西准噶尔泥盆纪—石炭纪之交生物事件的遗迹沉积学响应

Trace fossils are faithful records of the behaviour and ecology of organisms. In the last decade, trace fossils have become important tools in reconstructing the environmental background of mass extinction events in Earth’s history. The impact of the Devonian-Carboniferous bioevent (hereafter abbreviated as D-C event) can be compared with the “big five” mass extinction events in the Phanerozoic. However, previous studies of the D-C event largely focused on the passive continental margin or epicontinental settings. Through high-resolution logging and sampling of the well-outcropped D-C transitional strata in western Junggar, this project concentrates on the ichnological response to the D-C event and aims to establish the evolutionary patterns of bioturbational structures and environmental changes in the stratigraphic column. Combined with sedimentological, geochemical and geobiological data, we intend to systematically constrain the environmental factors of the event, such as sea-level changes, benthic redox conditions and the presence or not of eutrophication, and further, to reveal the organism–environment interactions during the critical period. The implementation of the project will help to clarify the development styles and impact of the D-C event in tectonically active regions in the low latitudes of the Northern Hemisphere, and deepen our understanding of the mechanism of the D-C event in different palaeogeographical contexts. The study may provide new insights into the origins of the D-C event, and offer novel perspectives on study of other mass extinction events in Earth’s history.

遗迹化石是生物行为和生态的忠实记录，已成为重建生物灭绝事件特殊环境背景的重要工具。泥盆系—石炭系（D-C）之交生物事件（以下简称D-C事件）的影响规模可与显生宙5次生物大灭绝事件相比拟，前人研究多集中在欧美和华南的被动大陆边缘或陆表海等构造稳定环境。本项目拟通过对西准噶尔出露良好的D-C之交地层的高精度系统测量、描述，大量采集、处理样品，以生物扰动对D-C事件的响应为切入点，构建D-C之交生物扰动演变序列和环境变化序列，并结合沉积学、地球化学和地球生物学等信息综合约束D-C事件前后的海平面变化、底层水氧含量、海水富营养化等环境条件，揭示事件期的生物—环境相互作用过程。该研究有助于查明D-C事件在北半球中低纬度构造活动区的发展过程和影响幅度，加深对D-C事件在不同古地理背景下的形成机理研究，为探索D-C事件成因之谜提供新的思路，并为研究其他地质历史时期的生物灭绝事件提供借鉴。

在生物多样性辐射期，针对生物的实体多样性与行为多样性是如何相互作用和协同演化及其生物学机制方面以往研究较少。海相遗迹化石主要记录了两侧对称动物（特别是无脊椎动物）的运动路径，是研究生物运动行为演化及其神经学基础的重要地质材料。华北板块奥陶纪地层中含有丰富的海相遗迹化石，为解读该问题提供了得天独厚的客观条件。对华北板块西缘奥陶纪4套深海相地层7个研究点遗迹化石的系统报道和分析表明，其中的遗迹化石同比全球具有最高的属级多样性（24）和形态结构多样性（21），其中发育3类形态高度规则和复杂的遗迹化石，反映了奥陶纪深水遗迹化石在行为习性上的复杂化与创新。结合现代生物运动控制研究，对其中一类具有复杂形态的遗迹化石进行了深入的行为学分析，在古生物学与神经科学、行为学的交叉方向进行了有益探索。纵观整个显生宙，三大生物辐射期（埃迪卡拉纪-寒武纪之交、奥陶纪、中生代-新生代大辐射）均伴随着生物行为的重要演化，从埃迪卡拉纪-寒武纪之交两侧对称动物运动行为的初步建立到奥陶纪和中—新生代复杂路径运动行为的两次重要发展，后两者与浮游生物的两次繁盛期相对应。该研究对从实体化石与遗迹化石记录的结合上，全面、系统、深刻地认识生物大辐射的特质和规律，诠释生物多样性、生产力、生态环境与生物行为的相互作用具有重要启示。