热埋藏实验揭示：云南虫化石并未“闯关”成功
在距今约5亿年前的澄江生物群化石中，“云南虫类”一直是个神秘的存在。自1991年首次报道以来，其独特的形态结构特征引发了广泛争议，由于难以与现生动物类群直接对比，其分类位置也长期悬而未决。
近年来，有学者认为，云南虫类化石中保存了脊椎动物特有的细胞级微观构造以及纳米级蛋白微原纤维，进而推断“云南虫类属于脊椎动物干群成员，属于原始脊椎动物。”
云南虫是否真的属于脊椎动物？化石中是否能保存软骨细胞？这些问题成为了国际古生物学界的研究热点。
近日，西北大学地质学系研究员韩健团队联合英国及德国古生物学家，通过设计创新性热埋藏实验对上述观点提出质疑，认为软骨细胞等超微结构历经数亿年地质改造后，仍然以有机质的形式被保存下来的可能性微乎其微，因此不能得出云南虫类是脊椎动物的结论。相关研究论文发表于《英国皇家学会会刊B辑：生物科学》。
云南虫化石。
化石的“闯关游戏”
澄江化石群中的云南虫化石在亿万年的地质变迁中到底经历了什么，是回答上述质疑的关键。论文第一作者、西北大学地质学系博士生何凯悦将这一过程形象地比喻为一场跨越亿年的“闯关游戏”。
云南虫类鳃弓光学照片。
当5亿年前的海洋生物被快速埋藏而死亡后，“游戏”正式开始。很快，动物尸体被微生物分解，随后动物细胞中的各种“水解酶”会在几天内启动破坏程序。虽然澄江化石中许多软躯体化石形态完整，但细胞结构往往在这一阶段早已被破坏。
接着进入早期成岩“关卡”，如果此时生物的软组织或埋藏阶段侥幸残留的细胞外部被披上一层矿物，或者原始物质全部被矿物所替代，就会像穿上“铠甲”般，使细胞结构得以一定程度的保存。“但澄江化石中无机矿物的最小直径为0.6微米到2微米，因此难以保留纳米级别的精细构造。”何凯悦解释道。
随着时间推移，化石埋藏深度逐渐增加，“游戏难度”指数级上升。在后期成岩“关卡”，随着地层温度升高，化石中残留的有机质在转换为碳质膜或干酪根结构，是否能保留软骨细胞及一些超微结构，目前学界尚无定论。
实验揭开“闯关结果”
为此，研究团队在扫描电镜下进行了精确选点和拉曼分析，成功将澄江化石的最大热埋藏温度限定在261°C至306°C之间。
紧接着，通过涉及多组热埋藏实验，团队将多种样本埋入高岭土中，经历不同温度梯度和时间的热处理，以模拟澄江化石所经历的埋藏和热变质过程。除了新鲜脊椎动物的软骨组织，他们还引入了被誉为海洋“活化石”的文昌鱼作为研究样本，使研究结论更具有广泛性。
实验结果显示，当温度在150°C至260°C之间时，软骨细胞消失后残留的软骨陷窝与胶原纤维仍清晰可辨，到了270°C以后才开始逐步瓦解。一旦突破280°C，它们便彻底消失，只留下一种均匀的无细胞结构的碳质膜。不仅如此，即便温度低于280°C，只要加热时间足够长，这些结构依然难逃被破坏的命运。然而，动物的宏观特征在热埋藏实验过程中却保存下来，比如文昌鱼的肌节、鳍等结构。
“在长期成岩作用与数亿年来多次构造运动的复合影响下，云南虫类化石中保存软骨细胞结构的可能性可以说微乎其微。”韩健表示。
云南虫类鳃弓处碳质膜结构的扫描电镜图像。图片均由研究团队提供
化石分类“金标准”
论文合作者、西北大学地质学系教授舒德干进一步指出，由于云南虫类尚未发现脊索及脊椎动物特有的原始脊椎和对眼等头部构造，因此将云南虫类归入脊椎动物的说法目前缺乏证据支持。
“热埋藏实验揭示了一个重要现象，即在一定温度范围内，化石的宏观特征远比微观结构更为稳定。”舒德干认为，在研究寒武纪的化石分类时，“宏观特征比微观特征更加可信”应成为决定生物演化水平以及分类地位的“金标准”。
值得一提的是，这项研究创新性地通过将石油地质学的热模拟实验方法引入到古生物学研究中，探讨了热成岩作用对化石保存的影响。韩健表示，这一交叉学科方法可以为人们深入了解化石的形成历史、生物分类以及演化过程提供新的研究思路和技术支撑。
相关论文信息：https://doi.org/10.1098/rspb.2025.0567
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