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中國科學家發現5.18億年前寒武紀“生物寶庫”
2019-03-23 10:19:32 來源:楚天都市報

“早期生命是如何起源的?‘寒武紀大爆發’的奧秘是什么?”西北大學早期生命與環境創新研究團隊張興亮教授、傅東靜副教授等人歷時12年在清江沿線科考踏勘,3月22日在國際最權威的《科學》雜志正式發表論文,首次向全世界公布他們的研究成果:中國宜昌長陽地區發現了距今5.18億年的寒武紀特異埋藏軟軀體化石庫——清江生物群,這是古生物學界又一突破性發現。

圖為:化石標本

昨日,楚天都市報記者采訪科考團隊主要成員西北大學地質學系教授張興亮等人,走進其在長陽丹水河邊的工作室,聽他講述尋找生命奧秘的過程。

圖為:張興亮教授講解化石結構

山上到河邊發現古生物化石

“寒武紀生命大爆發”被稱為古生物學和地質學上的一大懸念,在這段不到地球歷史百分之一的時間里,誕生了絕大多數生物門類,曾令達爾文也感到困惑。自1909年以來,科學界相繼發現加拿大布爾吉斯生物群、中國云南澄江生物群等頁巖型生物群,為研究“寒武紀生命大爆發”之謎提供了科學依據。

長陽地處鄂西南山區,位于長江和清江中下游,寒武紀地質層分布廣泛。說起12年前發現古生物化石的過程,論文第一作者傅東靜副教授深有感慨。那是2007年暑假,湖北的天氣異常炎熱。25歲的博士傅東靜跟隨著張興亮教授帶領的野外踏勘隊到長陽地區進行科考。“當時的目標層位是石牌生物群,它比澄江生物群的出現時間稍晚,年齡更輕。我們每天背著干糧和地質錘在完全沒有路的山里兜兜轉轉20多里,連續找了十幾天。”傅東靜副教授說,那天除了一些殼體化石和海綿之外,并沒有什么大的收獲。那天已近傍晚,準備收工,團隊一行沿著河邊走,張興亮低頭一看,說‘這石頭多好啊,敲一敲再回吧!’大家像往常一樣,取出地質錘叮叮哐哐地敲。很快,張興亮老師就找到了拇指長的半只蟲化石——林喬利蟲。林喬利蟲是布爾吉斯頁巖化石庫很有代表性的一種“蝦”狀節肢動物,緊接著,踏勘隊還在這個位置找到了納羅蟲。

圖為:河床上尋找化石

張興亮教授回憶,最開始沿著清江對面那座山一路考察,從山腳往上去到山頂。然后下來沿著河邊走,走到已經到中午快一點了,到午飯時間特別熱,就想休息一下,也吃點干糧。當時大家看到這丹水河水清澈流淌,就到河邊準備休息一會兒。坐的那個地方正好水把那個巖石沖刷得非常干凈,巖石的結構構造、沉積構造非常清晰,可以看到一層淺色一層黑色,這種交替出現非常有韻味的(粘土)巖。根據他多年研究寒武紀軟軀體化石的經驗,當時判斷這種(粘土)巖一定可以保存軟軀體化石。

麥田里找甲蟲持續12年山間水邊科考

其實,在發現這只林喬利蟲之前的十幾年間,張興亮尋找這種化石群的腳步,已經走遍了全世界。“幸運總是降臨在有心的人身上,不是嗎?”傅東靜說起這段故事,滿滿都是為身在這個團隊的自豪。“最開始我們還是全年巡回踏勘的,每年大約去清江兩三次,等老鄉告訴我們水位下去、河床露出來的時候,我們就趕緊去,下雪也不例外。直到2014年才逐步確認了這個化石庫的巨大潛力,研究重心徹底轉移過來。”張興亮說。

圖為:化石分析研究

隨后的12年里,西北大學早期生命與環境創新研究團隊長期堅持野外發掘和室內研究,每年都來到長陽,最終對清江生物群形成了初步研究成果。科考的過程不亞于在一大片麥田里找甲蟲,張興亮、傅東靜和團隊里一屆又一屆的碩博士生用12年的時間在5億年前的“大海”里,找出了20000多只“蟲子”。“工人用撬杠撬出來1立方米大小的石頭,我們就用地質錘順著頁巖的層面劈,一邊劈一邊看,找到蟲子就整理、編號、打包,背出山、帶回實驗室。然后把每一塊清理、討論、鑒定、分類、記錄。”瘦小纖弱的傅東靜,很難讓人聯想到她坐在雪地上劈石頭、啃干餅的場景。

圖為:傅東靜副教授在分析化石

在位于長陽丹水河附近的團隊工作室里,記者通過顯微鏡放大后的照片,看到了距今5.18億年前的海洋世界——有的像水母,像海蝦,像蠕蟲,或者像西瓜,像花朵……千奇百怪,美不勝收。有的甚至連觸角和腹部的紋理都清晰可見,栩栩如生。張興亮教授興奮地說:“目前后生動物屬中,85%不具有礦化骨骼,且絕大多數為水母、海葵等沒有骨骼的動物,能發掘出如此多形態完整的軟軀體化石,實屬罕見。”由于化石主要以原生碳質薄膜形式保存,未經明顯的成巖作用和風化作用改造,后生動物相對多樣性最大。

圖為:科考團隊清江邊敲石頭

只是揭開冰山一角發現了許多嶄新物種

寒武紀大爆發與生命起源、智能起源等共同被列為“六大自然科學難題”。而要破解寒武紀大爆發的奧秘,除了基于理論的科學猜想,更需要發現恰當的科學觀察窗口——化石庫,以找到可靠的化石實證。

此次發現的清江生物群,在4351件化石標本中,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。生物統計學“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的全球已知所有寒武紀軟軀體化石庫。傅東靜介紹,“清江生物群的特色和優勢,體現在新屬種比例最高、后生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態保真度最優、原生有機質的埋藏保存最好等五個方面,具有難以估量的研究潛力。”

“清江生物群,與澄江生物群同處于寒武紀動物門類爆發式起源演化的極盛時期,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境,代表了同一時期不同古地理環境下全新的生物群落。兩者的科學研究價值具有很強的互補性。”張興亮介紹,對于清江生物群眾多化石類群的深入研究,必將為早期動物的起源與演化提供重要信息,將進一步提高我們對寒武紀大爆發的科學認識,并將引起古生物學,沉積學,埋藏學,進化生物學,系統發生學和生態學等諸多研究領域的廣泛關注。

“我們只是掀開了冰山神秘的一角,后續可能還需要幾十年,甚至幾代人的研究。”張興亮說,他們將通過對清江生物群的研究,進而探索5.18億年前更多的未知奧秘。“通過我們已開展的研究發現,清江生物群中雙胚層輻射對稱的動物占主導,刺胞動物身體構型分異度高,蛻皮動物類群中極其罕見的動吻動物繁盛。此外,我們還發現了許多形態奇異的嶄新物種。隨著研究的展開,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。”傅東靜說。

22日凌晨,論文在國際最權威的《科學》雜志發表后,專欄同期刊發國際著名古生物學家Allison C. Daley題為《寒武紀化石寶藏》評論文章認為,清江生物群是令人震驚的科學發現,化石豐度、多樣性和保真度世界一流,科學價值巨大,后續研究將有可能填補我們的認知空白并解決動物門類起源演化方面一系列科學問題。


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