澄江生物群生態(tài)復(fù)原圖

澄江生物群發(fā)現(xiàn)的奇蝦化石

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生命究竟怎樣起源的?原始的脊椎動物和我們有什么關(guān)系?人類一直在探索。

近日，130余名國內(nèi)外專家學(xué)者聚首云南澄江，共同紀(jì)念澄江生物群發(fā)現(xiàn)35周年，交流寒武紀(jì)大爆發(fā)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展。澄江生物群與寒武紀(jì)大爆發(fā)再次引發(fā)關(guān)注。

寒武紀(jì)大爆發(fā)曾被認(rèn)為是古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案，自達(dá)爾文提出進(jìn)化論以來就一直困擾著學(xué)術(shù)界。寒武紀(jì)大爆發(fā)是否真實(shí)存在?人類為何要關(guān)注那些古老的生物?科技日報(bào)記者采訪了這次與會的專家。

與達(dá)爾文的漸進(jìn)演變思想明顯沖突

在距今約5.3億年前后的寒武紀(jì)早期，包括脊椎動物在內(nèi)的幾乎所有動物在短短幾百萬年的時(shí)間里快速登場，節(jié)肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等等一系列與現(xiàn)代動物形態(tài)基本相同的動物，在地球上“集體亮相”，形成了多種門類動物同時(shí)存在的繁榮景象。這一快速的生命演化事件，被稱為“寒武紀(jì)大爆發(fā)”。

寒武紀(jì)大爆發(fā)這一重大科學(xué)問題，最早源自達(dá)爾文的《物種起源》。他在書中提出，寒武紀(jì)和志留紀(jì)的三葉蟲是從生活在寒武紀(jì)以前的很長時(shí)間進(jìn)化而來的，但為什么沒有發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)之前富含化石的地層，“這種現(xiàn)象令人費(fèi)解，這可能會成為反對本學(xué)說的有力證據(jù)。”由于寒武紀(jì)大爆發(fā)假說突出了生命演化的快速性、偶然性和保守性，與達(dá)爾文進(jìn)化論的漸進(jìn)演變思想明顯沖突，因而成為演化生物學(xué)和古生物學(xué)領(lǐng)域研究和爭論的焦點(diǎn)。

“在達(dá)爾文之后，直到20世紀(jì)初在加拿大落基山脈寒武紀(jì)地層發(fā)現(xiàn)門類復(fù)雜的動物化石，這一現(xiàn)象仍沒有被當(dāng)作是快速演化事件來對待，而被認(rèn)為是寒武紀(jì)之前地質(zhì)記錄缺失和化石記錄不完整造成的假象。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎介紹說，基于這種認(rèn)識，進(jìn)化論提出之后的百余年時(shí)間里，這一科學(xué)問題一直被認(rèn)為是演化生物領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的古生物學(xué)謎題。

1984年7月1日，當(dāng)時(shí)還是中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究生的侯先光，在云南澄江帽天山西面山坡上發(fā)現(xiàn)了納羅蟲化石。隨后，包括林橋利蟲、云南鰓蝦、日射水母貝以及帽天山蟲等又陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，距今5.3億年前的“澄江生物群”就這樣首次呈現(xiàn)在世人面前。它們類型眾多，且十分珍稀地保存了動物軟體構(gòu)造，栩栩如生地再現(xiàn)了遠(yuǎn)古海洋生命的壯麗景觀和現(xiàn)生動物的原始特征，以豐富的生物學(xué)信息為寒武紀(jì)大爆發(fā)研究提供了直接證據(jù)，在國際上被譽(yù)為“20世紀(jì)最驚人的發(fā)現(xiàn)之一”，為探索寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的奧秘，開啟了一扇寶貴的科學(xué)之窗。

“從20世紀(jì)后期至今，對這些化石群的深入研究，正在為‘寒武紀(jì)大爆發(fā)是一次真實(shí)的生物快速演化事件’提供越來越多的證據(jù)。”早期即參與澄江生物群研究的陳均遠(yuǎn)研究員說。

生態(tài)驅(qū)動假說正在刷新認(rèn)知

進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)家們將研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)楹浼o(jì)大爆發(fā)的具體過程和幕后原因。為什么大約38億年前生命在地球出現(xiàn)之后，一直要到5.3億年前的寒武紀(jì)早期才發(fā)生復(fù)雜動物的快速爆發(fā)呢?

學(xué)者們認(rèn)為，伴隨著動物起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)，地球巖石圈、大氣圈和水圈也發(fā)生了一系列重大事件。首先是巖石圈板塊的劇烈運(yùn)動，隨后又發(fā)生了新元古代晚期極端氣候變化“雪球事件”，這一時(shí)期地球各圈層劇烈變化和相互作用，可能導(dǎo)致了多細(xì)胞生物，特別是動物的快速起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)。21世紀(jì)開始，在雪球事件假說帶動下，寒武紀(jì)時(shí)期生物與環(huán)境協(xié)同演化研究逐漸成為地球科學(xué)交叉研究的前沿。

“生命與環(huán)境的協(xié)同演化始終是相輔相成的連環(huán)過程。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員趙方臣告訴記者，地質(zhì)學(xué)家、演化生物學(xué)家、古生物學(xué)家、進(jìn)化論學(xué)者對寒武紀(jì)大爆發(fā)的關(guān)注，主要集中在環(huán)境因素、生物自身即發(fā)育基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)因素和生態(tài)效應(yīng)三方面。

從新元古代晚期至寒武紀(jì)早期, 地表環(huán)境的劇烈變化, 必然會對地球生物演化產(chǎn)生深刻影響。同時(shí), 生物作用又會積極地改造地表環(huán)境,從而又影響到生物的演化;在生物自身方面，動物多種多樣軀體構(gòu)型的發(fā)育構(gòu)建受基因調(diào)控網(wǎng)路的控制, 動物門類軀體構(gòu)型的演化，由基因調(diào)控網(wǎng)路的組成和結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化而定。它們也是動物發(fā)育演化的基本內(nèi)在因素，而且在寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期已經(jīng)形成。因此, 很多學(xué)者認(rèn)為寒武紀(jì)大爆發(fā)是一種生態(tài)現(xiàn)象, 并提出不同的生態(tài)驅(qū)動學(xué)假說。“總之，隨著對世界各地生物群的深入研究，我們也在不斷刷新對寒武紀(jì)大爆發(fā)的認(rèn)知。”趙方臣強(qiáng)調(diào)說。

延伸閱讀

揭秘寒武紀(jì)大爆發(fā)，中國科學(xué)家做了什么

不久前，西北大學(xué)的研究人員在我國湖北省宜昌市長陽土家族自治縣發(fā)現(xiàn)了距今5.18億年的寒武紀(jì)特異埋藏軟軀體化石庫，命名為“清江生物群”，這是進(jìn)化古生物學(xué)界的又一突破性發(fā)現(xiàn)。在寒武紀(jì)大爆發(fā)的研究中，中國科學(xué)家一直在向前走。

早在新中國成立初期，我國科學(xué)家就通過地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，基本摸清了中國主要構(gòu)造塊上寒武紀(jì)地層的基本情況，積累了大量古生物化石材料和數(shù)據(jù)。澄江帽天山發(fā)現(xiàn)之后，中國揭開影響世界寒武紀(jì)大爆發(fā)研究的高潮，在國際上取得了領(lǐng)先地位。由陳均遠(yuǎn)研究員、云南大學(xué)侯先光教授和西北大學(xué)的舒德干教授共同領(lǐng)銜的“澄江生物群與寒武紀(jì)大爆發(fā)”項(xiàng)目，35年來描述報(bào)道了澄江生物群281種物種，歸屬20多個(gè)門級。

與此同時(shí)，科學(xué)家們在貴州凱里發(fā)現(xiàn)了凱里生物群，它們有大量與澄江動物群和布爾吉斯頁巖動物群共有的生物分子;在貴州都勻發(fā)現(xiàn)了動物胚胎化石，在甕安發(fā)現(xiàn)生物群中動物胚胎和微型成體化石。隨后，又于1997年在陜西南部寒武系底部寬川鋪組發(fā)現(xiàn)具有完整發(fā)育系列的動物胚胎化石。這一系列重大發(fā)現(xiàn)，首次揭示了早期動物的直接發(fā)育方式。

近20年來，隨著科研經(jīng)費(fèi)投入不斷增加，我國科學(xué)家的研究重點(diǎn)從過去描述化石類型為主，轉(zhuǎn)向?qū)χ饕獎游镱惾旱钠鹪础⒃缙谘莼南到y(tǒng)學(xué)以及大爆發(fā)過程的研究，提出了寒武紀(jì)大爆發(fā)多幕式演化新模型。通過多學(xué)科交叉和國際合作，推進(jìn)了全球寒武紀(jì)時(shí)期生物與環(huán)境協(xié)同演化的研究，產(chǎn)生了一系列重要成果。

“中國科學(xué)家在澄江生物群的研究中對寒武紀(jì)大爆發(fā)提出許多認(rèn)識和見解，提出寒武紀(jì)大爆發(fā)呈階段性、蘑菇云式爆發(fā)模型，發(fā)現(xiàn)了極為重要的各門類化石演化證據(jù)。”趙方臣說，動物演化存在很多中間環(huán)節(jié)，這些演化中間環(huán)節(jié)的丟失，為重建系統(tǒng)樹帶來困難。澄江動物化石群處于爆發(fā)式模型的蘑菇云傘蓋部位，中國科學(xué)家的發(fā)掘、研究，為人類認(rèn)識動物起源和早期演化提供了許多重要理論證據(jù)。雖然從古生物學(xué)研究的角度來看還有很多問題沒有解決，但寒武紀(jì)大爆發(fā)的謎題正在被層層揭開。(記者 趙漢斌)