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)注的進化古生物學(xué)界，又一項被稱為“令人震驚的科學(xué)發(fā)現(xiàn)”首次公之于世：距今5.18億年，地處中國宜昌長陽地區(qū)清江與丹江河交匯處，“寒武紀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)新研究團隊。3月22日，團隊成員張興亮、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)了專家評論。國際著名古生物學(xué)家Allison C. Daley評價：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)價值巨大。后續(xù)研究將有望填補我們對于寒武紀大爆發(fā)的認知空白，并解決動物門類起源演化方面的一系列科學(xué)問題”。
達爾文時代以來，困擾古生物學(xué)界的“懸案”
被稱為古生物學(xué)“懸案”的寒武紀生命大爆發(fā)，自達爾文時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5.3億年前被認為是寒武紀的開始時間。據(jù)了解，這2000多萬年時間內(nèi)，寒武紀地層突然出現(xiàn)了門類眾多的無脊椎動物化石，而在早期更為古老的地層中，長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“寒武紀生命大爆發(fā)”，簡稱“寒武紀大爆發(fā)”。
要破解寒武紀大爆發(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?shù)目茖W(xué)觀察窗口——化石庫，以找到可靠的化石實證。對古生物學(xué)者而言，最完美的、可解密寒武紀大爆發(fā)與動物門類起源的研究對象，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、?？溶涇|體生物。
因此，這一類型的化石庫能夠最大程度還原寒武紀生物群原本的、完整的組合面貌，為探尋寒武紀大爆發(fā)的演化模式和強度，以及構(gòu)建動物生命樹的基本結(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)和進化生物學(xué)研究中，該化石庫長期“獨領(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。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準來看，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“理想的頂級研究目的地”。
頂級“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)十萬件化石標本中已發(fā)現(xiàn)超過280個物種。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件化石標本中，已分類鑒定出109個屬種，其中53%為此前從未有過記錄的全新屬種。
生物統(tǒng)計學(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)勢體現(xiàn)在“新屬種比例最高、后生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態(tài)保真度最優(yōu)、原生有機質(zhì)的埋藏保存最好”等5個方面，“具有難以估量的研究潛力，它將成為開展寒武紀生命大爆發(fā)研究最理想的頂級‘化石寶庫’。”
擁有無限可能的“化石寶庫”
如今，地球上的動物界共有38個門。在寒武紀大爆發(fā)時期的化石中，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20個現(xiàn)生的動物門類和6個已滅絕的動物門類，但仍有18個現(xiàn)生動物門類尚未在寒武紀找到化石代表。
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，處在寒武紀生命大爆發(fā)時期動物門類爆發(fā)式出現(xiàn)的極盛時期，兩者的科學(xué)研究價值具有很強的互補性。”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。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)新研究團隊，在達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)十年研究實證，勾勒出了寒武紀大爆發(fā)時基礎(chǔ)動物、原口動物、后口動物三大枝系演化“大樹”的基本輪廓，在全球首次構(gòu)建了完整的早期動物譜系樹框架圖。
目前，團隊將在已有研究基礎(chǔ)上，對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，逐步解決動物門類起源與寒武紀大爆發(fā)的深層次科學(xué)問題。(孫海華)
