这些奇怪的海洋生物为物种的“寒武纪大爆发”铺平了道路

大约 5.4 亿年前，地球生命经历了一次大爆发，形成了现存的主要动物群，包括有脊椎的动物和捕食动物。这次大爆发被称为寒武纪生命大爆发。根据化石记录，当时的动物似乎相对稀少，而且与化石记录中后来出现的生物非常不同。

几十年来，古生物学家一直在寻找解释多样性鲜明对比的方法。一种主流理论认为，在寒武纪大爆发之前，一场环境灾难消灭了大多数动物。然而，一项新的分析表明，在寒武纪开始之前，早期的动物已经形成了复杂的生态系统。研究人员检查了来自世界各地化石床的数据，发现动物多样性可能在埃迪卡拉纪晚期（大约 5.72 亿至 5.41 亿年前）有所下降。该团队于 5 月 17 日报告称，随着埃迪卡拉生物变得更加专业化，一些物种无法跟上它们的邻居 PLoS Biology杂志。

“这非常清楚地表明，埃迪卡拉纪实际上是寒武纪的前身，”剑桥大学古生物学家、这项研究的合著者艾米丽·米切尔说。“这很大程度上是寒武纪大爆发的开始。”

[相关：仔细观察历经岁月的琥珀化石]

大约 30 亿年来，单细胞生物主宰着地球的海洋。第一批动物出现在埃迪卡拉纪晚期，一些最古老的生物生活在深水中，类似于植物，具有从中央茎分支出来的羽毛状结构。其他生物则有分段的盘状身体。

米切尔说：“最古老的埃迪卡拉生物的一个真正独特之处是它们具有这种奇怪的分形分支——它们有分支的分支的分支。研究埃迪卡拉生物非常困难，因为它们的身体结构与当今或其他化石记录中的任何其他生物都不一样。”

幸运的是——至少对古生物学家来说——许多埃迪卡拉纪生物群落都保存在火山爆发、泥石流和其他突发灾难的灰烬和碎屑中。“这基本上就像庞贝古城；每个人都幸福地生活着，然后突然发生了这场大规模的埋葬事件，”米切尔说。“你可以看到埃迪卡拉纪生物的惊人快照。”更重要的是，大多数埃迪卡拉纪生物遗迹都没有受到干扰，因为当时还没有食腐动物来挖出尸体。相反，埃迪卡拉纪动物经常通过过滤水中腐烂的有机物和浮游生物残渣来进食。

了解这些生物就是了解地球上复杂生命的起源，以及它们在宇宙其他地方存在的可能性，范德堡大学地质生物学家西蒙·达罗克（Simon Darroch）表示，他没有参与这项研究。“我们真的需要弄清楚这些生物是什么，它们是如何形成并在群落中互动的，以及埃迪卡拉纪-寒武纪边界发生了什么，”达罗克说。“这是地球历史上的一个关键时期。”

为了研究这些动物如何生活和相互影响，米切尔和她的同事们研究了 86 个埃迪卡拉纪化石层的记录。这些化石层代表了来自世界各地的 124 个物种，比如标志性的 Charnia 和 Dickinsonia。该研究的作者还研究了之前发表的从周围岩石推断出的埃迪卡拉纪环境条件数据。研究人员评估了不同物种同时出现的频率以及在什么环境中出现。

在最古老的遗址中，研究小组几乎没有发现任何特定物种或栖息地之间的联系。但随着化石群的更新，情况发生了变化。某些生物倾向于聚集在同一地点，而另一些则从不重叠。埃迪卡拉纪生物群落也因其居住的深度或地理区域而存在更明显的差异。

米切尔说：“这告诉我们这些物种正在相互适应并适应其生存环境。”

这种模式——随着时间的推移，专业化程度不断提高——与灾难性事件后的预期相反。当大规模火山爆发或毁灭恐龙的小行星撞击地球时，幸存下来或随后出现的物种往往是能够忍受各种条件的强健通才。米切尔和她的团队观察到，这并不符合埃迪卡拉纪生物的条件。

“我们看到生态复杂性在增加，”她说，“尽管物种的总体数量有所减少，但那是因为它们在特化，在寻找自己的特殊生态位，而不是因为外部因素导致它们灭绝。”

[相关：东非最古老的人类化石比我们想象的还要古老]

米切尔表示，需要进行更详细的分析来确定推动这些模式的压力。两种物种可能占据同一地区，因为它们有相似的营养需求。或者它们可能从彼此的存在中受益，就像现在的植物和传粉者一样。另一对物种可能无法共存，因为它们适合不同的栖息地，或者因为如果它们共享同一空间，一种动物会胜过另一种动物。

达罗克表示，目前还没有足够的证据排除埃迪卡拉纪末期发生灾难性灭绝的可能性。但他补充说，新论文确实表明，埃迪卡拉纪生态系统“肯定比人们认为的要活跃得多”。

研究人员已经确定，许多动物的创新，如坚硬的外骨骼和捕食行为，都起源于埃迪卡拉纪的最后阶段。达罗克说，这些生物开始适应更专业的角色并寻找不同的栖息地，这“符合直觉”。

“你对埃迪卡拉纪的研究越多，你就越能发现这是一个逐渐增强的过程，”他说。现代动物群的出现是相对缓慢的，并在寒武纪初期“最终走向成熟”。“但这次大爆发的根源，”他补充道，“要深远得多。”