大峡谷一项突破性化石发现揭示了寒武纪时期保存完好的软体动物，为研究5亿多年前的早期生命提供了前所未有的窗口。研究人员在营养丰富的"恰到好处地带"发现了软体动物、甲壳类动物及具有显著摄食适应性特征的外来蠕虫，该环境为演化创新提供了理想条件。这一发现不仅揭示了寒武纪生态系统的复杂性，更揭示出古代生物创新机制与现代经济风险承担行为之间存在耐人寻味的相似性。
这次丰富的化石发现——大峡谷地区的首次此类发现——包括微小的刮食岩石的软体动物、滤食性甲壳动物、具尖齿的蠕虫，甚至可能是它们所吃食物的碎片。
通过溶解这些动物在其中形成化石的岩石并在高倍显微镜下检查，剑桥大学领导的研究人员得以详细描绘地球生命演化史上一个独特时期的图景。
这些化石动物可追溯至5.07亿至5.02亿年前，处于被称为"寒武纪大爆发"的快速演化发展时期，当时大多数主要动物类群首次出现在化石记录中。
在此期间，某些区域的富营养水体推动了一场演化军备竞赛，动物演化出多种多样的奇异适应性特征，用于摄食、运动或繁殖。
寒武纪的大多数动物化石属于硬壳生物，但在全球少数地点（如加拿大的伯吉斯页岩层和中国的帽天山页岩），特殊条件使得柔软身体部位能在腐烂前得以保存。
然而，迄今为止，已知的非骨骼化寒武纪动物化石主要来自氧气和资源匮乏的环境，不太可能催生塑造早期动物演化的最复杂创新。
如今，大峡谷首次揭示了来自演化"金发姑娘区域"的软体（或非矿化）寒武纪化石，该区域本可为早期动物加速演化提供丰富资源。研究结果发表在《科学进展》Science Advances期刊上。
"这些稀有化石让我们更全面地了解寒武纪时期的生活面貌，"第一作者、剑桥大学地球科学系博士生乔瓦尼·穆西尼表示，"通过将这些化石与大峡谷各处发现的洞穴、爬行和摄食痕迹相结合，我们得以拼凑出整个古代生态系统。"
穆西尼与美国同事在2023年沿科罗拉多河考察期间定位了这些化石，该河流于五至六百万年前开始在如今的亚利桑那州切割形成大峡谷。
"令人惊讶的是，此前我们在大峡谷基本没有此类寒武纪化石记录——曾发现过三叶虫和生物矿化碎片等，但软体生物化石甚少，"穆西尼说，"但大峡谷的地质构造富含细粒且易剥离的泥岩，这向我们暗示此地可能正是发现此类化石的理想场所。"
研究人员采集了若干岩石样本带回剑桥。拳头大小的岩石先在氢氟酸溶液中溶解，沉积物经多层筛网过滤后释放出数千个微型化石。虽然动物化石未完整保存，但许多可辨识结构帮助研究人员确定了动物所属类群。
进一步化石检验揭示了寒武纪动物为捕食演化出的部分最复杂方式。"这些是当时的尖端'技术'，将多个解剖部位整合为高效摄食系统，"穆西尼解释道。
其中许多甲壳动物化石可能属于包含丰年虫的类群，可通过其臼齿状牙齿辨识。这些微小生物口部周围的三角形沟槽上长有毛发状延伸结构，并用其多毛附肢像传送带般扫集经过的食物颗粒。牙齿上的微小沟槽可随后磨碎食物。化石细节精细到能在甲壳动物口部附近观察到数个浮游生物状颗粒。
来自大峡谷寒武纪地层、具有现代特征的动物还包括蛞蝓状软体动物。这些动物已具备与现代花园蜗牛相似的齿带或齿链，可能用于刮食岩石上的藻类或细菌。
研究人员鉴定出的最奇特生物是新种环蠕虫（阴茎虫或仙人掌虫），其在寒武纪广泛分布但如今几近灭绝。大峡谷环蠕虫拥有数百颗复杂分叉的牙齿，能帮助它将食物颗粒扫入可伸缩的口中。基于化石尺寸及奇特的齿列排列，研究人员以《星球大战》宇宙中的虚构生物"克雷特龙"（krayt dragon）为此新物种命名为克雷特龙环蠕虫（Kraytdraco spectatus）。
"从这些化石可见，寒武纪动物拥有多样化的摄食方式来处理食物，有些与现代生物类似，有些则更为奇特，"穆西尼表示。
寒武纪时期，大峡谷比现今更靠近赤道，其环境条件完美支持了多样化生命。富氧水域深度适中（既不太深也不太浅），在最大化营养/氧气获取与减少波浪破坏及太阳紫外线辐射暴露之间达到平衡。
这种最佳环境使其成为演化实验的理想场所。由于食物充足，动物能承担更多演化风险以保持竞争优势，从而加速整体演化进程，并推动至今仍塑造现代生物圈的生态创新组合。
"动物需要通过复杂且高成本的创新来保持竞争优势，而当时的环境允许它们这样做，"穆西尼指出，"在资源更匮乏的环境中，动物无法负担此类生理投入。这与经济学有相似之处：丰裕时投资冒险；稀缺时节约保守。这些五亿年前在海床掘穴的微小动物能教给我们许多东西。"
本研究部分获得了美国国家科学基金会和英国自然环境研究理事会（NERC，英国研究与创新署UKRI成员机构）的支持。乔瓦尼·穆西尼是剑桥大学莫德林学院客座研究员。