小壳化石是一类个体微小、形态多样，包括多门类生物类群生物化石的统称。它们于5亿年前寒武纪大爆发时期出现，被视为地球历史上最早的动物骨骼记录。近日，西北大学张志飞教授团队联合国内外研究人员成功破解了小壳化石的保存、矿化之谜，并将相关研究成果发表在《地质学》学术期刊上。

8月4日，围绕小壳化石的保存与矿化奥秘，记者采访了西北大学地质学教授张志飞、西北大学地质学系博士生胡亚洲。

记者：研究小壳化石的目的是什么？

张志飞：小壳化石是在寒武纪大爆发时期出现的，这个时间节点非常特殊。寒武纪大爆发是地球生命史上的一次“动物物种大爆炸”。在这约3000万年里，几乎所有现代动物的祖先都出现了。因此，现代地球上许多动物的祖先，在小壳化石中都能找到相应记录。研究小壳化石，能够帮助我们了解地球上现生动物骨骼的起源和演化过程。

记者：哪些小壳化石类型得到了你们的特别关注？

张志飞：我们课题组从2009年开始针对小壳化石开展研究，前期以腕足动物为研究主线，针对的主要是舌形贝类腕足动物。我们现在吃的海豆芽就是他们5亿年后的“亲戚”。目前，我们关注的小壳化石的门类更为广泛，包括软体动物类化石、节肢动物类化石，还有一些很难确定门类归属的疑难化石，比如开腔骨类化石。

记者：开腔骨是一种什么动物？

张志飞：开腔骨从外观看和现在的一些海绵动物比较相似，体表往往有很多星射状的骨片。这是一种早已灭绝的动物。它们的化石记录目前只局限在5亿年前的寒武纪。开腔骨类化石在全球广布。自1920年被发现以来，它们的骨片在全世界的寒武纪小壳化石群中都能找到。

记者：你们是如何破解5亿年前的化石保存之谜的？

胡亚洲：在学术界，科研人员曾经认为小壳化石只能以磷酸盐化的形式在磷质碳酸盐岩和磷块岩中完整保存。我们推翻了这个观点。我们联合国内外研究人员，利用微区X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜等精密仪器，对在河南、江苏、山东等地采集到的小壳化石开展了综合性研究。我们惊喜地发现，小壳化石还能通过转化为白云石矿物、海绿石矿物、黏土级碎屑矿物等形式保存下来。

通过这些成岩作用保存下来的小壳化石很有特色。比如，黏土级碎屑矿物往往有利于非矿化骨骼结构的保存，能保留类似动物皮肤的有机质结构。这在磷质碳酸盐岩与磷块岩中较为罕见。

记者：这项研究有什么重大意义？

张志飞：本次研究证实了小壳化石还有白云石化、海绿石化等多种保存方式。这也是5亿年前的化石得以保存至今的奥秘。

这项研究为寻找和解读早期生命化石提供了全新视角，证明了即使在缺乏磷酸盐的条件下，地球依然通过精妙的矿物转化保存了生命演化的多样证据，极大地推动了对动物骨骼矿化机制及早期演化历程的研究，为人类的牙齿、骨骼，扇贝、生蚝、海豆芽等贝壳的矿化骨骼如何形成提供了重要参考。同时，这些在古老化石中发现的生物骨骼结构，也能为动物仿生学、材料学的发展研究提供新思路。

记者：你们在研究中遇到了哪些困难？

胡亚洲：采集样品、找到符合要求的样品剖面、从采集的样品中得到化石等工作，让我们花费了很大精力。

就像《阿甘正传》中的台词那样，生活就像一盒巧克力，你永远不知道下一颗是什么味道。我们也没有办法从一开始就知道哪些岩石中有化石，只能一次次进行实验。

这项工作持续了7年。其间，我们经历了漫长的酸解实验，几乎没有发现任何化石。我们也萌生过想要放弃的念头，但最后还是坚持了下来。

记者：下一步，你们还打算破解化石的哪些未解之谜？

张志飞：我们在早期生命矿化骨骼的形成上还有很多课题。后续，我们将对更多化石，比如开腔骨类化石等开展深入研究，对比研究不同门类矿化骨骼在同一沉积环境中的保存差异、同一门类矿化骨骼在不同沉积环境中的保存差异等，以此探索不同门类化石保存与沉积环境间的关系。

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