在生命演化的长河中，谁是地球最早的“生态系统工程师”？它们如何完成了对地球环境的第一次“改造”？

近日，中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称 “南京古生物所”）早期生命研究团队的一项研究，将答案指向了5.5亿年前一批微小的“挖掘工”。

它们在海底沉积物中开凿出复杂的三维通道，不仅改变了海底结构，更点燃了寒武纪生命大爆发的导火索。

相关成果10月30日发表于《科学进展》。

“时间胶囊”中的“施工日志”

湖北宜昌的三峡地区，有一处名为“石板滩生物群”的化石宝库，被科研人员视为完美的“时间胶囊”。它形成于约5.5亿至5.43亿年前，正处于埃迪卡拉纪向寒武纪过渡的关键时期。这里不仅保存了形态奇特的埃迪卡拉生物实体化石，更留下了大量动物行为的“日志”——遗迹化石。

南京古生物所研究员陈哲与博士生刘雅榕系统研究了这些遗迹，识别出多种复杂的三维潜穴系统——包括“之”字型走向的锯形迹（Treptichnus）、具有复合结构的多山迹（Lamonte），以及形态独特的蝌蚪状潜穴。他们还建立了锯形迹属的一个新种旋脊锯形迹（Treptichnus streptosus）。

共存多种类型的复杂的三维潜穴：锯形迹、多山迹和蝌蚪状遗迹等。课题组供图

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“潜穴，不再是动物在海底表面的简单爬迹，而是向沉积物深处开拓的立体工程。”陈哲告诉《中国科学报》，它们标志着，动物行为从“二维绘画”向“三维施工”的根本性跃迁。

从“静默海底”到“生态革命”

在埃迪卡拉纪的海洋中，海底大多被坚韧的微生物席覆盖，叶状体、圆盘状生物固着其上，世界安静而稳定。然而，随着一批具备掘穴能力的动物出现，这一切被彻底打破。

锯形迹被视为动物首次向沉积物内部进行“三维探索”的标志。这种类型遗迹的出现，是定义寒武纪开始的标志之一。

而石板滩的发现，将这一革命性行为的出现时间大幅提前至约5.5亿年前。

更关键的是，这些“挖掘工”不仅是探索者，更是“破坏者”与“重建者”。

多山迹等潜穴系统在海底形成密集的生物扰动，不仅破坏了海底由微生物和微生物分泌物共同构成的席状群落，也就是微生物席，也瓦解了依赖这层微生物席生存的埃迪卡拉型生物的生态环境。

作者的研究显示，在石板滩地层中，随着潜穴密集出现，典型的埃迪卡拉化石明显减少。“这种‘此消彼长’的关系，揭示了这些早期动物如何通过行为改变，逐步动摇了旧世界的生态根基。”陈哲表示。

行为创新催生寒武纪生命大爆发

这场由“小虫”引发的“底质革命”，并不是一次孤立的生态事件，而是一场持续数百万年的系统性变革。

陈哲等人提出，三维潜穴行为在约5.5亿年前的出现与多样化，对埃迪卡拉生物造成了三重毁灭性打击。

第一重，拆毁“地基”： 它们直接破坏了覆盖海底的、坚韧的微生物席。这等于拆毁了埃迪卡拉纪生物赖以附着和生存的“家园”。

第二重，改变“风水”： 它们的挖掘像在给海底“松土”，增强了沉积物内部水体与海水的交换，从而改变了海底的化学环境，影响了氧气和营养物质的循环和分布。

第三重，引发“竞争”： 它们与固着不动的埃迪卡拉生物竞争生存空间和资源。

这些效应叠加，很可能促成了约5.5亿年前埃迪卡拉生物的第一次大灭绝。而在寒武纪来临之际，环境剧变与生态竞争的加剧，最终导致旧生物群的彻底退出。

与此同时，被扰动、松软而层次分明的混合底质，也为需要藏匿、觅食和建造庇护所的新生动物——如节肢动物、鳃曳动物等——创造了全新的生态位。正是这些“被准备好的舞台”，为寒武纪大爆发的到来铺平了道路。

“可见寒武纪大爆发并非无源之水。它的源头，可以追溯到5.5亿年前，第一批向沉积物深处掘进的微小动物。”陈哲叹道，“它们用身体和行为，完成了地球历史上第一次由生命主导的环境改造，开启了从‘静默世界’到‘生命沸腾’的壮丽序章。”

相关论文信息： https://doi.org/10.1126/sciadv.adx9449