡拉纪和寒武纪纽芬兰世、第二世)的88个遗迹属,并鉴定出40个形态结构设计类型,其中前寒武纪包含22个形态结构设计类型,遗迹多样性为32;寒武纪遗迹形态结构设计类型为38个,遗迹多样性为82.前寒武纪-寒武纪之交的遗迹化石资料显示,埃迪卡拉纪和寒武纪幸运期之交是遗迹多样性与遗迹歧异度的突变期,两者数量均显著增加.这表明造迹生物在数量上急剧增加,在形态类型上更加多样,造迹生物的个体轮廓、运动方式以及行为过程都渐趋复杂、多样,有力地支持了寒武纪生命大爆发事件.遗迹歧异度和遗迹多样性相结合,将会进一步增强遗迹学在演化古生物学中的重要性.

激光共聚焦显微技术是一种以激光作为激发光源,通过特殊装置“针孔”来过滤离焦光线以提高光学分辨率和对比度的光学成像技术.由于大部分化石不能自发荧光,该技术在古生物学领域尚未实现大范围的应用.但若围岩能自发荧光而与化石之间具有一定衬度,或化石因含特殊成分能在特定波段激光照射下自发荧光而产生结构衬度,则可以运用激光共聚焦显微技术获得在普通光学显微镜及荧光显微镜下难以清晰观察到的信息.为推动激光共聚焦技术在古生物学领域中的应用,文中系统介绍了该技术的原理与使用方法,并以埃迪卡拉纪磷酸盐化特异埋藏的瓮安生物群微体化石为例,展示了该技术在化石成像中的若干优势.实验结果表明,瓮安生物群微体化石因富含磷灰石可自发荧光实现成像,使用激光共聚焦显微成像技术观察瓮安生物群化石薄片不仅可以获得较好衬度,而且还能提高成像的分辨率和清晰度.此外,在化石薄片的厚度范围内还可以实现化石结构三维重建.

Hiemalora stellaris是湖北宜昌三峡地区埃迪卡拉系灯影组石板滩生物群中数量最为丰富的化石类型之一,由位于中心位置的圆盘和围绕盘缘向外伸出的似触手状结构组成,似触手状结构长度与圆盘直径具有较好相关性.同时也发现少量Hiemalora与茎干相连,其中一枚产自石板滩段底部的标本保存完整,与茎干连接有叶状体.叶状体呈卵形,可见一级分枝与二级分枝,顶部有呈“牛角状”的尖刺,叶状体形态与Charniodiscus spinosus 相似.结合纽芬兰地区发现的Primocandelabrum hiemaloranum,表明Hiemalora作为生物体的固着器官,起到抵御水流冲刷、支撑和固定整个生物体的作用,但与其相连的叶状体表现出不同的形态类型,表明Hiemalora化石可能具有较为多样的生物来源.根据化石的形态特征和埋藏状态分析,Hiemalora在生物生活时位于藻席层之下的沉积物内,常呈正凸起保存于岩层顶面,而茎干和叶状体位于水体中,生物死亡后,叶状体倒伏在藻席层之上,当岩层沿藻席层劈开后,在顶面保存为凹陷的印痕.

埃迪卡拉纪末期最早骨骼生物Cloudina的出现及其全球性分布,标志着早期生命的演化进入了新阶段.Cloudina已成为埃迪卡拉纪末期全球重要的指示化石.位于扬子地台西北缘陕西宁强地区的高家山生物群保存有大量结构精美的磷酸盐化Cloudina.同时,该生物群中还保存有黄铁矿化的Conotubus,其生物结构以三维立体的方式保存下来,借助工业CT技术,可以观察到岩层内部Conotubus的立体形态特征.前人根据基本相同的锥管状形态、始端封闭、末端开口及漏斗状套合的管体叠合方式等认为Conotubus和Cloudina存在一定的亲缘关系,但二者个体大小悬殊、保存方式迥异,二者关系依然存疑.本文选取Conotubus和Cloudina化石的胎管部分,尝试采用几何形态测量学分析的方法,通过计算统计手段证明二者之间可能存在一定的亲缘关系.高家山生物群地层沉积连续,保存有埃迪卡拉纪末期极为珍贵的连续演化化石,Conotubus和Cloudina之间亲缘关系的确定,为研究埃迪卡拉纪末期生物演化提供了绝佳的材料,也为高家山生物群申请全球界线层型(GSSP)候选剖面提供了更多的支撑.

埃迪卡拉纪(震旦纪)是早期多细胞生物起源与辐射的重要地质时期,磷酸盐化保存的微体化石则是研究该时期生命演化的重要窗口.目前对我国扬子地台埃迪卡拉系陡山沱组磷酸盐化微体化石的研究主要集中于贵州瓮安等地,其他地区的研究偏少.本次研究报道了保存于湖北保康白竹磷矿埃迪卡拉系陡山沱组磷块岩的微体化石.这些微体化石以三维磷酸盐化形式保存,种类丰富,共计14属21种,包括大型带刺疑源类Asteroca psoides sp.,Dicros pinas phaera sp.,Knollisphaeridium sp.,Mengeosphaera chadianensis,Tanarium conoideum,T.digitiforme,T.pilosiusculum,Tianzhushania sp.;球状化石Megasphaera inornata;球状蓝藻Archaeophycus yunnanensis,丝状蓝藻Cyanonema majus,Obruchevella minor,Salome sp.,Si phonoph ycus septatum,S.robustum,S.typicum,S.kestron;以及多细胞藻类Gremi ph yca corymbiata,Thalloph yca ramosa,Wengania exquisita,W.globosa.这些微体化石的发现,进一步丰富了白竹磷矿陡山沱组的化石组合,为华南扬子地台陡山沱组的生物地层对比提供了新的材料.

华南埃迪卡拉系陡山沱组燧石结核中保存丰富的疑源类化石,对它们的研究一直以岩石切片为手段,这在很大程度上影响到对其三维形态的恢复、系统分类的讨论,以及不同埋藏相下化石组成的对比.本研究尝试用氢氟酸浸解燧石结核来获取立体保存的疑源类标本.本实验使用4％(体积分数)的稀氢氟酸配合20目和400目尼龙筛网,以每2-3小时一次的频率收集酸浸解残余,从来自宜昌地区晓峰河和五指山剖面的陡山沱组二段燧石结核中获得了一些硅质标本,包括立体保存的球状疑源类和疑似化石的片状标本.其中,球状疑源类保存了膜壳塑性变形、膜壳外板片状装饰、内部小球体等结构特征,与从燧石结核岩石薄片中获得的标本和从磷块岩中酸浸解获得的立体磷酸盐化标本完全可以对比;它们的保存状态显示多数标本为疑源类的硅质铸模.本研究表明,作为岩石薄片法的重要补充,氢氟酸浸解法在分离和研究埃迪卡拉系燧石中保存的硅化疑源类上有较大潜力.