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

中國西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團隊張興亮、傅東靜等人首次公布了他們在湖北宜昌長陽地區(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——“清江生物群”。

《科學(xué)》雜志在給媒體的簡介中說“揭示寒武紀(jì)之秘的新寶藏出土了。”英國《自然》雜志在報道中稱：“清江生物群打開了觀察壯觀寒武紀(jì)的又一個窗口，各種新的生物類群前所未見。”

這個引發(fā)國際科學(xué)界不吝贊美之辭評價的突破性發(fā)現(xiàn)，到底打開了怎樣的“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、影響最深遠的生物創(chuàng)新事件。在不到地球生命發(fā)展史1%的時間里迅速創(chuàng)生出了90%以上的動物門類。寒武紀(jì)地層突然出現(xiàn)了門類眾多的無脊椎動物和最古老的脊椎動物——“天下第一魚”昆明魚目化石。但是，在更為古老的地層中，長期以來沒有找到其明顯的祖先化石，這一現(xiàn)象被稱作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，簡稱寒武紀(jì)大爆發(fā)。

該如何解釋在如此短的時間內(nèi)突然涌現(xiàn)出如此之多的動物門類，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證。而布爾吉斯頁巖型化石庫則是探索寒武紀(jì)大爆發(fā)的最佳窗口。” 論文第一作者傅東靜副教授說。

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

“清江生物群正是頂級的布爾吉斯頁巖型化石庫。后續(xù)挖掘、研究與保護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。

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

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，各類群動物保存栩栩如生，動物的眼睛、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。

生物統(tǒng)計學(xué)的“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已知所有寒武紀(jì)軟軀體化石庫。

提出三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說

近年來，西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團隊在中國科學(xué)院院士舒德干的帶領(lǐng)下，對澄江生物群及寒武紀(jì)大爆發(fā)進行了長期探索，取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新成果。

團隊在達爾文提出的地球生命呈“樹形演化”猜想基礎(chǔ)上，通過數(shù)十年的研究與實證，提出了“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說”，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)動物、原口動物、后口動物三大枝系的“動物大樹”的基本輪廓，進而首次構(gòu)建了完整的早期動物譜系樹框架圖。

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

與澄江生物群相比，清江生物群生活于遠離海岸的較深水環(huán)境，代表了不同生態(tài)環(huán)境下的全新生物群落。“這一點從其超過半數(shù)以上的新屬種可以證實。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)型和新的動物門類提供第一手材料。” 論文通訊作者張興亮教授說。

更令中國科學(xué)家感到“幸運”的是：目前全球兩個保真度最高的布爾吉斯頁巖型化石庫——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)化作用等嚴重的地質(zhì)改造，其樣本已無法用于深入開展埋藏學(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)，對于進化生物學(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值。

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

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

關(guān)鍵詞： 生命大爆發(fā)