一枚僅數毫米的微體化石，打破國際學界持續數十年的演化謎題。長安大學郭俊鋒團隊在陝南鎮巴的群山之間，尋獲全球最早具備完整體管結構的頭足動物——陝西始角石，把頭足動物實證起源向前推進約3000萬年。
從2005年未竟的地質填圖遺憾，到數年野外採樣、實驗室千萬次篩選，再到跨國學術辯論、三輪《Nature》審稿，這場屬於中國古生物學者的科研突圍背後，既是基礎科學的漫長堅守，也擺出一道現實考題：坐擁世界級寒武紀化石寶庫，如何平衡科研保護、科普傳播與地方發展？
群山之下的遺憾：不被看好的造山帶，藏著遠古海洋密碼
秦巴山地層巒疊嶂，今天的鎮巴群山，在5.2億年前曾是一片遼闊的遠古海洋。無數微小軟體動物埋藏在海底沉積物中，經過磷酸鹽化的特殊埋藏作用，保留下生命的痕跡。滄海桑田，板塊碰撞抬升，那些封存著遠古秘密的岩石露頭，靜靜暴露在山野崖壁之上。
很長一段時間，鎮巴並不被視作古生物科考的理想之地。這裏地處華南板塊與秦嶺造山帶的構造交界，逆沖推覆構造交錯，地層被擠壓、堆疊、錯位。在傳統地質認知中，造山帶複雜破碎的地層，很難開展精細古生物演化對比工作。
2005年，長安大學裴先治教授團隊在此完成1：5萬地質填圖，系統厘清了複雜的地層序列，為後續研究搭起了“導航圖”。彼時正在攻讀博士的郭俊鋒，遺憾錯過這次野外工作。這份遺憾，一等便是十餘年。
2022年，裴先治與郭俊鋒敲定跨學科聯合科考計畫，集結構造地質、古生物、古地磁、沉積學等多方向研究人員，重啟鎮巴野外踏勘。團隊有三重目標：打通湖北宜昌與陝西鎮巴兩地寒武紀早期地層演化鏈條，彌補當年未能參與填圖的遺憾，促成多學科交叉碰撞。彼時，團隊最初的科研預期只是尋找5.4至5.2億年前小殼化石演化線索，並沒有預料到，一次世界級的重大發現正在岩石之中靜靜等待。
2022年裴先治教授（中）在漢中鎮巴進行野外工作指導
野外的半個月，科研人員穿行在鎮巴山間，重點觀測寒武系水井沱組下部瘤狀含磷岩層。肉眼望去，這部分岩層有著密密麻麻、難以分辨的細小碎屑。依靠放大鏡，學生識別出這是生物殼體化石碎屑富集層。按照古生物野外採樣規範，團隊大規模採集岩石樣品運回實驗室。2022至2023兩年間，郭俊鋒教授、宋祖晨博士帶領團隊成員累計採集近八噸岩石樣品，實驗室待處理標本總量接近二十噸。
大山之中採集回來的岩石，僅僅是故事的開端，真正的考驗發生在實驗室裏。
沙裏淘金：
一粒碎石裏，跳出顛覆教科書的古老物種
微體化石的處理堪比“沙裏淘金”。團隊用醋酸溶蝕圍岩後，在顯微鏡下用細針從海量殘渣中一粒粒分揀化石。數噸岩石，最終只得小小一堆，工作量遠超礦物淘金。
郭俊鋒團隊會議合影（左三宋祖晨，左四郭俊鋒）
2022年下半年，實驗室分揀工作啟動。最開始，這批管狀化石被簡單歸入小殼化石裏常見的軟舌螺動物—桶螺，沒有引起足夠重視。直到一次偶然，郭俊鋒擊碎一枚管狀標本，標本內部三維保存的分節體管、隔壁構造完整暴露出來。
那一刻，一個顛覆性猜想浮現在團隊面前：這會不會是原始頭足動物的化石？
團隊內部爆發激烈爭論。傳統教科書認為，頭足動物的體管是隔壁開孔後，依靠隔壁頸、連接環發育形成。但眼前這枚化石是封閉分節的原始體管，沒有發育傳統認知的隔壁頸與連接環，現有理論無法解釋。反復比對、CT掃描、電鏡成像，經過大量標本驗證，團隊提出全新假說：最原始的頭足動物體管，由動物外套膜皺縮延伸，配合隔壁共同形成；隔壁孔、隔壁頸、連接環，是後期演化才出現的結構。
為了標記這一產自陝西的古老物種，新屬種被命名為“陝西始角石”（Eoceras shaanxiense），“始”字寓意其原始、早期的演化地位。
在此之前，全球公認最早的頭足動物化石是4.9億年前寒武紀晚期的寒武短棒角石。但分子鐘推演提示，頭足動物應在寒武紀早期就已分化，二者之間橫亙著長達3000萬年的演化鴻溝。學界為此爭論多年，單板類起源、太陽女神螺類起源、軟舌螺類起源，多種假說各執一詞，卻始終缺少直接化石證據。
陝西始角石的出現，把頭足動物的實證起源直接推到5.2億年前，填平了這道巨大的時間缺口。
跨越山海的學術交鋒：
用化石實物叩開《Nature》大門
新的科學假說，想要獲得國際學界認可，遠不是拿到一塊化石就可以完成。單一團隊的視角存在局限，頭足動物演化涉及軟體動物解剖、系統演化等諸多細分方向。
確定好整體研究框架後，團隊決定由剛畢業的宋祖晨博士主筆文章撰寫，並搭建國際協作網絡，國內聯動西北大學、中科院南京地質古生物研究所，海外邀請英國布裏斯托大學、美國漢諾威大學專家參與研究。團隊嚴守科研優先權，先完成完整內部文稿，再對接國外合作者，避免原創觀點外流。
2023年11月宋祖晨博士正式啟動論文撰寫，整合CT掃描、電鏡、地層年代全部數據，論文寫作過程中國內合作者經歷了數次“面紅耳赤”的討論，最終意見統一，於2025年2月完成初稿。之後，跨國論證的道路遠比想像漫長。外籍合作者初期並未充分意識到化石的里程碑意義，針對體管起源、生物古生態等核心問題提出大量質疑。將近一年時間，中外學者持續辯論，團隊不斷補充標本影像、三維重建證據，用化石實物回應每一項疑問。最終，海外合作者完全接納“外套膜皺縮形成原始體管”的演化假說。
2023年郭俊鋒（中）指導學生進行掃描電鏡化石拍照
“學術研究正是在質疑和不同思想的碰撞中向前推進的。質疑不是科研阻礙，是促進；化石標本實證，才是直面質疑的底氣。”郭俊鋒這樣總結這段跨國交鋒。
2026年2月稿件投遞《Nature》，僅兩天便獲送審。四位審稿人均給出高度正面評價，一位審稿人直接將其定義為頭足類演化領域的里程碑成果，同時提出關鍵修改意見：必須依據獨特的內部結構確立新屬新種，不能簡單歸為舊的桶螺類。團隊在四周時限內完成修訂，正式確立陝西始角石這一新物種。隨後二、三輪評審，團隊補充大量電鏡、顯微CT原始影像，逐條回應關於體管發育、古生態復原的細節疑問。
三輪修改後，稿件迎來原則接收通知。所有原始標本影像、野外剖面記錄完整歸檔留存，恪守“所見即所得”，不虛構生物結構，不誇大演化意義，全部遵循國際學術規範。
2022年郭俊鋒教授（持鐵錘者）與宋祖晨博士（右一）、博士生彭佳欣在陝南進行野外採樣
2026年7月29日，這篇長文正式線上發表。長安大學作為第一完成單位，向世界公佈來自陝南鎮巴的重大發現。
《Nature》審稿人、美國邁阿密大學David Peterman教授評價：該項研究具有前沿性和引領性，將頭足動物的首次出現前推了大約3000萬年。《Nature》資深編輯Henry Gee博士評價：來自中國寒武紀早期的始角石，撥開了頭足動物起源的迷霧。該成果得到國家自然科學基金、國家重點研發計畫和大陸演化與早期生命國家重點實驗室開放基金聯合資助。
今天的章魚、烏賊、鸚鵡螺，這些海洋中智商出眾的頭足動物，它們遙遠祖先就是“陝西始角石”。和大眾印象中體型巨大的角石不同，這位祖先只有毫米級別，原始體管調節浮力能力有限，只能在海底表層緩慢遊移，尚不具備後世頭足類遠洋馳騁的本領。它記錄了軟體動物向頭足動物分化最開始的那一步，是寒武紀生命大爆發中綱一級生物門類分化的關鍵實證。
這也提示全球古生物研究者，面對大量外形相似的小殼管狀化石，不能只看外殼形態，要著力挖掘內部微細保存結構，才能厘清遠古生物真實的譜系歸屬。
億年化石的現實考題：
科研保護與地方發展何以共生
長安大學裴先治教授關注陝南地質地貌和古化石研究多年。他在採訪中強調，陝南已成為全球寒武紀早期生命研究不可忽視的高地。西北大學、長安大學近年在此屢獲突破，漢中地區至今產出五篇《Nature》論文：鎮巴兩篇、西鄉兩篇、寧強一篇，另有《Geology》等多篇地學頂刊成果。高家山生物群、寬川鋪生物群，加上本次鎮巴寒武系第三階化石群落，三套核心古生物群在此完整保存。
從舒德幹院士到裴先治教授，再到如今的郭俊鋒團隊，學術薪火在這裏代代相傳。短短數年密集產出重磅成果，預示陝南即將成為全球早期生命演化、構造地質、葉岩油氣交叉研究的熱點區域。
但榮光背後，現實的困境同樣擺在秦巴山區面前。鎮巴產出的寒武紀化石大多是米粒大小的微體化石，肉眼難以識別。我國《古生物化石保護條例》對大型脊椎動物化石有清晰管控標準，但這類微米、毫米級小殼化石的保護細則尚不完善。劃定化石保護點需要約束礦產開採、工程建設，而微體化石很難直接轉化為經濟收益。地方發展訴求與化石保護之間形成天然矛盾。這並非孤例，貴州甕安生物群也曾因與磷礦開發重疊而面臨同樣難題，依靠院士團隊長期呼籲才推動基礎保護落地。
英方發佈化石圖片
科普是另一重現實門檻。恐龍骨架體型宏大，直觀震撼，容易走進大眾視野。而寒武紀微體化石必須借助顯微鏡、3D列印放大之後，普通人才能看清內部構造，展示門檻高。陝西是古生物資源大省，但針對陝南寒武紀化石的系統性科普內容稀缺，部分地質文化村、小型展館受制於資金與展示條件，傳播影響力有限。世界級科研成果，尚未完全轉化為大眾能夠讀懂的公共文化財富。
“高水準學術論文是面向學界解決科學問題，科普則是面對社會大眾應當承擔的責任。科研人員應成為前沿科學和公眾認知之間的橋樑。”郭俊鋒如此看待科研人員的社會責任。
手握陝西始角石這張世界級古生物名片，鎮巴該向何處去？5.2億年前這裏是遠古海洋，板塊抬升造就秦巴山地；巴人在此繁衍生息，留下民俗文脈；川陝革命根據地紅色火種紮根群山。地質生命檔案、人文歷史、紅色記憶，本可交織成獨一無二的地域標識。
科研團隊給出了清晰路徑：建設寒武紀專題科普館，打造分層科普步道，區分大眾科普與專業科研考察路線；開發科普繪本、紀錄片；設計“展廳學習—山地徒步—仿真化石挖掘體驗—巴文化民俗體驗”的青少年研學線路。同時參照國家古生物化石集中產地管控標準實施分區管理：核心化石露頭嚴格保護，周邊開展生態修復，文旅開發區域與化石核心保護區物理隔離，避免開發破壞珍貴地層剖面，實現保護優先前提下的文旅融合發展。
陝西始角石系統發育位置及生態復原圖。
2025年，依託陝西省礦產地質調查中心專項經費，長安大學聯合西北大學已完成“陝南埃迪卡拉紀—寒武紀轉換時期重要化石群調查研究”專題成果報告，系統梳理了陝南化石資源家底，為保護規劃提供基礎支撐。下一步團隊將把科考範圍拓展至安康紫陽等區域，開展更大範圍踏勘；同時持續申報國家自然科學基金等專案，保障野外採樣、實驗室處理、剖面研究持續推進。對外，搭建國際聯合科考平臺；對內，培育西部本土古生物青年梯隊，吸引更多年輕人投身基礎地質研究。
基礎古生物、地層學屬於冷門學科，不少理工科青年更傾向熱門應用學科，願意沉下心跑野外、處理海量標本的年輕人並不多。常年翻山越嶺，山路艱險，常年面對沒有突破的平淡週期，還要耐得住實驗室枯燥重複的篩選工作。郭俊鋒對有志投身地球科學的青年學子說：“首先要有濃厚興趣；其次要接受野外工作的辛苦；最後這門學科需要大量知識積累，要坐得住冷板凳，沉下心做研究。”
陝西始角石殼體形態與內部解剖結構
鎮巴山間，還有二十噸岩石標本靜靜等待著解讀。陝西始角石只是一扇窗口，它背後是地球留給人類的“深時檔案”，記錄著生命與環境的協同演化。這些數億年前的地質記錄並非遙遠的故事，而是理解生命與環境協同演化規律、為當代宜居地球研究提供地質歷史參照的寶貴素材，是國家基礎科學版圖中不可替代的部分。
一枚毫米級的化石，跨越5.2億年時光，從秦巴大山的岩層走向國際頂級期刊。它不僅改寫了頭足動物演化的歷史，更拋出一個時代命題：如何守護好這份遠古饋贈，讓深埋大山的世界級科學遺產既服務基礎科研，也被大眾看見，賦能地方社會經濟，實現科學價值、保護責任與民生發展的共生。
文丨孫濤
（文中使用圖均由受訪者提供）
