1882年 达尔文在人生的最后一封信中谈到古三叶虫。达尔文写道,“今后如果有人对我的理论提出挑战,这很可能来自对寒武纪动物突然大量出现理论的解释。”
今年已经距离澄江动物群发现快25个年头了,澄江动物群的发现被《纽约时报》称为“二十世纪最惊人的科学发现之一”。2月12日,达尔文诞辰200周年的这一天,记者采访了中科院南京古生物研究所澄江动物群研究员,对于挑战了达尔文进化论的说法,朱茂林更愿意用“补充了达尔文进化论”的说法。 快报记者 戎华 安莹
不起眼的小山包埋藏着震惊世界的秘密
1980年,侯先光30岁。他是中科院南京古生物研究所的硕士研究生,经常去昆明等野外采集化石。
1984年的夏天,侯先光在导师张文堂的指导下,来到距离昆明市约80公里的帽天山上,采集寒武纪早期一种称为金臂虫的化石。他在大坡头、洪家冲、帽天山等地早出晚归地跑了几天,却没有采集到自己想要的化石。
7月1日清晨,天上下着小雨,侯先光和一个雇来的当地农民又来到帽天山。这天,他有意避开前几天走过的路,在帽天山的西坡选择了一条工作剖面。民工开始沿剖面逐层剥土取石,侯先光则不停地劈开岩石,寻找可能隐藏在里面的化石。
枯燥的劈石工作,一直持续到下午两点左右。侯先光有些疲惫,准备收工。就在收工的时候,他发现了一块化石。化石呈半圆形,长4-5厘米。认真打量后,侯先光确定这是一块自己从未见过的化石,是一种双瓣壳节肢动物的壳。
他为这一自己以前从未发现的新化石激动不已。正是这块化石标本敲响了澄江动物群发现的前奏。侯先光干得更欢了,下午三点左右,在他的地质锤下,奇迹发生了,一个栩栩如生的虫体出现在他眼前,侯先光失声惊叫:“纳罗虫!”因为下雨,化石湿漉漉的,古老的节肢动物栩栩如生,好像正在水底游动。纳罗虫,是一只曾在加拿大伯吉斯动物群(距今5.1亿年前)出现的古老节肢动物化石。
寂静的山上,空旷无人。突如其来的重大发现,让侯先光的双手一直不停颤抖。他好长时间都回不过神来:并不起眼的帽天山,已经有七八十年的研究历史,这里的岩石地层被认为已经研究得非常深入详尽,怎么竟然还隐藏着如此大的秘密!侯先光知道,纳罗虫的发现,意味着人类找到了沉睡了5.3亿年的寒武纪早期世界。
那天侯先光一直挖到天黑。晚上,他激动得难以入睡,在灯下,他反复观察着化石标本。那天晚上,侯先光在日记上这样写道:7月1日,小雨,在帽天山采到叶虾类化石。
接下来的几天,侯先光一边组织人员继续挖掘化石,一边写信给自己的单位,报告了野外工作的这一重大发现。
在随后的大量采集中,更多的寒武纪的化石浮出水面。节肢类、脊索类和水母、蠕虫,以及大量形状奇特的奇虾类、叶足类生物200多种,分属20多个高级生物门类。“几乎现今生物的所有门类在澄江生物群中都可以找到其远祖。”现为中科院南京古生物研究所研究员的朱茂炎说。
侯先光是张文堂教授的学生。1985年,两人在《古生物学报》上发表了第一篇有关澄江生物群的论文——《纳罗虫在亚洲大陆上的发现》。
这篇论文当时并没有引起国际轰动。“1985年,中国处于改革开放的初期,论文影响小,1987年,针对澄江生物群的发现也召开过新闻发布会,不过谈到国际影响,还是到了1990年才引起国际社会的重视。”朱茂炎说。
世界著名古生物学家、德国的塞拉赫教授称:“澄江动物群的发现就像是来自天外的信息一样让人震惊。”美国《纽约时报》称:“中国澄江动物群的发现,是本世纪最惊人的发现之一。”而侯先光成为了“20世纪最惊人发现之一”的发现者。
而当年,侯先光发现的第一块软躯体化石,现作为模式标本保存在中国科学院南京古生物研究所。
大风暴奇迹保存了5亿多年前的生物
澄江虽貌不惊人,如今在古生物学家看来,这里是一块圣地。
随着澄江动物群的发现,一个地球史上的惊人秘密被逐渐解开。
国家自然科学奖一等奖获得者、中科院南京古生物研究所研究员陈均远认为,如果将地球46亿年的历史压缩成一天,地球诞生于零点,大约凌晨4点时,最早的生命可能在地球上开始出现。大约在20-21点之间,夜幕降临,陆地之父“罗迪尼亚超大陆”裂解,裂解过程所诱发的火山事件和全球的降温,冰盖迅速扩展,最后使地球陆地和大洋为冰雪所覆盖。21点时,“雪球事件”消失,地球重新成为适合生命生存的乐园。只过了十几分钟,动物便开始了爆发式演化,古生物学家称之为“寒武纪大爆发”。在24点到来之前1分钟左右时间,哺乳类中出现了一个伟大的支叉——人类。
澄江动物群的发现证实了在5.3亿年前的寒武纪生命大爆发式的演化,绝大部分“门”一级动物突然之间出现在地球上,沉寂了40亿年的地球突然间热闹起来。这颗蓝色的星球终于有了生动的色彩。
在昆明当地,许多孩子的收藏品中,会找到侏罗纪的恐龙、泥盆纪的鱼和寒武纪的三叶虫。云贵高原对于研究化石的古生物学家来说,具有着深深的吸引力。
1999年,中国科学院“澄江古生物野外工作站”在帽天山上落成,以陈均远为首的课题组在当地安营扎寨是为了更好地研究澄江动物群。目前,澄江动物群采集来的化石已经多达3万件左右。为什么这么多的化石能在这里得到完好的保存呢?
1989年,朱茂炎到中科院南京古生物研究所念博士。他的第一篇博士论文就是以澄江化石保存为题。“澄江动物群能保存下来是个奇迹。一般情况下,动物死后如果没有特殊的埋葬条件,尸体很快会腐烂。所以,软躯体动物很难留下任何化石记录。澄江是靠近陆地的一个盆地。动物群能保存下来得益于大风暴造成的泥质流事件。”
“雨季的暴风雨过后,海岸上的泥流会沿着倾斜的海底斜坡流动,泥流所经之处吞没了沿途的生物,造成大规模集体死亡和快速埋藏事件。随着长期的地质成岩作用,它们变成薄薄的化石。正是因为这些特殊事件,澄江动物群的原始面貌才能够得到保存。”对于5亿多年前的生物软躯体构造居然能成为化石保存在岩层中,朱茂炎给出了这样的解释。
数百万年间,为什么几乎所有现有动物门类和已经灭绝了的各种复杂生物突发式地出现在寒武纪?朱茂炎说,这是现在的重点研究课题。
陈均远试图从生物内部发育演化机制找出答案,而一些研究人员则试图从地球环境的角度入手。有的环境研究者试图还原寒武纪时代的气候情况,得出结论:复杂生命爆发出现,重要的原因之一,是空气中氧气含量达到了复杂生命的存活水平。而寒武纪时代的氧气含量可能达到现在大气中氧气含量的10%。
巨无霸奇虾曾是海洋中最凶猛的捕食者
奇虾个头很大,最大个体可达2米以上,而当时大多数动物平均只有几毫米到几厘米。奇虾有一对带柄的巨眼,一对可以快速捕捉猎物的巨型前肢,美丽的大尾扇和一对长长的尾叉。它虽不善于行走,但能快速游泳。
最完整的奇虾化石同样出现在不起眼的帽天山页岩中。
1992年帽天山修筑公路,推土机推出了一个巨大的断面。一只奇虾的前附肢的末端露了出来。由于好奇,中科院南京古生物研究所的周桂琴当场就修理起来。当完整的一对前附肢和头部显露之际,周桂琴兴奋得大喊。
第一块奇虾标本的现形,又引出了第三块完整奇虾的问世。其实,这“第三块”奇虾化石早在1990年就已被朱茂炎采集回来,但当初它怪异的形体让人迷惑,因而被冷落在办公室的托盘中。随着标本的修复,一个完整的凶猛的猎食者形象出现在人们眼前。
“奇虾的食谱可能包括其它食肉动物。大身体,大嘴巴,一对大捕捉器官,这些说明奇虾绝对不会只吃处于食物链最低位置的生物,因它爪太粗,抓取微小食物反而不是那么容易。奇虾可以称得上是海洋中的巨无霸,说明在寒武纪的早期海洋中已经建立起了由“金字塔”式食物链构成的复杂生态系统,巨型的肉食动物统治着寒武纪海洋。”朱茂炎说。
如同陆地上曾经的统治者恐龙一样,奇虾也早已灭绝了。究竟它是在什么时候,因为什么永远从地球上消失的?这成了一个还没解开的谜。
人类源于海口虫?
在帽天山发现的动物标本中,海口虫是最重要的发现。它被认为是人类进化的起点。
海口虫形状丑丑的,身体像条文昌鱼一样,长不过几厘米,在危机四伏的海洋中,它显得有些弱小。海口虫演化的潜能何在,它为什么能逃过奇虾或者其它食肉动物的追杀,逐渐演化出鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类(含人类)的?
在海口虫之前,澄江发现的最重要的动物门 ——脊索动物门里只有云南虫一个单种属。云南虫是无脊椎动物与脊椎动物之间最典型的过渡型动物。
1999年4月,海口虫被发现。在昆明海口耳材村后的山坡上,陈均远的学生黄迪颖在一个月的时间内就发现了300多条类似云南虫的虫子。
当这些虫子一一被清理出来放到显微镜下,一个景象出现了。这些虫子的外观与云南虫有很大的不同。它们有明确的头,上面长着眼睛;有心脏,有腹背动脉,口腔前端有口须,咽腔内有细小的齿状构造,肛门后端还有分化的尾,腮弓长出了腮丝。尽管只具有原始的脊椎,但是更重要的是它的神经索前端膨大出一个三分脑。
一副清晰而漂亮的寒武纪大爆发最早期的、不容置疑的脊索动物的快照很快被勾勒出来。原来,脊椎动物在开始产生脊椎骨之前,已历经了漫长的演化过程。以海口虫为代表的三分脑的出现是这一演化最重要的起点。因而海口虫是包括人类在内的脊椎动物演化的起点。
加州大学Holland教授这样评价,海口虫的发现,是人类重塑地球生命历史的一项惊人成就。
为达尔文圆梦
帽天山的研究一直在进行着。
澄江动物群所展示的演化模式与达尔文所预示的完全不同,这个发现的公布,曾经引起争议。既然生命是在寒武纪突变出现,那达尔文进化论还成立吗?
科学家们如今认为,寒武纪生命大爆发实际上并不是瞬间的爆发性变化,而是一种生物突变的过程,在地质时代上,它的相对时间极短而已。对于澄江动物群研究专家朱茂炎来说,他更愿意用“补充了达尔文进化论”的说法。他认为达尔文的进化论学术地位是毋庸置疑的,但是演化的过程并不一定是渐变。在生命的演化中,渐变也许不是主流,充满了快速突变的过程,而有的时候突变在生命演化中是决定性的。
2006年6月16日《科学》杂志刊登了陈均远的最新文章,文章题目比较专业《中国西南部前寒武纪具极叶磷酸盐岩化胚胎化石研究》。立场却是明确的。陈均远称,他所领导的研究小组“圆了达尔文的梦”,他们找到了前寒武纪动物早期演化的有力证据。
1859年,达尔文的《物种起源》发表后,就不断受到学者的质疑和神学家的猛烈攻击。其中最令达尔文及追随者头疼的是:在地球上没有发现任何寒武纪之前的生物化石,但到寒武纪却突然出现了三叶虫等复杂生命。这里明显缺失了一段重要的生物的演化过程。达尔文猜想:前寒武纪的生物化石不是没有,而是可能还没有被发现。
陈均远把世界上目前发现的最早的动物化石从5.3亿年前上溯了5000万年,推到了5.8亿年前,从而有力地消解了达尔文进化论中留有的“为什么动物一夜之间突然诞生”的疑惑。