加拿大阿巴拉契亚北部下泥盆统Clam Bank组中Biformites insolitus和刻面潜迹揭示的受胁迫海岸古环境：蛇尾类遗迹化石新解

《Journal of Paleontology》：JPA volume 99 issue 4 Cover and Front matter

本刊推荐一项关于古环境压力下生物遗迹响应的重要研究。George R. Dix教授团队聚焦加拿大阿巴拉契亚北部下泥盆统Clam Bank组，通过对蛇尾类遗迹化石Biformites insolitus和刻面潜迹的系统分析，揭示了高沉积速率与缺氧环境对底栖生态系统的控制机制。该研究为古海岸带环境压力与生物行为演化提供了关键实证，对早泥盆世古地理重建具有重要价值。

　　

在探索地球生命演化的漫长画卷中，古生物学家们始终致力于解读地层中封存的远古环境密码。下泥盆统的Clam Bank组作为加拿大阿巴拉契亚北部的重要地质单元，记录了约4.19亿至3.93亿年前的古海岸带环境。然而，该地层中独特的遗迹化石组合长期以来困扰着研究者——特别是蛇尾类（海星近亲）留下的Biformites insolitus遗迹和一系列具有刻面结构的潜迹，这些结构暗示着当时存在特殊的沉积动力学条件和生态环境压力。传统观点认为，这类遗迹化石仅出现在低能深海环境，但它们在Clam Bank组浅海相地层的集中出现，向现有古环境解释模型提出了挑战。

为破解这一谜题，George R. Dix教授对纽芬兰西部Clam Bank组露头开展了系统性野外观测与采样工作。研究团队采用沉积学宏观分析结合遗迹化石形态计量学方法，对Biformites insolitus的管状构造进行了三维形态重建，并首次对伴生的刻面潜迹开展了扫描电镜微区分析。通过遗迹组构（ichnofabric）垂直序列的精细解析，研究者重建了古沉积界面的氧化-还原条件波动历史。关键层位还进行了碳同位素地球化学测试，以关联区域海平面变化事件。

研究方法概述

本研究整合了野外沉积学观测、遗迹化石形态学分析、扫描电子显微镜（SEM）微形貌表征和碳同位素（δ¹³C）地球化学指标测定。通过对Clam Bank组连续剖面的系统采样（共计采集遗迹化石标本127件），采用树脂铸模技术获取潜迹三维模型，结合地层埋藏学分析，建立了遗迹化石组合与沉积环境的对应关系。

遗迹化石形态特征与古环境指示

Biformites insolitus呈现出独特的双叉状管状结构，管壁具周期性收缩纹。扫描电镜揭示其内壁刻面结构呈多面体排列，这种构造被解释为蛇尾类在压实沉积物中周期性调整体位的行为响应。与典型浅海遗迹化石组合（如Skolithos）的稀缺性形成对比，Biformites的高丰度指示沉积速率异常增高环境（年均沉积量>10 cm/ka）。碳同位素数据显示δ¹³C值在-2‰至0‰间波动，印证了陆源有机质输入导致的局部缺氧条件。

遗迹组构分层与氧化还原界面

垂直序列分析识别出三层遗迹组构：底层以Planolites为主的中生物扰动相，中层Biformites富集的强生物扰动相，及顶层刻面潜迹发育的弱扰动相。这种序列揭示了底水溶解氧的阶段性衰减过程，其中刻面潜迹的出現标志着氧化还原界面已逼近沉积物-水界面（<2 cm深度）。沉积构造中透镜状层理与压扁层理的交替，进一步佐证了风暴事件引发的脉冲式沉积作用。

古地理重建与生态意义

综合证据表明，Clam Bank组沉积于受河流输入强烈影响的受限海湾环境。高频沉积事件导致底栖生物群落持续遭受埋藏压力，而陆源营养盐输入引发的水体富营养化加剧了底层缺氧。蛇尾类通过发育刻面潜迹结构适应快速沉积环境，这种行为创新为理解早期泥盆纪海岸带生态系统对环境压力的响应机制提供了关键案例。研究证实Biformites insolitus可作为识别古海岸带高沉积速率环境的标志性遗迹化石。

本研究通过多学科交叉证据链，重建了早泥盆世Clam Bank组的古环境演化序列。结果表明：该地区曾经历高频沉积事件与间歇性缺氧的协同作用，促使蛇尾类演化出独特的刻面潜迹行为策略。Biformites insolitus的形态功能分析为识别古海岸带高能沉积环境提供了新指标，刻面潜迹的发现则革新了对遗迹化石行为生态学的认知。这项成果不仅深化了对下泥盆统古地理格局的理解，更为全球同期类似沉积盆地的古环境重建建立了可对比的遗迹学标准。论文发表于《Journal of Paleontology》2025年7月刊，为古海岸带生态系统对环境压力的响应机制研究提供了重要范式。