奇蝦類是寒武紀(5.41-4.85億年前)引人注目的動物類群,這類原始節肢動物體型巨大,身體構型獨特,具有良好的視力和高超的捕食能力。作為顯生宙海洋生態系統中最早出現的頂級捕食者,奇蝦在「寒武紀大爆發」的相關研究中一直佔據著重要地位。傳統意義上的奇蝦類(anomalocaridids)以奇蝦屬(Anomalocaris)為代表,赫德蝦類(hurdiids)是近年來識別出的另一大奇蝦類群。由三個大板片組成的頭殼複合體是赫德蝦類的典型標誌,具有刀片狀內葉的前附肢和四輻對稱的口器也是這一類群的重要識別特徵。
自2009年布爾吉斯頁巖中的赫德蝦(Hurdia)被識別為奇蝦類的一分子以來,許多新的赫德蝦類化石被陸續發現,也有許多曾被歸為雙瓣殼節肢動物的化石標本被重新解釋為赫德蝦類的頭部板片。目前,赫德蝦類已包含九個屬,均產出於全球寒武紀早期至泥盆紀早期的18個特異埋藏化石群。因此,赫德蝦類在寒武紀生態系統中的重要地位逐漸得以顯露。此外,這類在沉積物或水體中利用特化的前附肢兜取食物、甚至濾食的奇蝦,也大大拓展了對奇蝦分類和生態多樣性的認識。但對於赫德蝦類演化的深入認識仍受到一些客觀條件的制約。寒武紀中期是赫德蝦類形態和生態演化的關鍵時期,了解這一時期不同地理區域之間赫德蝦類的多樣性非常重要。由於赫德蝦類非礦化的身體僅能在特異埋藏化石庫中保存,而寒武紀中期全球特異埋藏化石群主要集中分布在勞倫大陸(Laurentia,今北美大陸的主體),當前對這一時期其他地理區域的赫德蝦類了解甚少。
近期,中國科學院南京地質古生物研究所朱茂炎團隊碩士研究生孫智新、博士曾晗在研究員趙方臣的帶領下,在華北地臺寒武紀特異埋藏化石群的研究中取得系列進展,報導了寒武紀中期赫德蝦類兩屬兩種,分別是線紋心蝦Cordaticaris striatus、鐮狀寒武耙蝦相似種Cambroraster cf. falcatus,其中線紋心蝦是一全新物種。這代表了赫德蝦類在華北地臺的首次發現,表明赫德蝦類在寒武紀中期具有豐富的形態多樣性和廣泛的地理分布。
新屬新種線紋心蝦Cordaticaris striatus產自於山東臨沂寒武系張夏組盤車溝段下部。這是一套局限分布於山東中部的以頁巖為主的巖石地層單位,代表了寒武紀鼓山期的開闊陸棚沉積環境,是尋找布爾吉斯頁巖型特異埋藏化石庫最具潛力的層位。線紋心蝦化石保存完好,幾乎所有身體部分均被發現,其以具有線狀裝飾的心形(黑桃形)頭殼中板(central element)、具有瘤點的口器,以及具有9個刀片狀內葉(endites)的前附肢為典型特徵。這些完整的化石信息擴充了赫德蝦類的形態多樣性,為寒武紀中期赫德蝦類的演化提供了來自勞倫古陸之外的重要信息,佐證了寒武紀中期的赫德蝦類具有廣泛的形態和生態分異,擴展了赫德蝦類的生物地理分布。精美的標本也展示了華北地臺特異埋藏化石庫的保存能力。
寒武耙蝦相似種Cambroraster cf. falcatus產自山東濰坊地區寒武系饅頭組上頁巖段地層中。該物種是2019年剛剛在布爾吉斯頁巖被系統描述的赫德蝦類,以橫寬的馬蹄形頭殼中板和具有耙狀內葉的前附肢為特徵。山東標本的形態特徵和時代與布爾吉斯頁巖寒武耙蝦的模式種鐮狀寒武耙蝦C. falcatus幾乎相同,證明此屬具有較強的地理擴散能力。此外,該研究團隊近期在山東的寒武耙蝦產出層位也發現了此前只有北美特有的西德尼蟲Sidneyia cf. inexpectans,為這一時期生物古地理研究提供了素材。
相關成果發表在《三古》和《古生物學雜誌》上。研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金和現代古生物學和地層學國家重點實驗室項目共同資助。
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線紋心蝦Cordaticaris striatus頭殼、口器標本和赫德蝦類的時空分布圖
線紋心蝦Cordaticaris striatus藝術復原圖(Joschua Knüppe繪畫)
來自華北寒武紀中期饅頭組頂部的寒武耙蝦Cambroraster標本和復原模型背視和腹視效果