近日，中國(guó)科學(xué)家在美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文《華南早寒武世布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)——清江生物群》，再次引發(fā)了圈內(nèi)圈外對(duì)研究地球早期生命演化和動(dòng)物門(mén)類(lèi)起源話(huà)題的廣泛關(guān)注。

中國(guó)西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)張興亮、傅東靜等人首次公布了他們?cè)诤币瞬L(zhǎng)陽(yáng)地區(qū)發(fā)現(xiàn)的距今5.18億年的寒武紀(jì)特異埋藏軟軀體化石庫(kù)——“清江生物群”。

《科學(xué)》雜志在給媒體的簡(jiǎn)介中說(shuō)“揭示寒武紀(jì)之秘的新寶藏出土了。”英國(guó)《自然》雜志在報(bào)道中稱(chēng)：“清江生物群打開(kāi)了觀(guān)察壯觀(guān)寒武紀(jì)的又一個(gè)窗口，各種新的生物類(lèi)群前所未見(jiàn)。”

這個(gè)引發(fā)國(guó)際科學(xué)界不吝贊美之辭評(píng)價(jià)的突破性發(fā)現(xiàn)，到底打開(kāi)了怎樣的“新寶藏”?

古生物學(xué)“懸案”寒武紀(jì)大爆發(fā)

“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”被稱(chēng)為古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大“懸案”。

在距今5.4億年的早寒武世，地球生命演化史上出現(xiàn)了一次規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的生物創(chuàng)新事件。在不到地球生命發(fā)展史1%的時(shí)間里迅速創(chuàng)生出了90%以上的動(dòng)物門(mén)類(lèi)。寒武紀(jì)地層突然出現(xiàn)了門(mén)類(lèi)眾多的無(wú)脊椎動(dòng)物和最古老的脊椎動(dòng)物——“天下第一魚(yú)”昆明魚(yú)目化石。但是，在更為古老的地層中，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有找到其明顯的祖先化石，這一現(xiàn)象被稱(chēng)作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，簡(jiǎn)稱(chēng)寒武紀(jì)大爆發(fā)。

該如何解釋在如此短的時(shí)間內(nèi)突然涌現(xiàn)出如此之多的動(dòng)物門(mén)類(lèi)，一直困擾著學(xué)術(shù)界。于是，寒武紀(jì)大爆發(fā)與生命起源、智能起源等一起被列為“六大自然科學(xué)難題”。

揭示寒武紀(jì)之秘的新寶藏

“要破解寒武紀(jì)大爆發(fā)的奧秘，需要找到可靠的化石實(shí)證。而布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)則是探索寒武紀(jì)大爆發(fā)的最佳窗口。” 論文第一作者傅東靜副教授說(shuō)。

布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)，最早在1909年發(fā)現(xiàn)于加拿大落基山脈寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁(yè)巖中，并因此命名。百余年來(lái)，這類(lèi)化石庫(kù)在全球各地已發(fā)現(xiàn)50余個(gè)，其中加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群和1984年發(fā)現(xiàn)的我國(guó)云南澄江生物群最為著名，成為“理想的頂級(jí)研究目的地”。

“清江生物群正是頂級(jí)的布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)。后續(xù)挖掘、研究與保護(hù)將有可能為探索寒武紀(jì)大爆發(fā)這一重大科學(xué)難題提供多方面科學(xué)依據(jù)。”傅東靜說(shuō)。

據(jù)介紹，對(duì)清江生物群已經(jīng)采集到的大量珍貴化石標(biāo)本中的4351件進(jìn)行初步研究后，已分類(lèi)鑒定出109個(gè)屬，其中53%為此前從未有過(guò)記錄的全新屬種。而且，清江生物群中軟軀體生物居多，已發(fā)現(xiàn)的后生動(dòng)物屬中，85%不具有礦化骨骼，絕大多數(shù)為水母、海葵等沒(méi)有骨骼的“基礎(chǔ)動(dòng)物”。

更令科學(xué)家驚喜的是，清江生物群的化石形態(tài)保真度很高，各類(lèi)群動(dòng)物保存栩栩如生，動(dòng)物的眼睛、神經(jīng)、內(nèi)臟等軟體組織和器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。

生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的“稀疏度曲線(xiàn)”分析顯示，清江生物群的物種多樣性將有望超過(guò)已知所有寒武紀(jì)軟軀體化石庫(kù)。

提出三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說(shuō)

近年來(lái)，西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)科學(xué)院院士舒德干的帶領(lǐng)下，對(duì)澄江生物群及寒武紀(jì)大爆發(fā)進(jìn)行了長(zhǎng)期探索，取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新成果。

團(tuán)隊(duì)在達(dá)爾文提出的地球生命呈“樹(shù)形演化”猜想基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)十年的研究與實(shí)證，提出了“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說(shuō)”，勾勒出了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)分3階段依次創(chuàng)生了基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物、后口動(dòng)物三大枝系的“動(dòng)物大樹(shù)”的基本輪廓，進(jìn)而首次構(gòu)建了完整的早期動(dòng)物譜系樹(shù)框架圖。

“隨著日后研究工作的展開(kāi)和深入，清江生物群將為‘早期動(dòng)物譜系樹(shù)’到底在哪里分叉，在哪里開(kāi)枝散葉，找到更多生物進(jìn)化的直接證據(jù)。”舒德干院士說(shuō)。

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。“這一點(diǎn)從其超過(guò)半數(shù)以上的新屬種可以證實(shí)。因此，清江生物群后續(xù)的大規(guī)模發(fā)掘，將為發(fā)現(xiàn)和探索新的軀體構(gòu)型和新的動(dòng)物門(mén)類(lèi)提供第一手材料。” 論文通訊作者張興亮教授說(shuō)。

更令中國(guó)科學(xué)家感到“幸運(yùn)”的是：目前全球兩個(gè)保真度最高的布爾吉斯頁(yè)巖型化石庫(kù)——布爾吉斯和澄江，在埋藏之后分別經(jīng)歷了高溫變質(zhì)、風(fēng)化作用等嚴(yán)重的地質(zhì)改造，其樣本已無(wú)法用于深入開(kāi)展埋藏學(xué)研究。而在清江生物群發(fā)現(xiàn)的軟軀體化石，奇跡般地以原生碳質(zhì)薄膜形式保存了原始的有機(jī)質(zhì)。

因此，不僅在古生物學(xué)研究領(lǐng)域，清江生物群的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于進(jìn)化生物學(xué)、系統(tǒng)發(fā)生學(xué)以及埋藏學(xué)、古生態(tài)學(xué)、地球化學(xué)等交叉學(xué)科前沿研究方向，也具有非常特殊的價(jià)值。

“清江生物群將為開(kāi)展埋藏學(xué)和地球化學(xué)研究，進(jìn)而開(kāi)展深入的古環(huán)境研究提供理想素材。困擾學(xué)術(shù)界多年的動(dòng)物軟體結(jié)構(gòu)特殊埋藏機(jī)制問(wèn)題，或?qū)⒃谇褰锶旱玫狡平狻?rdquo;張興亮說(shuō)。

可以期待，隨著交叉學(xué)科研究的推進(jìn)，中國(guó)的清江生物群會(huì)帶給我們更多：發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題，破解更多的奧秘……(據(jù)新華社)

關(guān)鍵詞： 生命大爆發(fā)