( ⊙ _ ⊙ )
每天一篇全球人文與地理
微信公衆号：地球知識局
NO.2408- 從地底到深海
作者：Phynix
制圖：金槍魚 / 校稿：辜漢膺 / 編輯：金槍魚
【寫在開頭】最近微信推薦機制調整了，可能有些朋友會收不到我們的推送，大家夥兒别忘了給地球知識局加上星标，以免錯過更多精彩！
多少年後，代旭博士一定會回想起在貴陽市龍裏縣山頭上發現龍蝦化石的那天。那本來隻是 2015 年的一次普通野外地質工作，他和導師宋海軍以及團隊成員們來到貴陽市郊的山區裏尋找化石。
化石的尋找本身具有極高的不确定性，能否發現化石、發現的化石是否完整且具有科學意義，全然是未知的。然而出乎所有人意料的是，代博士的這一錘子，錘開了一個塵封上億年之久的海底世界，揭開了生命演化曆程中的又一個奇迹：貴陽生物群。
▼
驚人的恢複速度
按理來說，一塊龍蝦化石倒也沒什麽大驚小怪的，畢竟在距今 2.44 億年前的地層中也發現過大量的龍蝦化石。
但龍蝦隻是一個代表，研究團隊更發現了至少 12 個門類 19 個目的生物，包括了從海綿、貝殼、蝦、菊石到魚的多個營養級的生物化石，構成了一個基本完整的生态系統。
圖中貴陽生物群每一色塊代表一類動物▼
到這裏，似乎還沒有什麽需要大驚小怪的，關鍵是時間。根據研究團隊的年代測試結果，貴陽生物群出現的時間爲距今約 2.51 億年前，而在此 100 萬年之前，剛剛發生了地球生命曆史上規模最大的一次絕滅事件。
地球生命曆史上五次生物大絕滅
二疊紀和三疊紀之交的這次是最嚴重的
（來源：britannica）▼
目前認爲，在距今 2.52 億年前的二疊紀末期，西伯利亞地區曾發生過超大規模的劇烈火山活動，超 200 萬平方公裏的土地被熔岩淹沒。更糟糕的是，由火山活動帶來的天量二氧化碳造成了全球氣溫在短時間内快速上升，部分研究推算，當時的海水溫度很可能因此達到了40 ℃，而現代海洋的海水年均溫是 17 ℃。
火山活動釋放的有毒硫化氫氣體還會溶解于海洋，造成了酸性的水體環境。當時的表層海水和大氣的環境，大概類似于酸湯火鍋上再加個鍋蓋悶一下。
古代海洋環境和今天的大不相同
但卻面臨相似的氣候困境（圖中以三疊紀晚期舉例）
（圖：© Victor OLeshyk）▼
全球超過 80% 的海洋生物都随着這次絕滅事件從地球上永遠消失了。根據原有的化石發現判斷，地球海洋生态系統的全面複蘇直到絕滅 800 萬年後的中三疊世時期才開始，但近十年來的新發現則不斷将這一複蘇的時間提前。
而貴陽生物群的發現則更是将複蘇的時間直接提前了 700 萬年。在以百萬年爲單位紀年的地球科學中，一百萬年相當于在絕滅危機幾乎剛結束時，海洋生态系統就從毀滅性打擊中基本恢複過來了——至少在當時的貴陽這一地區。
龍蝦化石的發現揭開了這次大發現帷幕的一角
（圖：文獻 [ 1 ] ）▼
現代海洋的黎明
貴陽動物群不光是地球生物圈快速複蘇的明證，更代表了現代海洋生态系統早在當時就已經完善。
貴陽生物群以藍綠藻等光合自養生物爲生産者，以海綿、有孔蟲、放射蟲等爲初級消費者，以貝殼（雙殼類）爲中級消費者，以菊石（章魚、烏賊、鹦鹉螺的近親）和蝦、蟹爲初級捕食者，以腔棘魚和輻鳍魚爲頂級捕食者。
結構精巧的放射蟲，在電鏡下有着讓人眼花缭亂的結構
（圖：by Sarah Kachovich / EGU）▼
這樣的一套自下而上的營養金字塔結構已經基本完善，而且這種結構就是現代海洋中的生态結構：大魚吃小魚，小魚吃蝦米。而與鲸和海豚相對應的，是蛇頸龍、魚龍的祖先。它們在大約 300 萬年後才出現，至此完成了現代海洋生态體系的構建。
穩定的生态系統都是一個完整的金字塔形
而這個金字塔的出現比十年前預想的要提前了 700 萬年
（圖：文獻 [ 1 ] ）▼
在大絕滅之前的古生代，海底世界其實是另外一幅場景。初級生産者和初級消費者沒有變化，但中級消費者是一類名叫腕足動物的生物。這種生物看起來和貝殼很像，但它們的兩瓣殼是不對稱的，殼體内也不是肉質鮮美的肌肉組織，而主要是一圈圈纏繞起來的腕螺，用來過濾水中的食物。
可以看到裏面一圈圈纏繞起來的纖毛腕
小嘴貝圖像（攝影：見水印）▼
另一種中級消費者是海百合，是一種看起來像是花的動物。它們和海星、海膽是近親，同屬于棘皮動物。
海百合及海百合化石
（圖：shutterstock）▼
這個時代中級消費者的最大特征就是運動能力差。腕足動物用肉質的莖足把自己固定在海底的岩石上或沙地裏，海百合則用 " 莖 " 末端的管足把自己牢牢抓在礁石上。
即使是一級捕食者，也是以背着重重螺旋形殼的菊石和遊動範圍不算大的小型魚類爲主。雖然在泥盆紀的時候曾經出現過兇猛的鄧氏魚，但也不過是昙花一現。
深海恐懼的充分理由，一口下去獵物隻剩下骨頭渣
（圖：維基百科）▼
這種以底栖固着型和遊動性較弱的生物爲主體的海洋生态系統，屬于古生代海洋演化類群。至少在大絕滅的前夕，整個海底世界的主要成員們，似乎都不太喜歡動彈。
如果食物多到站着不動都吃不過來
" 動起來 " 好像也不是那麽必要
然而現實是殘酷的，不動是不行的。二疊紀末期劇烈的火山活動帶來了表層海水的升溫、酸化和缺氧，造成了環境的顯著惡化。
以往的觀點認爲，由于全球變暖海水升溫，兩極地區的水溫會相對低一些，生命的避難所與複蘇地應該在兩極地區。但貴陽生物群的出現反駁了這一觀點。結合近年來的其他研究，赤道地區雖然表層海水溫度高，但與兩極相比差異不大。而且海水是分層的，深層海水溫度會低一些。
真正關鍵的是海水氧氣含量。赤道地區具有高含氧量的水深要顯著深于兩極地區。這說明，如果處在赤道地區，并向海洋深處移動一些，還是存在避難空間的。
赤道地區絕滅率明顯低于兩極。看得出來，活下來的基本都是 " 會遊泳 " 的，固定不動的基本都絕滅了 ▼
因此，遊動能力相對較強的魚類和善于深潛的菊石很可能遊向了海洋的深處暫做躲避，氧氣不夠的時候，再趁着夜晚水溫低些遊到海平面附近吸點兒氧。
貝殼和蝦蟹雖然不太能遊，但爬得也還算快，或許也找到了一些适合藏身的避難所。但是對于古生代海洋演化類群而言，由于絕大部分遊動能力很弱，它們隻能坐等災難降臨，在逐漸升溫的表層海水中被活活熱死和憋死。
由于水較高的比熱容，溫躍層在大洋表面是很常見的▼
貴陽生物群是生命演化新方向的開拓者與集大成者。
2.51 億年前的貴陽地區尚處于赤道附近，能遊善動的生物們齊聚于此，挨過了二疊紀末的滅世危機。它們積蓄力量，在危機過後的 100 萬年後便橫空出世，證明海洋生态系統仍然堅韌，宣告了一種新的海洋生态系統模式由此誕生，一個嶄新的紀元已經到來。
貴陽生物群複原圖，一群活力十足的家夥
（圖：楊定華繪 [ 1 ] ）▼
二十年的追索
貴陽動物群的發現既是偶然，也是必然。早在其被發現之前，中國的華南地區就已經是探索三疊紀海洋生态系統複蘇進程的重要區域了。
1999 年，在貴州省關嶺縣地區率先報導了海洋生物化石的發現。其中，最爲引人關注的是大量浮遊型海百合以及體長近 5 米的大型魚龍。
關嶺地區的海百合和魚龍的化石
（圖：Hagdor 2015/ © Buernia）▼
關嶺生物群的發現揭開了中國華南海洋生态系統研究的序幕。由于關嶺生物群已經呈現出一個完整海洋生态系統的面貌，畢竟這時的海洋中已經遍布各種體型的魚龍、吃貝殼的楯齒龍、蛇形遊走的海龍。甚至蛇頸龍的祖先——純信龍，也已經出現。
這揭示出關嶺生物群已經抵達海洋生物輻射演化的高峰，此時是距今 2.35 億年前，距離二疊紀末大絕滅，已經過去 1700 萬年了。
關嶺生物群複原圖 [ 5 ] ▼
生命需要花費 1700 萬年的時間恢複到頂峰狀态，那麽，這一進程最早從何時開始？二十年以來，古生物學家們一直在尋找海洋生态系統複蘇的起始時刻，在中國華南開展了深入細緻的工作，并基本理清了這一演化脈絡。
古生物學家的野外踏勘，既考驗專業知識又依賴體力
（圖：壹圖網）▼
這一系列的演化事件被不同的生物群落證實，包括：
①興義動物群
距今約 2.38 億年前（大絕滅後 1400 萬年），發現于貴州省興義市，見證了海洋生态系統由近岸底栖類型向遠洋巡遊類型的轉變。
興義動物群複原圖 [ 5 ] ▼
②盤縣動物群 - 羅平生物群
距今約 2.44 億年前（大絕滅後 800 萬年），發現于貴州省盤州市和雲南省羅平縣，見證了近岸海洋生态系統複蘇及輻射演化的開始。
羅平生物群複原圖 [ 5 ] ▼
③巢湖動物群
距今約 2.48 億年前（大絕滅後 400 萬年），發現于安徽省巢湖市，見證了陸生脊椎動物重返海洋這一關鍵事件，生态位相當于鲸和海豚的海生爬行動物出現。
巢湖動物群的代表，目前已知最早重返海洋的脊椎動物，魚龍的始祖，柔腕短吻龍 [ 6 ] ▼
其中，巢湖動物群的演化事件點，距離大絕滅的結束時間已經非常接近了。畢竟，四百萬年的時間裏，人類已經從連工具都不會用的南方古猿祖先演化到發明出人工智能了。
遺憾的是，或許是由于化石保存條件的原因，巢湖動物群中缺少中級及以下消費者和生産者的證據，因此遲遲難以确切地證明海洋生态系統在這個時期已經開始了複蘇。
貴陽生物群的發現再一次刷新了科學界的認知，地球曆史上最爲嚴重的一次生物大絕滅過後，僅僅一百萬年的時間，海洋生态系統就已經恢複了生機。海洋生态系統竟如此頑強堅韌，生命之力遠沒有我們想象得那般脆弱。
貴陽生物群的物種和生物門類都很高
光是魚類化石，就可以用琳琅滿目來形容 [ 1 ] ▼
貴陽生物群的發現是生命演化曆史認知上的又一次革新。它的發現告訴我們，生命的演化總是充滿了無限的可能，即使經曆最嚴酷的挫折，複蘇的希望也依然存在，并且遠比我們想象得更爲堅強。
但這并不是在說人類可以肆無忌憚的對環境造成破壞而不用擔心對生物圈的破壞。畢竟，每次存活下來的物種，都是在危機之前看起來并不起眼的那些生物；而每次危機絕滅掉的，無一例外都是上一個時代的絕對主宰。
希望人類不會自絕于自己的傲慢
最後：
【快來聊天啦】
我局有一個關于生物和自然的讨論群，歡迎感興趣的朋友們加入！
* 如果你喜歡生物相關知識，可以來【微信公衆号後台私信】，用一兩句話介紹下自己。運營小姐姐會根據情況拉你進群哦 ~
* 進群請務必自我介紹一下，直接回複 " 進群 "" 讀者群 " 之類的字樣不會有機器自動回複，隻會讓後台的小姐姐很生氣≥﹏≤
* 申請人多時請耐心排隊等候回複。隻要系統正常，工作人員就會逐一看到大家所有人的消息哦
上下滑動查看參考資料：
[ 1 ] Da X, Davies J. H. F. L., Yuan Z. W., et al. A Mesozoic fossil lagerst ä tte from 250.8 million years ago shows a modern-type marine ecosystem [ J ] . Science, 2023, 379 ( 6632 ) : 567-572.
[ 2 ] Che Z. Q, Benton. M. J. The timing and pattern of biotic recovery following the end-Permian mass extinction [ J ] . Nature Geoscience, 2012, 5:375-383.
[ 3 ] Penn J L, Deutsch C, Payne J L, et al. Temperature-dependent hypoxia explains biogeography and severity of end-Permian marine mass extinction [ J ] . Science, 2018, 362 ( 6419 ) .
[ 4 ] THE LATE TRIASSIC BLACK SHALES OF THE GUANLING AREA, GUIZHOU PROVINCE, SOUTH ‐ WEST CHINA: A UNIQUE MARINE REPTILE AND PELAGIC CRINOID FOSSIL LAGERSTTTE [ J ] . Palaeontology, 2010, 51 ( 1 ) .
[ 5 ] Benton M, Zhang Q, Hu S, et al. Exceptional vertebrate biotas from the Triassic of China, and the expansion of marine ecosystems after the Permo-Triassic mass extinction [ J ] . Earth-Science Reviews, 2014, 137 ( 3 ) :85-128.
[ 6 ] Motani R, Jiang D Y, Chen G B, et al. A basal ichthyosauriform with a short snout from the Lower Triassic of China [ J ] . Nature, 2015, 517 ( 7535 ) :485-8.
* 本文内容爲作者提供，不代表地球知識局立場
封面：圖蟲創意
END
擴展閱讀
