清江生物群模擬圖 圖片均由西北大學(xué)提供
新物種一
新物種二
林喬利蟲
近日，在令人關(guān)注的進(jìn)化古生物學(xué)界，又一項(xiàng)被稱為“令人震驚的科學(xué)發(fā)現(xiàn)”首次公之于世：距今5.18億年，地處中國宜昌長(zhǎng)陽地區(qū)清江與丹江河交匯處，“寒武紀(jì)特異埋藏軟軀體化石庫”被發(fā)現(xiàn)，并被命名為“清江生物群”。
發(fā)現(xiàn)這一“寒武紀(jì)化石寶庫”的，是西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)。3月22日，團(tuán)隊(duì)成員張興亮、傅東靜等人的最新研究成果——《華南早寒武世布爾吉斯頁巖型化石庫——清江生物群》發(fā)表于《科學(xué)》雜志。
同期雜志上，《科學(xué)》還配發(fā)了專家評(píng)論。國際著名古生物學(xué)家Allison C. Daley評(píng)價(jià)：清江生物群的“化石豐富度、多樣性和保真度世界一流，科學(xué)價(jià)值巨大。后續(xù)研究將有望填補(bǔ)我們對(duì)于寒武紀(jì)大爆發(fā)的認(rèn)知空白，并解決動(dòng)物門類起源演化方面的一系列科學(xué)問題”。
達(dá)爾文時(shí)代以來，困擾古生物學(xué)界的“懸案”
被稱為古生物學(xué)“懸案”的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，自達(dá)爾文時(shí)代以來就一直困擾著學(xué)術(shù)界。至今，它仍與生命起源、智能起源等共同被列為“六大自然科學(xué)難題”。
在學(xué)術(shù)界，大約5.42億年前到5.3億年前被認(rèn)為是寒武紀(jì)的開始時(shí)間。據(jù)了解，這2000多萬年時(shí)間內(nèi)，寒武紀(jì)地層突然出現(xiàn)了門類眾多的無脊椎動(dòng)物化石，而在早期更為古老的地層中，長(zhǎng)期以來卻一直沒有找到明顯的祖先化石。這一現(xiàn)象被稱作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，簡(jiǎn)稱“寒武紀(jì)大爆發(fā)”。
要破解寒武紀(jì)大爆發(fā)的奧秘，除了基于理論的科學(xué)猜想，更需要發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)觀察窗口——化石庫，以找到可靠的化石實(shí)證。對(duì)古生物學(xué)者而言，最完美的、可解密寒武紀(jì)大爆發(fā)與動(dòng)物門類起源的研究對(duì)象，莫過于布爾吉斯頁巖型化石庫。
原因何在?相較于常見的、類似保存著脊椎動(dòng)物骨骼的硬體化石庫，布爾吉斯頁巖型化石庫不僅可以保存動(dòng)物骨骼以外的組織、器官等軟體形態(tài)，更可以保存諸如水母、海葵等軟軀體生物。
因此，這一類型的化石庫能夠最大程度還原寒武紀(jì)生物群原本的、完整的組合面貌，為探尋寒武紀(jì)大爆發(fā)的演化模式和強(qiáng)度，以及構(gòu)建動(dòng)物生命樹的基本結(jié)構(gòu)提供絕佳的化石記錄。
1909年，布爾吉斯頁巖型化石庫在加拿大落基山脈寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁巖中被最早發(fā)現(xiàn)，并因此命名。在古生物學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究中，該化石庫長(zhǎng)期“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。
100余年來，此類化石庫在全球各地已發(fā)現(xiàn)50余個(gè)。但是，按照化石保存質(zhì)量的優(yōu)劣，及化石物種多樣性的高低等標(biāo)準(zhǔn)來看，僅有加拿大布爾吉斯頁巖生物群和1984年發(fā)現(xiàn)于我國云南省的澄江生物群成為“理想的頂級(jí)研究目的地”。
頂級(jí)“化石寶庫”，已鑒定的半數(shù)以上為全新屬種
云南澄江生物群發(fā)現(xiàn)至今35年，在數(shù)十萬件化石標(biāo)本中已發(fā)現(xiàn)超過280個(gè)物種。相關(guān)研究成果28次登上Nature/Science/PNAS三大科學(xué)期刊，成為我國唯一化石地世界自然遺產(chǎn)。
與之相比，此次發(fā)現(xiàn)的“清江生物群”更加引人矚目：在4351件化石標(biāo)本中，已分類鑒定出109個(gè)屬種，其中53%為此前從未有過記錄的全新屬種。
生物統(tǒng)計(jì)學(xué)“稀疏度曲線”分析顯示：清江生物群的物種多樣性，將有望超過包含布爾吉斯和澄江在內(nèi)的全球已知所有寒武紀(jì)軟軀體化石庫。
西北大學(xué)副教授、成果論文第一作者傅東靜介紹，清江生物群的特色和優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在“新屬種比例最高、后生動(dòng)物相對(duì)多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態(tài)保真度最優(yōu)、原生有機(jī)質(zhì)的埋藏保存最好”等5個(gè)方面，“具有難以估量的研究潛力，它將成為開展寒武紀(jì)生命大爆發(fā)研究最理想的頂級(jí)‘化石寶庫’。”
擁有無限可能的“化石寶庫”
如今，地球上的動(dòng)物界共有38個(gè)門。在寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期的化石中，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20個(gè)現(xiàn)生的動(dòng)物門類和6個(gè)已滅絕的動(dòng)物門類，但仍有18個(gè)現(xiàn)生動(dòng)物門類尚未在寒武紀(jì)找到化石代表。
過去的35年間，古生物學(xué)家曾在澄江生物群的研究中找到許多動(dòng)物門類的最早化石記錄。“清江生物群距離澄江生物群化石產(chǎn)地1050公里。”西北大學(xué)教授、論文通訊作者張興亮介紹：生物地層學(xué)研究顯示，清江生物群和澄江生物群是同時(shí)代的、位于不同古地理位置的生物群。
“二者都距今約5.18億年，處在寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期動(dòng)物門類爆發(fā)式出現(xiàn)的極盛時(shí)期，兩者的科學(xué)研究?jī)r(jià)值具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。”與澄江生物群相比，清江生物群生活于遠(yuǎn)離海岸的較深水環(huán)境，代表了不同生態(tài)環(huán)境下的全新生物群落。因此，清江生物群后續(xù)的大規(guī)模發(fā)掘，將為發(fā)現(xiàn)、探索新的軀體構(gòu)型，以及新的動(dòng)物門類提供第一手材料。
不僅如此，全新的生物組合面貌的揭示，尤其是具有創(chuàng)新身體結(jié)構(gòu)的重要生物類群的發(fā)現(xiàn)，將為研究早期生命演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程提供新的證據(jù)。
早在此前，以中科院院士舒德干領(lǐng)軍的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，在達(dá)爾文提出的地球生命呈“樹形演化”猜想基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)十年研究實(shí)證，勾勒出了寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物、后口動(dòng)物三大枝系演化“大樹”的基本輪廓，在全球首次構(gòu)建了完整的早期動(dòng)物譜系樹框架圖。
目前，團(tuán)隊(duì)將在已有研究基礎(chǔ)上，對(duì)清江生物群開展包括古生物學(xué)、地層學(xué)、古生態(tài)學(xué)、沉積學(xué)、化石埋藏學(xué)、地球化學(xué)在內(nèi)的多學(xué)科綜合研究，逐步解決動(dòng)物門類起源與寒武紀(jì)大爆發(fā)的深層次科學(xué)問題。(孫海華)
