我们以寒武纪作为旅行的开端。如同许多地质学名词一样，“寒武”（Cambrian）之名源于一处地名，它位于英国的威尔士地区。不过当地名变成时间时，寒武纪却距离我们异常遥远，大约有5亿多年。彼时重庆的样子，与今天迥异。所有的陆地都还扎堆团聚在南极，而重庆今天所处的位置，是随着板块的解体与漂移，才逐步向北运动到这里。在汇聚、分离的过程中，板块的大小与形状并非一成不变，中国大陆也是由最初的碎块逐渐拼合而成的，至少在整个寒武纪，重庆一直都沉寂在海底（图1.1）。

图1.1　全球寒武纪海陆格局与重庆位置

当寒武纪到来之时，噶斯奇厄斯冰期的冰盖消融，释放海水，使得低洼地区全都被淹没，重庆变成一望无尽的浅海。同时，全球气温开始回升。冰盖隔断了海水与大气，火山喷发的二氧化碳难以被消耗，最终造成全球变暖，所以寒武纪应该是一段温暖的时期，至少比过去的亿年要舒适得多。

温暖的天气促成了寒武纪的生命大爆发，生命突然丰富起来，呈爆炸式增长，这一切都始于寒武纪初期，花费了仅仅数百万年的时间。“寒武大爆发”的原因，人们尚争论不休，寒武纪怪异的生物，却早已为世人熟知。重庆境内没有发现像云南澄江世界自然遗产产地那么丰富多彩的化石，而是在城口境内发现了同时期的古杯化石，这就足以证明当时应该有着类似的海洋环境。此外，与重庆相邻的湖北宜昌清江发现了一个生物群，这也从另一个侧面证明了重庆寒武纪时期的海洋应该是动物的天堂。如果你穿越到5亿多年前的寒武纪海洋，你将会看到一幅美丽的场景（图1.2）。

图1.2　寒武纪海洋环境场景复原图

寒武纪6 000万年的演化在重庆境内留下了完整的寒武系（图1.3），在酉阳和秀山野外的山中可以看到漂亮的剖面中堆叠着页码难以计算的地层万卷书。这本寒武纪的巨大天书厚度可达上千米。在城口，这本天书也有出露，而且有的部分因为典型还成为潜在的标准地层。

在寒武纪早期，地球海洋中出现了一类动物——古杯。古杯动物对大多数人来说可能十分陌生，因为它们在生物演化的历史中，来得快去得也快。它们只生活在寒武纪早期，在不到2 000万年的时间里就经历了兴盛与灭亡。它们多数为单体，少数为群体。因为单体外形多似杯状，故得名古杯（图1.4）。古生物学研究中曾经对古杯的身份有过多种结论，如今一般认为古杯是一种演化极为快速的海绵动物。古杯动物主要营底栖固着生活，也就是把根扎在海底，靠水的流动将食物带进体内消化。与大多数动物只采用一种繁殖方式不同，它们的繁殖方式有两种——有性繁殖和无性繁殖，而且可以交叉变换着进行。

图1.3　重庆寒武系地层分布图

图1.4　形形色色的古杯（左）和古杯结构图（右）

直到今天，古杯的化石依然被埋藏在城口境内的岩石里，古杯也是重庆境内发现的最古老的寒武纪生物。在野外，它们很不起眼，不仔细看，很难在岩石的表面上看到它们。但在实验室显微镜下可以看到它们的形态（图1.5）。为什么说古杯很重要？因为它们是划分寒武纪早期地层的重要证据，有时甚至是最重要的依据，有了它们，便可以进行不同大洲寒武纪早期地层的对比。此外，古杯动物还被称为古地理、古气候的侦察兵。因为古杯动物交叉性的繁殖方式常常可以让它们形成规模很大的生物礁，而这种古杯生物礁对环境的要求很高，换句话说，古杯有点娇气——既不能在深海区生活，也不能在靠近陆地的海岸区生活，还不能在镁元素含量高的环境中生活。它们最喜欢生活在环境安静、阳光和氧气充足、盐度适中的温暖浅海中。反过来说，古杯化石可以指示这种古环境的存在。可见，重庆在寒武纪早期（大约5.4亿年前），有一片温暖湿润的浅海，海水深度一般为20～30 m，最深不超过60 m。

图1.5　古杯化石显微镜下视图（左）与实体化石（右）

说起寒武纪，大家可能非常熟悉，寒武纪是三叶虫的时代。的确，寒武纪是三叶虫家族真正登上演化舞台的时期。总体来说，这个时候的三叶虫头部比较大，尾部较小。最值得一提的是三叶虫的眼睛。大多数三叶虫眼睛具有连续角膜覆盖视觉区复眼，也就是说它们具有很多邻近的透镜紧密地堆积于视觉面上，这是眼睛的原始类型。三叶虫眼睛的透镜体是由方解石构成的。有矿物学知识的人都知道，方解石虽然透明但具有双折射率，不利于视觉系统，因为光线穿过矿物不是通过c轴而是其他任何方向。三叶虫居然可以克服这一不足，它们的眼睛首先是把c轴调整定向到正常的可视面上，其次是通过对晶格的改变；它们也演化出透镜双倍体，把光线重新聚集到一个焦点上。因此，尽管有种种限制，环境选择的压力还是逼迫三叶虫具有了可能是最好的功能系统。

眼睛让三叶虫开始获得巨大的成功。在寒武纪之后的岁月里，奥陶纪、志留纪和泥盆纪时期，三叶虫始终是生命演化中不可或缺的角色，直到石炭纪和二叠纪时期才走向衰落和最终灭绝。重庆的奥陶纪和志留纪地层中依然可以见到很多三叶虫。

重庆出露很好的寒武纪地层，自然也少不了三叶虫。当然，重庆寒武纪的三叶虫并不像国内很多省份的三叶虫保存完整，很多三叶虫只有头盖（头部）或者尾甲（尾部），但这并不妨碍三叶虫成为重庆重要的古生物（图1.6）。这里发现的三叶虫具有鉴定价值，已经有过相关的研究，典型出了若干新类型的三叶虫。三叶虫早期演化主要成员，如德氏虫和褶颊虫这样的大家族成员在重庆都有代表（图1.7）。

完全可以想象，5亿多年前重庆的海洋中到处可见这种寒武纪的明星，它们体长不足10 cm，靠着自己灵巧的身体，一直欢腾地游荡在寒武纪的海洋里（图1.8）。(www.daowen.com)

图1.6　重庆寒武纪三叶虫化石

图1.7　德氏虫（左）与褶颊虫（右）

图1.8　寒武纪海洋中的三叶虫场景复原图

最后，再介绍一种重要的化石——叠层石。什么是叠层石？科学上给叠层石下的定义是由藻类在生命活动过程中，将海水中的钙镁碳酸盐及其碎屑颗粒黏结、沉淀而形成的一种化石。随着季节的变化、生长沉淀的快慢，形成深浅相间的复杂色层构造。叠层石的色层构造，有纹层状、球状、半球状、柱状、锥状及枝状等。叠层石被公认为世界上最古老的化石。目前世界上最古老的叠层石是发现于澳大利亚西部瓦拉伍那群的硅质叠层石，其年龄约为34.5亿年。叠层石繁盛于20亿年至6.8亿年前，之后随着原生动物的繁荣而急剧衰落。那时，地球上氧气含量已经升高，足以支撑动物呼吸并演化。中奥陶世以后，叠层石躲在海洋的角落里，一般不形成大块礁体，默默地注视着生物的高潮与低谷一直到今天。叠层石的身体通常由暗层及亮层两部分组成，制造叠层石的藻类生活状况及自然条件的周期变化形成叠层石的原生亮暗层理。

今天，叠层石主要分布于北美巴哈马群岛和西澳大利亚沙克湾，而在澳大利亚、北美和南非三个大陆的11个地点也发现了叠层石的身影，其年龄都在25亿年以上。此外，在美国、西班牙、澳大利亚等地寒武纪地层中也有叠层石的身影。中国是叠层石大国，在中国北方中元古代地层（距今约10亿年）也经常可以看到叠层石。最著名的叠层石产地是天津蓟州区国家地质公园，那里的叠层石非常壮观，甚至整座山都是叠层石。中国北方很多地方都分布有中新元古代的沉积岩，那里也能找到叠层石，如北京房山的西部、昌平的南口。另外，在山东、江苏、河南等地，也都发现了寒武纪叠层石。相比北方，在中国南方，叠层石相对较少，但也有分布。新元古代约6亿年前也可以看到其身影。近两年在重庆酉阳也发现了大面积的叠层石。

很多人都知道恐龙，但对叠层石相对比较陌生。千万不要小看叠层石，因为它是可以改变地球历史进程的生物，这一点很少有生物能与其相提并论。因为正是叠层石制造了地球上最早的氧气。21%的氧——叠层石最大的功劳不是“成铁”，而是产生了地球大气中约21%的氧气。在这些晦暗的石头上，充满了生命，每平方米的岩石上生活着36亿个微生物，它们释放着氧气。花了20亿年的时间——大约40%的地球历史——大气中的氧含量才接近20%。海洋中所含的铁并不能阻止氧气浮出海面。在这些铁元素被氧化殆尽后，几乎覆盖了所有海洋浅滩的叠层石，同时一如既往地产生着大量的氧气。当这些氧气破水而出时，地球不再是一颗被火山气体覆盖的星球，而是一个焕然一新的、宜居的生命摇篮。可以说正是叠层石产生的氧使地球适宜孕育更多的高等生命，它为此后的生物进化扫清了大气无氧的障碍，为生命史的下一章也是更复杂的一章铺平了道路。可以说，叠层石默默工作20亿年，是地球能够进化出复杂生命的关键。

叠层石还有一个神奇的地方，就是身体自带时间测试功能，常常作为生物钟使用。今天的地球一年有365天，一天有24小时，而在远古时期却不是这样。人们已经根据珊瑚等生物测算了不同地质历史时期年月日的情况，珊瑚的历史是4亿多年，而在没有珊瑚的时候，很大程度就要依靠叠层石了。例如，科学家根据对叠层石的研究发现，地球在10亿年前一年大约有516天，分为13个月，一天大约有17小时；当时的地球黄赤交角约为 30°，比现在的 23°27′明显要大，也就是地球比今天要更倾斜一些。结合其他结论，人们普遍认为由于月球逐渐远离地球和潮汐作用对能量的消耗，地球的自转和月球绕地球的公转速度都在不断减慢，地球的黄赤交角也在不断减小，地球越来越“正”了。

2018年，经过调查确认，在酉阳发现了国内面积最大的寒武纪叠层石，这也是中国南方第一次大规模的发现。在北起兴隆镇，南至李溪镇长达几百千米的沿线，到处都可以见到叠层石的身影，它们形态各异，惟妙惟肖，局部还非常密集，堆积在一起形成生物礁。比较典型的出现在板溪镇，这里叠层石不但非常密集，而且分布广泛，面积超过2 km2。后来酉阳借助这一资源打造出叠石花谷景区，已经成为网红打卡景点（图1.9）。

图1.9　叠石花谷景区

酉阳叠层石为什么重要？其意义在于大规模地提升了重庆的氧气含量。古杯已经证明在寒武纪早期，重庆的古环境是温暖、有氧和湿润的浅海，而到了寒武纪中期，大规模的叠层石则奠定了“有氧重庆”的基础，由此开启了重庆生物演化的大幕。

图1.10　叠层石

重庆酉阳的叠层石外观漂亮，恰如石头中盛开的花朵，被称为“石花”（图1.10）。如果你在5亿多年前的重庆海岸边，可以看到像今天海边叠层石一样的壮观景象（图1.11）。今天，叠层石生活在亚热带温暖湿润的浅海环境中，根据地质学上著名的将今论古原则（即今天是了解过去的钥匙）不难推断，5亿多年前寒武纪中晚期，重庆继续了寒武纪早期温暖湿润的浅海环境，氧气含量也大大上升。

图1.11　叠层石场景