“神秘”壳类现身华北板块

▲Paterimitra古地理分布图

▲Paterimitra pyramidalis复原图

▲华北板块发现的Paterimitra pyramidalis 的3种骨片

■本报记者 袁一雪

在人类出现之前，地球是什么样子？七大洲四大洋也是按照现在的样子分布吗？为了弄清事实，科学家们正在通过种种证据试图还原地球曾经不同时期的海陆分布。

近日，南京地质古生物研究所博士研究生潘兵在与澳大利亚及瑞典的合作者在华北板块下寒武统辛集组中发现了托莫特壳类化石Paterimitrapyramidalis，这是此类化石首次在华北板块被发现。

一次尝试

在寒武纪早期有许多微小的骨片化石，虽然它们来源于不同的动物门类，但通常都被统一称作小壳化石。托莫特壳类是其中一类离散骨片化石的统称，其壳壁由有机质和磷酸钙组成，形态多样，诸如塔状、帽状和鞍状等，仅见于寒武系地层，是在寒武纪动物大爆发过程中所出现的奇特造型动物。此次被发现的Paterimitrapyramidalis中文翻译为“金字塔形神父帽壳”。“起初建立该种时只发现了一种金字塔状的单一骨片，也是该属种名来源的根据。”潘兵在接受《中国科学报》采访时说。

但长久以来，由于没有发现完整铰合的骨片系化石，托莫特壳类一直被当作一类分类不明的疑难动物化石。而这种“神秘”的微小骨片化石在全球寒武纪早期地层中被广为发现，却在我国的华北地台一直未有报道。

这次能够找到Paterimitrapyramidalis也有一定的偶然性。辛集组是华北板块南缘寒武纪最早沉积的一段地层记录之一。事实上，前人已经在许多个剖面的辛集组中发现了丰富的小壳化石，但依然还有很多地方的辛集组并没有被研究过。潘兵等人就是在一个未被研究过的新剖面发现了这些托莫特壳化石。

值得注意的是，以往，研究人员通常更注重采集碳酸盐岩中的小壳化石，因为碳酸盐岩中的小壳化石易于处理且保存较好。但此次发现的化石却不是来碳酸盐岩，而是钙质粉砂岩，通俗地讲就是含有碳酸钙的粉砂岩。“虽然在野外用放大镜能够观察到这些岩石里的化石，但采集岩含有化石的石样品时，我们并不能确定在实验室就一定能够用醋酸溶掉这些岩石中的围岩部分，从而获得小壳化石。所以我们抱着尝试的心态去做了实验处理，结果却获得了很多保存较为精美的小壳化石。”潘兵说。

此前，国际上已有学者研究根据大量材料研究，对Paterimitrapyramidalis身体结构进行了复原，其壳体总共由有三种类型骨片构成，分别为S1、S2及L骨片。其中，S1与S2分别只有一片骨骼，L骨片有多块，具体数量不同。金字塔形的S1型骨片与鞍状的S2型骨片围成一个倒锥形的上端开放的腔室，另外它们的后部连接在一起并围成一个圆形开孔，此开孔可能为肉茎伸出体外的通道；数量不定的L型骨片则附着在S1与S2骨片围成的腔室上端开口边缘，增大腔室的空间，腔室内可能有用于滤食的类似触手冠的结构。这种独特的身体构型明显不同于其他的托莫特壳。

最初，潘兵等砂样中只在发现了S1和L型骨片。但通过对所有砂样仔细检查后，他们最终发现了包括S2骨片在内的三种骨片类型。由于发现的化石个体太小，在普通光学显微镜下，很多细微的结构特征难以观察。想要知道它们的详细形态结构与细微纹饰还需要使用电子显微镜。所以潘兵等人一边用电子显微镜照相，一边将观察到的结构与纹饰与已经报道的澳大利亚的化石进行对比。“当我们在电子显微镜下看到华北这些化石的真实形态与纹饰后，不禁惊叹它们与澳大利亚的化石太相似了。”潘兵回忆说。

具有一定的古地理参考价值

目前关于华北板块在寒武纪早期的古地理位置还没有定论，因为不同学者根据不同的方法和证据得到的结论不太一样。潘兵介绍说，学术界主要有四种观点：第一种观点认为华北板块位于冈瓦纳西缘且与相当于现今的印度东北缘毗邻；第二种观点也认为华北板块位于冈瓦纳西缘，但古纬度在南纬30度左右；第三种观点则认为华北板块作为独立的板块靠近于冈瓦纳北缘（今天的澳大利亚北部或东北部）；第四种观点认为华北板块也是个独立的板块，但却漂在离冈瓦纳东岸很远的古太平洋中。

而本次在华北发现的Paterimitrapyramidalis是一种很特殊的托莫特壳化石，它们只在寒武纪早期澳大利亚东缘的海岸有发现过，在全球其他地区的同时代地层中还从来没有被报道过。那么，这一发现就说明华北地块与澳大利亚地块相距不远吗？

潘兵表示证据尚不足。因为这种化石在当时澳大利亚东部的陆表海中有着较为广泛的且数量非常丰富，这说明这个物种对当时的海洋环境还是比较适应的，并且能够在小范围内扩散分布，但可能还不具备跨板块进行远洋传播扩散能力。“有科学家曾经根据对发现于澳大利亚化石的这些化石的形态结构研究后，推测它们的成体进行底栖固着生活，幼虫阶段可能具有一定的浮游能力。”潘兵说。通常情况下，一个物种幼虫阶段浮游能力的强弱以及时间长短对一个物种在海洋的分布范围有着非常重要的影响。而潘兵等人的发现支持了Paterimitrapyramidalis幼虫具有一定的浮游能力这个观点，同时也说明当时的华北板块南缘与澳大利亚东海岸离得不是很远，不然可能都扩散不到华北。

但要确定一个板块的古地理位置，还有许多其他重要的证据需要考虑，例如古地磁、古构造活动、沉积记录以及生物古地理等。而生物古地理通常是要通过对不同地区大量的属种分析后才能得到较为可靠的证据。“Paterimitrapyramidalis虽然具有重要的古地理意义，但还不能起到决定性作用，还需要将来结合其他方法进行更加综合的分析来印证。”潘兵补充道。

继续研究谱系演化

在这之前几乎各个板块都有发现过托莫特壳类化石，只不过在不同的地区多样性与丰富度会有较大差异，其中以澳大利亚、西伯利亚以及中国华南的报道最多，但在此次华北板块中找到这类化石的踪迹还是给了研究人员极大的信心。根据前人研究推断，托莫特壳类很可能是属于冠轮动物里的一个并系类群，虽然目前关于其亲缘关系还没有确切的定论，但已有越来越多的证明表明它们中有一类与腕足类有着非常密切的亲缘关系，很可能属于早期腕足类的干群。

下一步，他们将继续寻找更多的骨片系标本，特别是希望在华南的澄江生物群化石库和南澳大利亚的鸸鹋湾页岩化石库等特异埋藏化石库里找到软躯体标本，以此来确定不同骨片的排列放式，推断原来动物的身体构型，进而分析它们的亲缘关系与谱系演化等。“目前关于托莫特壳，最为核心的问题就是确定它们原先骨片系的形态及其亲缘关系与谱系演化等。所以我们希望能够发现一些对解释该类化石亲缘关系与演化具有重要意义的新化石。”潘兵说。