大峡谷一项突破性的化石发现揭示了寒武纪时期保存精美的软躯体动物，为了解5亿多年前的早期生命提供了前所未有的视角。研究人员发现了软体动物、甲壳类动物以及具有奇特摄食适应特征的奇异蠕虫，这些生物保存在富含营养物质的"金发姑娘地带"，该环境推动了进化实验的蓬勃开展。这一发现不仅揭示了寒武纪生态系统的复杂性，还在古代生物创新与现代经济冒险之间建立了引人入胜的相似之处。
这一在大峡谷地区首次发现的丰富化石，包括了微小的刮食岩石的软体动物、滤食性甲壳类动物、拥有尖刺牙齿的蠕虫，甚至还有它们可能吃过的食物碎片。
通过溶解这些动物赖以化石化的岩石，并在高倍显微镜下进行观察，由剑桥大学领导的研究团队得以描绘出地球生命演化史上一个独特时期的高度详细图景。
这些化石动物的年代可追溯到5.07亿至5.02亿年前，这一时期被称为寒武纪生命大爆发，大多数主要动物群体首次出现在化石记录中。
在这一时期的某些地区，富含营养的水域推动了一场进化军备竞赛，动物们进化出各种奇特的适应性特征以用于觅食、移动或繁殖。
寒武纪的大多数动物化石都是硬壳生物，但在全球少数几个地方，例如加拿大的伯吉斯页岩组和中国的帽天山页岩组，其条件使得软体部位能在腐烂前得以保存。
然而，到目前为止，人们所了解的无骨骼寒武纪动物化石，大多来自缺氧和资源贫乏的环境，而这种环境不太可能催生塑造早期动物进化的那些最复杂的创新。
如今，大峡谷揭示了首个来自进化"金发姑娘带"的寒武纪软躯体或非矿化化石，这个区域曾为早期动物的加速进化提供了丰富的资源。研究结果发表在《科学进展》期刊上。
"这些稀有化石让我们更全面地了解了寒武纪时期的生命面貌，"第一作者、剑桥大学地球科学系的博士生乔瓦尼·穆西尼说。"通过将这些化石与它们在大峡谷各处发现的挖掘、行走和进食痕迹结合起来，我们得以还原出一个完整的古代生态系统。"
穆西尼和他的美国同事在2023年沿着科罗拉多河进行的一次探险中发现了这些化石。科罗拉多河在五百万到六百万年前开始切割出如今位于亚利桑那州的大峡谷。
"令人惊讶的是，我们之前在大峡谷并没有发现太多这种类型的寒武纪化石记录——有过三叶虫和生物矿化碎片之类的发现，但软躯体生物的发现不多，"穆西尼说。"但是大峡谷的地质结构包含大量细粒且易裂开的泥岩，这向我们暗示，这里可能正是我们能够找到这类化石的地方。"
研究人员收集了几个岩石样本并带回剑桥。这些拳头大小的岩石首先被溶解在氢氟酸溶液中，然后沉淀物通过多个筛网，释放出其中成千上万的微小化石。没有一只动物被完整保存下来，但许多可识别的结构帮助研究人员确定了这些动物所属的类群。
对化石的进一步检查揭示了寒武纪动物为捕获和进食而进化出的一些最复杂的方式。"这些在当时是尖端'技术'，将多个解剖部分整合成高效的摄食系统，"穆西尼说。
这些化石中许多是甲壳类动物，可能属于包括丰年虾在内的类群，其特征是它们的臼齿。这些微小的生物嘴巴周围有带毛发状延伸结构的三角形凹槽，它们用有毛的附肢像传送带一样扫入经过的食物颗粒。然后它们牙齿上的微小凹槽可以磨碎食物。化石细节非常清晰，以至于在甲壳类动物的嘴附近可以看到几个类似浮游生物的颗粒。
大峡谷寒武纪的其他具有现代形态的动物包括类似蛞蝓的软体动物。这些动物已经拥有与现代花园蜗牛相差无几的齿带或齿链，这可能帮助它们从岩石上刮食藻类或细菌。
研究人员识别出的最不寻常的生物是一种新的曳鳃动物（也称为阴茎虫或仙人掌虫）物种，它们在寒武纪广泛分布，但如今几乎灭绝。这种大峡谷曳鳃动物有数百个复杂的分支状牙齿，帮助它将食物颗粒扫入其可伸展的嘴巴。由于化石的大小及其奇特的行列状牙齿，研究人员根据《星球大战》宇宙中的虚构生物克雷特龙，将这个新动物命名为Kraytdraco spectatus。
"从这些化石中我们可以看到，寒武纪动物有多种处理食物的摄食方式，有些在现代有对应的类型，有些则更为奇特，"穆西尼说。
在寒武纪，大峡谷比现在更靠近赤道，其条件非常适合支持广泛的生物生存。富含氧气的海水深度既不太深也不太浅，使得最大化获取营养和氧气与减少海浪破坏及太阳紫外线辐射之间达到了平衡。
这种最佳环境使其成为进化实验的理想场所。由于食物丰富，动物们能够承担更多的进化风险以在竞争中保持领先，从而加速了整体的进化步伐，并推动了至今仍在塑造现代生物圈的生态创新的组合。
"动物需要通过复杂、成本高昂的创新来在竞争中保持领先，而环境允许它们这样做，"穆西尼说。"在资源匮乏的环境中，动物无法承受这种生理上的投入。这与经济学有某些相似之处：在富足时期投资并承担风险；在稀缺时期储蓄并保守。我们可以从5亿年前在海底挖洞的微小动物身上学到很多东西。"
这项研究部分得到了美国国家科学基金会以及英国自然环境研究理事会（NERC，隶属于英国研究与创新署UKRI）的资助。乔瓦尼·穆西尼是剑桥大学麦格达伦学院的评议会研究员。