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.

关山生物群是继澄江生物群之后云南寒武纪早期地层中发现的又一个特异埋藏的化石宝库.现已报道10多个门类的化石动物,对研究寒武纪生命大爆发、后生动物起源及演化、寒武纪早期生态系统的复原等重大学术问题具有特殊的意义.始海百合属于棘皮动物门海蕾亚门,于寒武纪早期出现,志留纪灭绝.笔者将荧光显微镜等先进成像方式与传统的研究手段相结合,对新采集到的关山生物群始海百合化石标本进行深入细致的系统古生物学研究,对其精细形态学构造和生活习性获得更深入的了解.这对于认识寒武纪早期的生物多样性和棘皮动物的演化都具有重要的意义.

本研究以云南寒武纪澄江生物群节肢动物周小姐虫(Misszhouia longicaudata)为例,使用显微CT(Computed Tomography,计算机断层扫描的简写)技术对其保存在化石围岩内部的结构信息进行提取.通过Drishti软件对CT数据进行处理后,研究者可以在不破坏标本的前提下复原该动物腿肢较为完整的三维细节.此研究方法一方面对传统研究方法进行了重要补充,另一方面在研究中也对保存精美的澄江生物群化石起到保护作用,对这类标本的研究和保护具有重要意义.

随着国家对基础研究的日趋重视,我国的古生物学,包括早期生命和寒武纪大爆发研究取得了长足的进步,研究手段和仪器设备日益改善和提高,例如扫描电子显微镜(SEM)和X射线显微断层成像技术(Micro-CT)的使用已经十分广泛.本研究以我国滇东地区寒武纪澄江化石库和乌龙菁组关山生物群特异保存的腕足动物化石为例,运用高性能微区X射线荧光光谱仪对化石标本和围岩的成分进行了定性和半定量分析.由于X射线有一定的穿透能力,且生物体与围岩的组成元素不同,因此对标本的定性分析可快速清晰地显示出某些生物体在光学显微镜下未显示出的生物解剖结构;对化石中化学元素(Na-U)和化合物的半定量分析数据可大致揭示澄江生物群与关山生物群沉积矿物元素的区别,并且筛选出更适合用于高精度元素分析的标本.微区X射线荧光光谱仪在测试和扫描前对样品普遍不用进行前期处理,可用于样品表面扫描和微区分析,操作快捷、有效,加之其较大的样品台空间,是一种先进的高灵敏度、非破坏性的元素分析手段,能为对比研究诸如澄江生物群与关山生物群等不同时代生物群的特异埋藏条件和沉积环境提供新的信息.

三叶虫是寒武纪海洋中的常见动物,其受伤愈合现象的化石记录可以反映生态系统内物种之间竞争关系.中国华南寒武纪早期澄江化石生物群因保存软躯体构造化石而成为研究寒武纪大爆发时期古海洋生态群落的绝佳窗口,然而,澄江生物群中三叶虫受伤愈合现象的化石至今未见报道.中间型始莱德利基虫(Eoredlichia intermedia Lu,1940)是澄江生物群的常见物种,也是我国寒武系第二个三叶虫化石带的标准带化石.在2 000余枚中间型始莱德利基虫标本中,发现两枚成体标本的头甲侧边缘、颊刺和胸甲肋节保存了不同程度的残缺.据此推测,Eoredlichia intermedia在生命活动过程中曾受到碎壳型捕食动物的攻击或其他伤害而形成伤口.伤口部位边缘加厚且光滑,显示了明显的愈合痕迹.这些特征表明始莱德利基虫在受到非致死的伤害后,具备自身修复损伤的能力.这是迄今所知最为古老的,也是在澄江生物群中首次发现的三叶虫受伤并且愈合的标本,反映了寒武纪第二世第三期底栖生态系统中碎壳型捕食者和三叶虫猎物之间的军备竞赛生态关系.

寒武纪大爆发是生命演化史上重要的创新事件.我国澄江动物群(距今约5.18亿年)代表了寒武纪大爆发的高潮,而产自寒武系最底部,时代上早于澄江动物群的宽川铺生物群(距今约5.35亿年)则为研究寒武纪大爆发的第一幕提供了重要的埋藏窗口.宽川铺生物群产自陕南宁强、西乡等地寒武系底部宽川铺组钙质磷块岩和磷质碎屑灰岩中,以保存了大量动物胚胎和软躯体微型动物而闻名.其中四方塔型壳(Quadrapyrgites)是宽川铺生物群中常见的软躯体动物化石,因与同层位的橄榄蛋(Olivooides)在发育过程和形态上具有相似性而被认为是后者的姐妹群.但它们在动物树上的位置仍然存在争议.为检验前人提出的各种亲缘关系假说,本文综合使用电子扫描显微镜成像和超高分辨率X射线显微断层成像技术,重建了四方塔型壳胚胎标本的三维结构,首次揭示了其内陷式原肠作用类型.新的数据支持了四方塔型壳属于刺细胞动物而非环神经动物的观点.

刺细胞动物是一类具有刺细胞的水生无脊椎动物,分布在世界各地的海洋和淡水中.作为后生动物最早分化出的一支,刺细胞动物对研究后生动物的起源和早期演化具有极其重要的意义,也为研究后生动物系统发育、地层对比和古地理恢复等方面提供了重要的科研线索.本文简要介绍了刺细胞动物早期(埃迪卡拉纪至寒武纪苗岭世)的化石记录和研究现状,将刺细胞动物的早期演化分为四个时期,分别为前寒武纪、寒武纪纽芬兰世、寒武纪第二世和寒武纪苗岭世,并对上述四个时期的刺细胞动物进行论述.目前的研究表明:1)前寒武纪的刺细胞动物化石记录虽然比较丰富,但充满争议,目前尚未有比较确切的刺细胞动物记录;2)寒武纪纽芬兰世如宽川铺生物群中保存了较多的刺细胞动物胚胎及发育序列化石,是研究刺细胞动物演化的重要窗口;3)寒武纪第二世,以澄江生物群为代表的布尔吉斯页岩型化石保存了软躯体的刺细胞动物.与此同时,在第二世中已经出现了最早的珊瑚化石记录;4)寒武纪苗岭世刺细胞动物主要以布尔吉斯页岩型化石保存(如布尔吉斯页岩生物群和凯里生物群),同时期在美国犹他州发现的刺细胞动物印痕化石表明了这个时期几乎所有的刺细胞动物大类已经出现.本文根据上述时期的研究,对今后刺细胞动物化石的研究提供一些建议和讨论.