作者:王晨绯 来源:中国科学报 发布时间:2013-10-22 10:05:38
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化石不再孤独
寒武纪时代动物已具备惊人“好视力”
 
■本报记者 王晨绯
 
穿越寒武纪
 
5.2亿年前的寒武纪时代,动物已具备惊人的“好视力”。
 
这是最近中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)的发现。一块从寒武纪“穿越”而来的澄江生物群中节肢动物灰姑娘虫(一种节肢动物)化石完整保存了高度发达的复眼,它由2000多个小眼组成,其中由相对大的小眼组成了光敏锐带。而现代节肢动物螃蟹的复眼也仅仅只有1000个左右的小眼,那个时候的灰姑娘虫,比现在的虾类、螃蟹类的动物视力要好得多。
 
眼睛的起源与演化一直是科学界为之着迷的科学问题,动物眼睛的出现和快速演化也被认为是推动动物“寒武纪大爆发”这种快速演化的驱动力之一。眼睛具有令人费解的精细结构和扑朔迷离的演化历程,灰姑娘虫高度发达的复眼为这种假说提供了有力支持。
 
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。
 
自达尔文以来寒武纪生命大爆发谜题就一直困扰着研究生物进化理论的学术界。按照生命演化的过程,地球历史通常被分为隐生宙和显生宙。其中隐生宙大概从地球形成的46亿年前到5.4亿年,这一阶段的地球仅仅出现一些低等的微观生命;而显生宙则从5.4亿年前一直到现在,这一阶段生命进化到宏观而复杂的多细胞动植物。而它的划分界线,则是“寒武纪生命大爆发”。
 
古生物学用“大爆发”来形容在寒武纪开始后(5.4亿年前)的短短数百万年时间里,包括几乎所有现生动物类群祖先在内的复杂多细胞生命“同时”“突然”地出现这一快速的生物演化事件。
 
这枚灰姑娘虫化石是最早的关于动物复眼的科学证据,表明在寒武纪各门类动物快速出现的同时,敏感的动物神经系统也已经演化到惊人的发达阶段。
 
作为该发现的主要研究者之一,南古所研究员朱茂炎认为,除了该块化石以外,以昆明海口地区化石为代表的澄江生物群的物种组成和群落结构特征表明,寒武纪早期不仅出现了丰富多样的动物门类,动物生活方式和食性也高度多样化,占据各种生态位,证实了寒武纪早期物种间高强度捕食压力的存在,形成了由多层次营养级结构构成的金字塔式复杂食物网(链)。
 
“这是一个快速建立的过程,从寒武纪大爆发开始只有短短几百万年,动物形态和生态系统等比我们想象的更加复杂化。动物的生活方式、习性和食性等生态学特征与现在生物群落很接近。因此,寒武纪大爆发不仅是动物造型的大爆发,也是生态空间的大扩张和复杂生态系统的快速建立的过程。”他兴奋地告诉记者。
 
回到澄江
 
云南的澄江生物群是迄今为止全球寒武纪最早的布尔吉斯页岩型特异埋藏化石群,以大量精美保存的软躯体后生动物化石而举世闻名。
 
澄江生物群展示了5.2亿年“寒武纪大爆发”时期奇妙的海洋生物面貌,是研究“寒武纪大爆发”演化事件最为重要的化石宝库之一,其原产地“帽天山”2012年被联合国教科文组织列为世界自然遗产保护名录。
 
澄江生物群经过几代中国古生物学家近20多年的不断研究,为深化生物进化理论作出了重要贡献,确立了我国在“寒武纪大爆发”研究领域的世界学术地位。为此,澄江生物群的研究2003年曾获得国家自然科学奖一等奖。
 
灰姑娘虫的“伯乐”,南古所副研究员赵方臣在2004~2009年,对澄江生物群的化石产地昆明海口连续进行了系统化石发掘。
 
“因为澄江化石多数都是1~2厘米的小化石,大的可达10厘米,采集时要非常细心。”赵方臣捧着每一块岩石细心地观察。
 
地处昆明海口附近的化石采集地是磷矿富集区,赵方臣的工作常常被磷矿老板非法干涉。
 
赵方臣曾带着国外合作者去采集化石,“当地一些无赖也会来刁难,无理由地要一些钱。他们认为在那么毒辣的太阳下作业的我们一定是富得流油。”其实,赵方臣他们的科研经费并不多。当地无赖索取无果,会直接抢过化石扔在地上破坏。
 
“在镇政府的协调下,挖掘工作得以顺利进行。”赵方臣6年一共获得了数万枚标本,其中为了研究群落生态学,定量化发掘一个50平方米左右的化石采坑,获得10组化石组合总共10238块化石个体。保存精美复眼构造的大眼睛灰姑娘虫就是其中一块,赵方臣精心收藏。
 
揭开古生命演化奥秘
 
“我国澄江化石宝库是世界上独一无二的,而且它的化石埋藏方式对于开展群落古生态研究更是难得。”赵方臣被寒武纪眷顾着。
 
在前辈陈均远、朱茂炎的带领下,他在寒武纪的海洋里寻找突破口。他们注意到,多年来澄江生物群大量研究都是以系统古生物学为主,无论野外化石发掘还是室内工作,主要针对化石解剖学和系统学研究,使得大量宝贵的化石生态学及其保存化石的岩石所提供的环境信息数据丢失。
 
“澄江生物群研究中有一个相对薄弱但又非常重要的研究方向没有人深入地开展。”赵方臣在和导师朱茂炎研究员商量博士期间的研究突破方向时,最后选择了澄江生物群古生态学和埋藏学研究。
 
赵方臣在导师的指导下采用新的化石采集手段,通过定量化的方法系统研究寒武纪早期特异化石群埋藏学、生物生活方式、功能形态、营养结构和生态空间等,以求更深入地理解了“寒武纪生物大爆发”事件的本质和发生机制。
 
“针对化石本身的研究在现阶段固然重要,也是仍然要坚持做的,但不能满足对整个寒武纪大爆发事件本质认识的需要,生态学上的多元数理统计方法和群落分析方法应用于澄江生物群研究,可能对澄江生物群古群落生态学研究有所突破,可能推动澄江生物群研究进入一个新的研究阶段。”朱茂炎正信心满满地推进下一个五年研究计划,在国家“973”计划的支持下,他们通过团队力量,计划采用新的技术和方法,从多学科入手,将化石发现潜入到纵深研究中。
 
朱茂炎的博士研究生导师陈均远研究员在澄江古生物化石群研究中曾作出巨大贡献,“老中青”三代携手,将5亿多年前寒武纪的生物景观再现,离早期动物起源与演化及其机制揭晓越来越近。
 
《中国科学报》 (2013-10-22 第5版 创新周刊)
 
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