作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2018/6/25 9:17:42
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谁在地球上踩下第一个“脚印”?

 陈哲

日前,在中国三峡埃迪卡拉纪地层,发现距今5.4亿多年前动物足迹化石的消息引起国内外关注。化石的发现者是由中国科学院南京地质古生物研究所和美国弗吉尼亚理工大学组成的早期生命研究团队。

■本报记者 沈春蕾

在亿万年前的远古时期,原始动物在地球上留下了怎样的活动印记?日前,在中国三峡埃迪卡拉纪地层,发现距今5.4亿多年前的动物足迹化石的消息引起国内外关注。化石的发现者是由中国科学院南京地质古生物研究所和美国弗吉尼亚理工大学组成的早期生命研究团队。

早期生命研究团队成员、中科院南京地质古生物研究所研究员陈哲告诉《中国科学报》记者:“我们发现的具有附肢的后生动物形成的足迹,代表了地球上最古老的足迹化石。”

埃迪卡拉生物群“困境”

埃迪卡拉纪是多细胞生物演化的早期阶段,先后出现了蓝田生物群、瓮安生物群、庙河生物群和埃迪卡拉生物群,而埃迪卡拉生物群是全球分布最广、最为典型的化石组合。

埃迪卡拉生物群是寒武纪动物大辐射前夕最重要的复杂生物群,自20世纪40年代在澳大利亚首次发现以来,已经在全世界发现了30多处,但唯独在中国没有发现。

我国几代地质学家一直在努力寻找这一独特的生物群,终于在2011年的夏天,中科院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在三峡地区发现了埃迪卡拉生物群,陈哲就是当时的发现者之一。

他告诉《中国科学报》记者:“埃迪卡拉生物群虽然在世界上广泛分布,目前已报道超过了200种,但其生物属性和亲缘关系一直争议很大。”

多数学者认为,埃迪卡拉生物群是后生动物的早期代表,而有不同观点认为它们可能属于真菌、地衣、原生生物,甚至有些学者认为它们与现生的生物截然不同,是一次失败的演化实验,称之为“文德生物”。

这让埃迪卡拉生物群陷入“困境”。陈哲解释道,埃迪卡拉生物具有“分形”的特征,并非真正身体分节;绝大多数为底栖固着生长,缺少主动活动能力,没有头、尾、附肢、眼、口等其他两侧对称后生动物的特征。“这些生物至寒武纪几乎全部灭绝,在现生的门类中很难找到相似的生物。”

来自遗迹化石的线索

在寒武纪开始的2000多万年间,几乎大部分现生动物的门类已经出现,而在早期更为古老的地层中,长期以来没有找到其明显确切的祖先化石,似乎这些生物在寒武纪开始突然出现,称之为寒武纪生物大爆发。

而分子生物学证据显示这些生物门类出现的时间更早,两侧后生动物应该在埃迪卡纪就已出现。陈哲遗憾地说:“但是我们缺乏可靠的化石证据。”

目前,关于埃迪卡拉生物群研究的另一条古生物学线索,来自遗迹化石。

这里的遗迹化石是指地质历史时期的生物,在沉积物表面或沉积物内部产生的各种生命活动记录,也就是生物成因的沉积构造,包括足迹、移迹、潜穴、钻孔和粪化石等。

“遗迹化石与实体化石相比,它们的埋藏环境各有偏好。在埃迪卡拉纪由于生物多为软躯体,所以遗迹更容易保存为化石。”陈哲说,遗迹化石一方面可以提供生物体的体型特征,另一方面可以提供生物的行为学特征,这点在前寒武纪化石的研究中尤为重要。

陈哲说:“现生的动物门类繁多,我们见到的多数都是两侧对称的后生动物。而生物两侧对称的体制产生,是生物演化中非常重要的事件。”

两侧对称的体制即使动物形成了两侧对称——形成背腹、前后和左右之分,动物的运动从不定向趋向定向;神经系统和感觉器官也逐渐集中于身体前端,这些变化促进了动物头部化的产生;促进生物分节,为更高演化等级奠定了基础,使得动物对外界环境的反应更加迅速、准确。

早期生命研究团队开展此研究的目的就是探寻两侧对称动物的早期祖先,确定动物何时拥有了两侧对称的体型。

寻找造迹生物化石

一般的埃迪卡拉纪遗迹化石个体较小,以形态简单、不具有分支的平行层面的爬迹或潜穴为特征,主要由一些类似蠕虫类的软躯体生物形成。

“我们团队在三峡雾河地区长期进行埃迪卡拉生物群化石的挖掘工作,采集了大量的实体化石,同时也收集了丰富的遗迹化石。”陈哲回忆道,“2013年,我们发现了一块较好的遗迹化石,最大宽度近2厘米,个体较大,形态较为复杂。”

早期生命研究团队的化石点位于宜昌市三斗坪雾河村,这里埃迪卡拉纪地层分布广泛。陈哲说:“遗迹化石采集于灯影组石板滩段的灰岩中,与埃迪卡拉化石共生。”他还指出,雾河的化石具有V字形的序列,可见生物具有分化的附肢,而每个序列中的不同位置的凹坑,代表不同的附肢。

陈哲以节肢动物蟑螂为例,讲述了动物如何形成这些足迹。“蟑螂一侧两条腿和另一侧的一条腿形成三点支撑,其余附肢前移,交替前进,因此节肢动物的运动就形成一些形态特别的行迹。”

早期生命研究团队认为,三峡足迹的造迹生物可能是节肢动物或环节动物,而之前报道最早的具有附肢的动物的化石记录为寒武纪早期的遗迹化石。陈哲说:“我们的化石将这个记录提前到了埃迪卡拉纪。”

目前,三峡地区发现的化石是已知最古老的足迹,早期生命研究团队就此推断造迹生物可能是节肢动物、环节动物,或是它们的祖先,表明具有附肢的两侧对称后生动物在埃迪卡拉纪已出现,拉开了寒武纪大爆发的序幕。陈哲表示:“下一步,我们希望能早日发现实体化石。”

《中国科学报》 (2018-06-25 第6版 院所)
 
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