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中國科學家《科學》上發論文 探5億年前生命爆發奧秘

2019年04月19日 09:27   來源:科技日報   參與互動參與互動
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  探尋5億年前“生命大爆發”的奧秘

  第二看臺

  近日,中國科學家在美國《科學》雜志上發表的論文《華南早寒武世布爾吉斯頁巖型化石庫——清江生物群》,再次引發了圈內圈外對研究地球早期生命演化和動物門類起源話題的廣泛關注。

  中國西北大學早期生命與環境創新研究團隊張興亮、傅東靜等人首次公布了他們在湖北宜昌長陽地區發現的距今5.18億年的寒武紀特異埋藏軟軀體化石庫——“清江生物群”。

  《科學》雜志在給媒體的簡介中說“揭示寒武紀之秘的新寶藏出土了。”英國《自然》雜志在報道中稱:“清江生物群打開了觀察壯觀寒武紀的又一個窗口,各種新的生物類群前所未見。”

  這個引發國際科學界不吝贊美之辭評價的突破性發現,到底打開了怎樣的“新寶藏”?

  古生物學“懸案”寒武紀大爆發

  “寒武紀生命大爆發”被稱為古生物學和地質學上的一大“懸案”。

  在距今5.4億年的早寒武世,地球生命演化史上出現了一次規模最大、影響最深遠的生物創新事件。在不到地球生命發展史1%的時間里迅速創生出了90%以上的動物門類。寒武紀地層突然出現了門類眾多的無脊椎動物和最古老的脊椎動物——“天下第一魚”昆明魚目化石。但是,在更為古老的地層中,長期以來沒有找到其明顯的祖先化石,這一現象被稱作“寒武紀生命大爆發”,簡稱寒武紀大爆發。

  該如何解釋在如此短的時間內突然涌現出如此之多的動物門類,一直困擾著學術界。于是,寒武紀大爆發與生命起源、智能起源等一起被列為“六大自然科學難題”。

  揭示寒武紀之秘的新寶藏

  “要破解寒武紀大爆發的奧秘,需要找到可靠的化石實證。而布爾吉斯頁巖型化石庫則是探索寒武紀大爆發的最佳窗口。” 論文第一作者傅東靜副教授說。

  布爾吉斯頁巖型化石庫,最早在1909年發現于加拿大落基山脈寒武紀中期的布爾吉斯頁巖中,并因此命名。百余年來,這類化石庫在全球各地已發現50余個,其中加拿大布爾吉斯頁巖生物群和1984年發現的我國云南澄江生物群最為著名,成為“理想的頂級研究目的地”。

  “清江生物群正是頂級的布爾吉斯頁巖型化石庫。后續挖掘、研究與保護將有可能為探索寒武紀大爆發這一重大科學難題提供多方面科學依據。”傅東靜說。

  據介紹,對清江生物群已經采集到的大量珍貴化石標本中的4351件進行初步研究后,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。而且,清江生物群中軟軀體生物居多,已發現的后生動物屬中,85%不具有礦化骨骼,絕大多數為水母、海葵等沒有骨骼的“基礎動物”。

  更令科學家驚喜的是,清江生物群的化石形態保真度很高,各類群動物保存栩栩如生,動物的眼睛、神經、內臟等軟體組織和器官的形態結構清晰可見。

  生物統計學的“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已知所有寒武紀軟軀體化石庫。

  提出三幕式寒武紀大爆發假說

  近年來,西北大學早期生命與環境創新研究團隊在中國科學院院士舒德干的帶領下,對澄江生物群及寒武紀大爆發進行了長期探索,取得了系統的創新成果。

  團隊在達爾文提出的地球生命呈“樹形演化”猜想基礎上,通過數十年的研究與實證,提出了“三幕式寒武紀大爆發假說”,勾勒出了寒武紀生命大爆發分3階段依次創生了基礎動物、原口動物、后口動物三大枝系的“動物大樹”的基本輪廓,進而首次構建了完整的早期動物譜系樹框架圖。

  “隨著日后研究工作的展開和深入,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。”舒德干院士說。

  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,代表了不同生態環境下的全新生物群落。“這一點從其超過半數以上的新屬種可以證實。因此,清江生物群后續的大規模發掘,將為發現和探索新的軀體構型和新的動物門類提供第一手材料。” 論文通訊作者張興亮教授說。

  更令中國科學家感到“幸運”的是:目前全球兩個保真度最高的布爾吉斯頁巖型化石庫——布爾吉斯和澄江,在埋藏之后分別經歷了高溫變質、風化作用等嚴重的地質改造,其樣本已無法用于深入開展埋藏學研究。而在清江生物群發現的軟軀體化石,奇跡般地以原生碳質薄膜形式保存了原始的有機質。

  因此,不僅在古生物學研究領域,清江生物群的發現,對于進化生物學、系統發生學以及埋藏學、古生態學、地球化學等交叉學科前沿研究方向,也具有非常特殊的價值。

  “清江生物群將為開展埋藏學和地球化學研究,進而開展深入的古環境研究提供理想素材。困擾學術界多年的動物軟體結構特殊埋藏機制問題,或將在清江生物群得到破解。”張興亮說。

  可以期待,隨著交叉學科研究的推進,中國的清江生物群會帶給我們更多:發現更多的問題,破解更多的奧秘……(據新華社)

【責任編輯:齊倩茹】
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