湘西新震旦系留茶坡組高地震烈度低密度高孔殼高管健動(dòng)物化石的發(fā)現(xiàn)

湘西新震旦系留茶坡組高地震烈度低密度高孔殼高管健動(dòng)物化石的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外科學(xué)家在埃迪卡拉生物群體中發(fā)現(xiàn)了最可靠的后代動(dòng)物化石，這為早期生命研究提供了重要的化石證據(jù)（馬懷等人，2008）。但是,由于其個(gè)體小,對其結(jié)構(gòu)學(xué)和在生物分類學(xué)上的位置仍存在較多的爭議和疑問(馬冀等,2008)。近年來,在湖南新化云溪鄉(xiāng)震旦系留茶坡組厚層塊狀硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了管狀宏體動(dòng)物化石,和國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的相同層位產(chǎn)出的峽東燈影組管狀化石及陜西寧強(qiáng)高家山生物群管狀化石相比(馬冀等,2008),新發(fā)現(xiàn)的化石明顯具有個(gè)體大,結(jié)構(gòu)、紋飾清晰的特點(diǎn),并且其賦存巖性及沉積相與上述管狀化石相比,亦有著重大的區(qū)別。這一發(fā)現(xiàn),不僅有助于晚埃迪卡拉世后生動(dòng)物結(jié)構(gòu)學(xué)、生態(tài)學(xué)及埋藏學(xué)的研究,同時(shí),對于豐富和推動(dòng)生命早期演化的認(rèn)識(shí)也有著重要的科學(xué)意義。本文旨在報(bào)道這一新的發(fā)現(xiàn),并簡要探討其生物演化意義。1巖石地層及表巖結(jié)構(gòu)為確定留茶坡組宏體化石的產(chǎn)出位置及產(chǎn)出狀態(tài),特測制了一條剖面AA’。剖面AA’位于湖南新化縣云溪鄉(xiāng)(圖1),大地構(gòu)造上處于雪峰山中燕山期陸內(nèi)造山帶東翼。剖面AA’起點(diǎn)座標(biāo)X=19508517,Y=3073808;終點(diǎn)座標(biāo)X=19508658,Y=3073563,剖面長度333m?；a(chǎn)出地地理坐標(biāo)為:X=19508545,Y=3073718。剖面見頂?shù)?露頭良好,其各小層特征見表1。剖面AA’包含了南華系南沱組、震旦系陡山沱組、燈影組及寒武系黔東統(tǒng)小煙溪組四個(gè)巖石地層單元,南沱組為灰綠、灰色塊狀冰磧礫巖、冰磧砂礫巖,局部夾含礫砂巖、含礫白云質(zhì)板巖和白云質(zhì)粘土板巖。礫石成分復(fù)雜,有砂巖、板巖、板狀頁巖、硅質(zhì)巖、石英巖等。礫石粒徑大小不一,相差懸殊,一般幾毫米至10~20cm。礫石磨圓度不好,呈半棱角至次棱角狀;震旦系陡山沱組為灰色、灰黑色炭質(zhì)板巖、硅質(zhì)板巖、含炭硅質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)巖及炭硅質(zhì)巖組成,發(fā)育水平層理;震旦系留茶坡組為灰色、淺灰色厚層硅質(zhì)巖、條帶狀硅質(zhì)巖組成,發(fā)育水平層理;寒武系黔東統(tǒng)小煙溪組為黑、灰黑色炭質(zhì)板狀頁巖、硅質(zhì)板狀頁巖互層,夾薄層硅質(zhì)巖,發(fā)育水平層理。新發(fā)現(xiàn)的管狀宏體化石位于剖面第5層,產(chǎn)于與燈影組等時(shí)異相的下部厚層硅質(zhì)巖中,平行層面產(chǎn)出,橫切面呈圓柱狀,直徑約2.5cm,個(gè)體延伸長度不清楚,具清晰的內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu):外部呈一系列相互平行且與圓柱狀腔體垂直的環(huán)狀,環(huán)圈約2mm(圖2a);內(nèi)部則呈不規(guī)則的隔板構(gòu)造,將其腔體分隔為5~6個(gè)區(qū)間(圖2b),腔體壁厚約4mm。從其結(jié)構(gòu)特征看,初步認(rèn)為系生命早期的腔腸動(dòng)物,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能系其消化系統(tǒng)。本次工作雖然僅發(fā)現(xiàn)一個(gè)單體化石,但其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)十分清晰,個(gè)體巨大,是目前這一時(shí)期發(fā)現(xiàn)的個(gè)體最大、結(jié)構(gòu)最為完整,且產(chǎn)于深水相區(qū)后生動(dòng)物,深入的分析對于其結(jié)構(gòu)學(xué)、生態(tài)學(xué)的研究具重要的科學(xué)意義。2宏體巖石特征中國南方早期盆地發(fā)展經(jīng)歷了新元古代裂谷盆地演化及自寒武紀(jì)開始的構(gòu)造熱沉降階段,在沉積相上呈現(xiàn)有規(guī)律的變化,自上揚(yáng)子至湖南湘中一帶,這一時(shí)期古地理格局總體呈西高東低的特征:南沱組在西北部的石門一帶呈紫紅色特征,礫石巨大,并可見冰川擦痕,系陸相冰川。新化一帶,南沱組呈灰綠色,未見明顯的冰川擦痕,系海相冰川或冰筏沉積;震旦系整體呈一臺(tái)凹相間的碳酸鹽臺(tái)地→斜坡→陸棚相的變化。陡山沱組在研究區(qū)西部為臺(tái)地相白云巖夾炭質(zhì)頁巖,而在新化一帶則為陸棚相薄層硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖,發(fā)育水平層理;燈影組在研究區(qū)西部為臺(tái)地相藻紋層白云巖,而在工區(qū)東部新化一帶則表現(xiàn)為陸棚相大套厚層硅質(zhì)巖,發(fā)育水平層理,且由于巖性巖相的巨大變化,另建組稱“留茶坡組”。震旦紀(jì)與寒武紀(jì)之間在區(qū)域上有次短暫的抬升(桐灣運(yùn)動(dòng)),由于這一時(shí)期西高東低的古地理格局,西部有短暫的暴露、缺失,東部未暴露則表現(xiàn)為連續(xù)的沉積,新化地區(qū)震旦至寒武紀(jì)總體處于陸棚深水沉積環(huán)境。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的報(bào)道,與燈影組同期的后生動(dòng)物主要產(chǎn)于湖北峽東的燈影組頂部的白馬沱段以及陜西寧強(qiáng)高家山組(林世敏等,1986;丁啟秀等,1993)。近年來,陳孝紅等在湘西留茶坡組也有一些新的發(fā)現(xiàn)(陳孝紅等,1999)。湖北峽東燈影組頂部發(fā)現(xiàn)的大量遺跡化石和管狀化石均產(chǎn)于白馬沱段白云巖中,沉積環(huán)境為淺水碳酸鹽臺(tái)地。其管狀化石主要為廟河震旦管殼及白馬沱震旦管殼(親近種),從形態(tài)學(xué)特征看,新發(fā)現(xiàn)的宏體化石與廟河震旦管殼相似,廟河震旦管殼以平行、傾斜或垂直層面產(chǎn)出,縱切面作不規(guī)則曲線延伸之管狀體。橫切面近圓形,直徑0.9~1.8mm,多數(shù)1mm。管體外飾具環(huán)脊或環(huán)紋,內(nèi)壁較光滑。管壁厚0.12mm,少數(shù)管體中心見小體腔。廟河震旦管殼定為環(huán)節(jié)動(dòng)物門,疑為多毛綱,隱居目,龍介蟲科。白馬沱管殼直或不規(guī)則彎曲以平行層面、傾斜或垂直層面產(chǎn)出。管體橫切面呈圓形,直徑1.5~5.27mm,管壁厚0.35~1.88mm,有時(shí)管體中心呈空心狀,其內(nèi)徑約1.00~3.01mm。管體外飾光滑,未見環(huán)脊或環(huán)紋,疑為受風(fēng)化所致(丁啟秀等,1993)。陜西寧強(qiáng)高家山后生動(dòng)物群是目前國內(nèi)晚埃迪卡拉世生物群研究最為詳細(xì)的地區(qū)(林世敏等,1986;馬冀等,2008),這一地區(qū)在震旦紀(jì)晚期處于揚(yáng)子板塊西北緣被動(dòng)大陸邊緣。該區(qū)燈影組可分為三個(gè)段,下部為藻白云巖段,中部高家山砂泥巖段,上部碑灣厚層白云巖段。高家山生物群主要產(chǎn)于高家山段粉砂巖、泥巖中,上部碑灣段厚層白云巖僅見滯留沉積型骨骼化石碎屑以及少量較完整骨骼化石個(gè)體。前人對高家山段沉積環(huán)境分析認(rèn)為系水動(dòng)力條件較弱、氣候濕暖適于生物大量繁衍的濱淺海環(huán)境或受控于間歇性風(fēng)暴沉積(馬冀等,2008)。高家山生物群已鑒定出的宏體化石主要有錐管蟲(新屬)、高家山蟲(新屬、模式種)、圓環(huán)高家山蟲(新屬新種)、乃姆比亞類水母(未定種)以及大量的動(dòng)物遺跡化石和宏體藻類化石。錐管蟲(新屬),平行層面產(chǎn)出,體呈錐管形,直或自然彎曲,體表面具向尾端拱起的環(huán)紋或脊。管中空,壁具雙層或多層構(gòu)造,體長3~80mm,前端寬0.3~12mm,尾端鈍圓直徑0.1~4.0mm。橫切面呈扁圓-次圓形。初步定為蠕形動(dòng)物,門、綱、目、科未定;高家山蟲(新屬、模式種)體似蠶狀,直或微彎曲,平行層面產(chǎn)出。管壁由密集圓環(huán)(或皺脊)彼此連接在一起,圓環(huán)寬1~2mm,直徑7~9mm,體長5~6cm。兩端圓環(huán)十分規(guī)則,疑為進(jìn)食腔。初步定為蠕形動(dòng)物,門、綱、目、科未定;乃姆比亞類水母(未定種)為小型盤狀體,微突出于層面,盤形直徑8mm,高1.5mm,邊緣脊寬1.5mm,中央具幾個(gè)小突起(馬冀等,2008)。湘西桃源發(fā)現(xiàn)的后生生物群陳孝紅等稱之為“武陵山生物群”,以大量宏體藻類的產(chǎn)出為特征,初步鑒定出兩種后生動(dòng)物。蠕蟲狀化石Wenshanwaniasimplexgen.etsp.nov.具有一個(gè)膨大的卵狀吻區(qū)和從吻區(qū)伸出的軟管,推測該類生物可能營穴居生活,從吻區(qū)伸出的軟管具有從水/巖結(jié)合面迅速獲取食物的功能。Hunaniaxiangxiensegen.etsp.nov.由一個(gè)明顯膨大成三角形的前部和具環(huán)狀構(gòu)造的柱狀軀體兩部分組成,其生物學(xué)屬性不明,推測為底棲游移的蠕蟲狀動(dòng)物化石(陳孝紅等,1999)?？赡苡捎诨４鏍顩r的因素,對其個(gè)體大小和結(jié)構(gòu)特征也未作深入的描述。從前人的描述可看出,新發(fā)現(xiàn)的管狀宏體化石與湖北峽東燈影組管狀化石以及陜南高家山生物群錐管蟲、高家山蟲等相比,在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上具有一定的相似之處,都呈管狀,大多具平行切面的環(huán)紋,直或自然彎曲。但具有明顯的差異,湖北峽東及陜南地區(qū)后生動(dòng)物群個(gè)體較小,大多呈毫米級,主要生活在淺水碳酸鹽臺(tái)地、濱淺?；蚴芸赜陂g歇性風(fēng)暴流沉積。湖南新化地區(qū)生活在深水陸棚區(qū),個(gè)體達(dá)厘米級,且個(gè)體如此之大的管狀化石實(shí)屬首次發(fā)現(xiàn)。這對于深入研究后生動(dòng)物的生活習(xí)性及生態(tài)學(xué)的研究具有重要的科學(xué)意義;湖北峽東及陜南地區(qū)以及近年來湘西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的后生動(dòng)物群,由于個(gè)體較小,目前對其結(jié)構(gòu)學(xué)的研究顯得不夠細(xì)致和深入,對其在生物分類學(xué)上的位置尚存在著較多的爭議和不確定性。新化地區(qū)結(jié)構(gòu)如此清晰的管狀化石的發(fā)現(xiàn),對于晚埃迪卡拉世后生動(dòng)物結(jié)構(gòu)學(xué)、形態(tài)學(xué)的研究,豐富和完善其在生物分類學(xué)上的位置將提供重要的素材,其結(jié)構(gòu)特征與下部層位產(chǎn)出的水母動(dòng)物也有著重大的區(qū)別(唐烽等,2009a,b,2011;尹崇玉等,2009)。新化地區(qū)這一新的發(fā)現(xiàn)是否是一新的后生動(dòng)物種屬值得深入研究。3震旦紀(jì)內(nèi)生動(dòng)物群與寒武紀(jì)生物群的親緣關(guān)系在中國南方發(fā)現(xiàn)的大量新元古代的后生動(dòng)物化石,對解釋早期生命演化的進(jìn)程具有重要的意義。一般認(rèn)為,生命的起源和演化遵循著由無細(xì)胞核→有細(xì)胞核,由單細(xì)胞→多細(xì)胞,由藻類→動(dòng)物,由簡單→復(fù)雜這一客觀的規(guī)律。但由于其個(gè)體較小,目前對于前寒武紀(jì)生物的研究仍然有著存在許多亟待探索的科學(xué)問題。甕安生物群和廟河生物群以產(chǎn)出大量的宏體藻類為特征,并含可能的后生動(dòng)物和遺跡(王尚彥,1999;王約等,2007),峽東燈影組和高家山生物群在大量產(chǎn)出宏體藻類的同時(shí),產(chǎn)出大量的管狀宏體化石(林世敏等,1986;丁啟秀等1993)。這一特征本身體現(xiàn)了藻類的繁盛為后生動(dòng)物的快速發(fā)展和演化提供食物鏈生態(tài)規(guī)律。但由于這些管狀化石個(gè)體較小,內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清晰,目前對其結(jié)構(gòu)學(xué)的研究不夠細(xì)致和深入,對其在生物分類學(xué)上的位置尚存在著較多的爭議和不確定性。震旦紀(jì)后生動(dòng)物群與寒武紀(jì)生物群之間是否存在親緣關(guān)系?前人對于寒武紀(jì)生物群中未發(fā)現(xiàn)埃迪卡拉動(dòng)物群祖先的論斷是否正確(孫衛(wèi)國,2000)?震旦紀(jì)后生動(dòng)物群的深入研究或?qū)⑹埂昂浼o(jì)生命大爆發(fā)”理論面臨極大的挑戰(zhàn)。新化地區(qū)厘米級管狀宏體化石的發(fā)現(xiàn)或?qū)檠芯慷叩年P(guān)系提供重要的素材。近年來,對于埃迪卡拉生物群特異埋藏和保存方式也是研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。國際上除部分納瑪生物群組合分子產(chǎn)出在碳酸鹽巖中外,絕大部分埃迪卡拉化石都保存在粗碎屑巖中(馬冀等,2008)。陜南高家山生物群保存在濱淺海相粉砂巖中或受間歇性風(fēng)暴流控制,湖北峽東地區(qū)燈影組管狀化石產(chǎn)出在淺水碳酸鹽臺(tái)地環(huán)境。湖南新化地區(qū)管狀化石則產(chǎn)出于深水陸棚環(huán)境,陳孝紅等將湘西地區(qū)生活在深水陸棚環(huán)境的后生生物統(tǒng)稱為“武陵山生物群”但就本次新發(fā)現(xiàn)化石的個(gè)體大小和結(jié)構(gòu)特征而言可能是“武陵