探寻5亿年前“生命大爆发”的奥秘

2019-04-20 16:16:47 来源: 科技日报

近日,中国科学家在美国《科学》杂志上发表的论文《华南早寒武世布尔吉斯页岩型化石库——清江生物群》,再次引发了圈内圈外对研究地球早期生命演化和动物门类起源话题的广泛关注。

中国西北大学早期生命与环境创新研究团队张兴亮、傅东静等人首次公布了他们在湖北宜昌长阳地区发现的距今5.18亿年的寒武纪特异埋藏软躯体化石库——“清江生物群”。

《科学》杂志在给媒体的简介中说“揭示寒武纪之秘的新宝藏出土了。”英国《自然》杂志在报道中称:“清江生物群打开了观察壮观寒武纪的又一个窗口,各种新的生物类群前所未见。”

这个引发国际科学界不吝赞美之辞评价的突破性发现,到底打开了怎样的“新宝藏”?

古生物学“悬案”寒武纪大爆发

“寒武纪生命大爆发”被称为古生物学和地质学上的一大“悬案”。

在距今5.4亿年的早寒武世,地球生命演化史上出现了一次规模最大、影响最深远的生物创新事件。在不到地球生命发展史1%的时间里迅速创生出了90%以上的动物门类。寒武纪地层突然出现了门类众多的无脊椎动物和最古老的脊椎动物——“天下第一鱼”昆明鱼目化石。但是,在更为古老的地层中,长期以来没有找到其明显的祖先化石,这一现象被称作“寒武纪生命大爆发”,简称寒武纪大爆发。

该如何解释在如此短的时间内突然涌现出如此之多的动物门类,一直困扰着学术界。于是,寒武纪大爆发与生命起源、智能起源等一起被列为“六大自然科学难题”。

揭示寒武纪之秘的新宝藏

“要破解寒武纪大爆发的奥秘,需要找到可靠的化石实证。而布尔吉斯页岩型化石库则是探索寒武纪大爆发的最佳窗口。” 论文第一作者傅东静副教授说。

布尔吉斯页岩型化石库,最早在1909年发现于加拿大落基山脉寒武纪中期的布尔吉斯页岩中,并因此命名。百余年来,这类化石库在全球各地已发现50余个,其中加拿大布尔吉斯页岩生物群和1984年发现的我国云南澄江生物群最为著名,成为“理想的顶级研究目的地”。

“清江生物群正是顶级的布尔吉斯页岩型化石库。后续挖掘、研究与保护将有可能为探索寒武纪大爆发这一重大科学难题提供多方面科学依据。”傅东静说。

据介绍,对清江生物群已经采集到的大量珍贵化石标本中的4351件进行初步研究后,已分类鉴定出109个属,其中53%为此前从未有过记录的全新属种。而且,清江生物群中软躯体生物居多,已发现的后生动物属中,85%不具有矿化骨骼,绝大多数为水母、海葵等没有骨骼的“基础动物”。

更令科学家惊喜的是,清江生物群的化石形态保真度很高,各类群动物保存栩栩如生,动物的眼睛、神经、内脏等软体组织和器官的形态结构清晰可见。

生物统计学的“稀疏度曲线”分析显示,清江生物群的物种多样性将有望超过已知所有寒武纪软躯体化石库。

提出三幕式寒武纪大爆发假说

近年来,西北大学早期生命与环境创新研究团队在中国科学院院士舒德干的带领下,对澄江生物群及寒武纪大爆发进行了长期探索,取得了系统的创新成果。

团队在达尔文提出的地球生命呈“树形演化”猜想基础上,通过数十年的研究与实证,提出了“三幕式寒武纪大爆发假说”,勾勒出了寒武纪生命大爆发分3阶段依次创生了基础动物、原口动物、后口动物三大枝系的“动物大树”的基本轮廓,进而首次构建了完整的早期动物谱系树框架图。

“随着日后研究工作的展开和深入,清江生物群将为‘早期动物谱系树’到底在哪里分叉,在哪里开枝散叶,找到更多生物进化的直接证据。”舒德干院士说。

与澄江生物群相比,清江生物群生活于远离海岸的较深水环境,代表了不同生态环境下的全新生物群落。“这一点从其超过半数以上的新属种可以证实。因此,清江生物群后续的大规模发掘,将为发现和探索新的躯体构型和新的动物门类提供第一手材料。” 论文通讯作者张兴亮教授说。

更令中国科学家感到“幸运”的是:目前全球两个保真度最高的布尔吉斯页岩型化石库——布尔吉斯和澄江,在埋藏之后分别经历了高温变质、风化作用等严重的地质改造,其样本已无法用于深入开展埋藏学研究。而在清江生物群发现的软躯体化石,奇迹般地以原生碳质薄膜形式保存了原始的有机质。

因此,不仅在古生物学研究领域,清江生物群的发现,对于进化生物学、系统发生学以及埋藏学、古生态学、地球化学等交叉学科前沿研究方向,也具有非常特殊的价值。

“清江生物群将为开展埋藏学和地球化学研究,进而开展深入的古环境研究提供理想素材。困扰学术界多年的动物软体结构特殊埋藏机制问题,或将在清江生物群得到破解。”张兴亮说。

可以期待,随着交叉学科研究的推进,中国的清江生物群会带给我们更多:发现更多的问题,破解更多的奥秘……(据新华社)

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