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新進展！寒武紀大爆發(fā) 我們離謎底越來越近
生命究竟怎樣起源的?原始的脊椎動物和我們有什么關(guān)系?人類一直在探索。
近日，130余名國內(nèi)外專家學(xué)者聚首云南澄江，共同紀念澄江生物群發(fā)現(xiàn)35周年，交流寒武紀大爆發(fā)研究領(lǐng)域的最新進展。澄江生物群與寒武紀大爆發(fā)再次引發(fā)關(guān)注。
寒武紀大爆發(fā)曾被認為是古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案，自達爾文提出進化論以來就一直困擾著學(xué)術(shù)界。寒武紀大爆發(fā)是否真實存在?人類為何要關(guān)注那些古老的生物?科技日報記者采訪了這次與會的專家。
與達爾文的漸進演變思想明顯沖突
在距今約5.3億年前后的寒武紀早期，包括脊椎動物在內(nèi)的幾乎所有動物在短短幾百萬年的時間里快速登場，節(jié)肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等等一系列與現(xiàn)代動物形態(tài)基本相同的動物，在地球上“集體亮相”，形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。這一快速的生命演化事件，被稱為“寒武紀大爆發(fā)”。
寒武紀大爆發(fā)這一重大科學(xué)問題，最早源自達爾文的《物種起源》。他在書中提出，寒武紀和志留紀的三葉蟲是從生活在寒武紀以前的很長時間進化而來的，但為什么沒有發(fā)現(xiàn)寒武紀之前富含化石的地層，“這種現(xiàn)象令人費解，這可能會成為反對本學(xué)說的有力證據(jù)。”由于寒武紀大爆發(fā)假說突出了生命演化的快速性、偶然性和保守性，與達爾文進化論的漸進演變思想明顯沖突，因而成為演化生物學(xué)和古生物學(xué)領(lǐng)域研究和爭論的焦點。
“在達爾文之后，直到20世紀初在加拿大落基山脈寒武紀地層發(fā)現(xiàn)門類復(fù)雜的動物化石，這一現(xiàn)象仍沒有被當(dāng)作是快速演化事件來對待，而被認為是寒武紀之前地質(zhì)記錄缺失和化石記錄不完整造成的假象。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎介紹說，基于這種認識，進化論提出之后的百余年時間里，這一科學(xué)問題一直被認為是演化生物領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的古生物學(xué)謎題。
1984年7月1日，當(dāng)時還是中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究生的侯先光，在云南澄江帽天山西面山坡上發(fā)現(xiàn)了納羅蟲化石。隨后，包括林橋利蟲、云南鰓蝦、日射水母貝以及帽天山蟲等又陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，距今5.3億年前的“澄江生物群”就這樣首次呈現(xiàn)在世人面前。它們類型眾多，且十分珍稀地保存了動物軟體構(gòu)造，栩栩如生地再現(xiàn)了遠古海洋生命的壯麗景觀和現(xiàn)生動物的原始特征，以豐富的生物學(xué)信息為寒武紀大爆發(fā)研究提供了直接證據(jù)，在國際上被譽為“20世紀最驚人的發(fā)現(xiàn)之一”，為探索寒武紀生命大爆發(fā)的奧秘，開啟了一扇寶貴的科學(xué)之窗。
“從20世紀后期至今，對這些化石群的深入研究，正在為‘寒武紀大爆發(fā)是一次真實的生物快速演化事件’提供越來越多的證據(jù)。”早期即參與澄江生物群研究的陳均遠研究員說。
生態(tài)驅(qū)動假說正在刷新認知
進入21世紀，科學(xué)家們將研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)楹浼o大爆發(fā)的具體過程和幕后原因。為什么大約38億年前生命在地球出現(xiàn)之后，一直要到5.3億年前的寒武紀早期才發(fā)生復(fù)雜動物的快速爆發(fā)呢?
學(xué)者們認為，伴隨著動物起源和寒武紀大爆發(fā)，地球巖石圈、大氣圈和水圈也發(fā)生了一系列重大事件。首先是巖石圈板塊的劇烈運動，隨后又發(fā)生了新元古代晚期極端氣候變化“雪球事件”，這一時期地球各圈層劇烈變化和相互作用，可能導(dǎo)致了多細胞生物，特別是動物的快速起源和寒武紀大爆發(fā)。21世紀開始，在雪球事件假說帶動下，寒武紀時期生物與環(huán)境協(xié)同演化研究逐漸成為地球科學(xué)交叉研究的前沿。
“生命與環(huán)境的協(xié)同演化始終是相輔相成的連環(huán)過程。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員趙方臣告訴記者，地質(zhì)學(xué)家、演化生物學(xué)家、古生物學(xué)家、進化論學(xué)者對寒武紀大爆發(fā)的關(guān)注，主要集中在環(huán)境因素、生物自身即發(fā)育基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)因素和生態(tài)效應(yīng)三方面。
從新元古代晚期至寒武紀早期, 地表環(huán)境的劇烈變化, 必然會對地球生物演化產(chǎn)生深刻影響。同時, 生物作用又會積極地改造地表環(huán)境,從而又影響到生物的演化;在生物自身方面，動物多種多樣軀體構(gòu)型的發(fā)育構(gòu)建受基因調(diào)控網(wǎng)路的控制, 動物門類軀體構(gòu)型的演化，由基因調(diào)控網(wǎng)路的組成和結(jié)構(gòu)隨時間變化而定。它們也是動物發(fā)育演化的基本內(nèi)在因素，而且在寒武紀大爆發(fā)時期已經(jīng)形成。因此, 很多學(xué)者認為寒武紀大爆發(fā)是一種生態(tài)現(xiàn)象, 并提出不同的生態(tài)驅(qū)動學(xué)假說。“總之，隨著對世界各地生物群的深入研究，我們也在不斷刷新對寒武紀大爆發(fā)的認知。”趙方臣強調(diào)說。
延伸閱讀
揭秘寒武紀大爆發(fā)，中國科學(xué)家做了什么
不久前，西北大學(xué)的研究人員在我國湖北省宜昌市長陽土家族自治縣發(fā)現(xiàn)了距今5.18億年的寒武紀特異埋藏軟軀體化石庫，命名為“清江生物群”，這是進化古生物學(xué)界的又一突破性發(fā)現(xiàn)。在寒武紀大爆發(fā)的研究中，中國科學(xué)家一直在向前走。
早在新中國成立初期，我國科學(xué)家就通過地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查，基本摸清了中國主要構(gòu)造塊上寒武紀地層的基本情況，積累了大量古生物化石材料和數(shù)據(jù)。澄江帽天山發(fā)現(xiàn)之后，中國揭開影響世界寒武紀大爆發(fā)研究的高潮，在國際上取得了領(lǐng)先地位。由陳均遠研究員、云南大學(xué)侯先光教授和西北大學(xué)的舒德干教授共同領(lǐng)銜的“澄江生物群與寒武紀大爆發(fā)”項目，35年來描述報道了澄江生物群281種物種，歸屬20多個門級。
與此同時，科學(xué)家們在貴州凱里發(fā)現(xiàn)了凱里生物群，它們有大量與澄江動物群和布爾吉斯頁巖動物群共有的生物分子;在貴州都勻發(fā)現(xiàn)了動物胚胎化石，在甕安發(fā)現(xiàn)生物群中動物胚胎和微型成體化石。隨后，又于1997年在陜西南部寒武系底部寬川鋪組發(fā)現(xiàn)具有完整發(fā)育系列的動物胚胎化石。這一系列重大發(fā)現(xiàn)，首次揭示了早期動物的直接發(fā)育方式。
近20年來，隨著科研經(jīng)費投入不斷增加，我國科學(xué)家的研究重點從過去描述化石類型為主，轉(zhuǎn)向?qū)χ饕獎游镱惾旱钠鹪?、早期演化的系統(tǒng)學(xué)以及大爆發(fā)過程的研究，提出了寒武紀大爆發(fā)多幕式演化新模型。通過多學(xué)科交叉和國際合作，推進了全球寒武紀時期生物與環(huán)境協(xié)同演化的研究，產(chǎn)生了一系列重要成果。
“中國科學(xué)家在澄江生物群的研究中對寒武紀大爆發(fā)提出許多認識和見解，提出寒武紀大爆發(fā)呈階段性、蘑菇云式爆發(fā)模型，發(fā)現(xiàn)了極為重要的各門類化石演化證據(jù)。”趙方臣說，動物演化存在很多中間環(huán)節(jié)，這些演化中間環(huán)節(jié)的丟失，為重建系統(tǒng)樹帶來困難。澄江動物化石群處于爆發(fā)式模型的蘑菇云傘蓋部位，中國科學(xué)家的發(fā)掘、研究，為人類認識動物起源和早期演化提供了許多重要理論證據(jù)。雖然從古生物學(xué)研究的角度來看還有很多問題沒有解決，但寒武紀大爆發(fā)的謎題正在被層層揭開。
