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第00006版:周末特刊·旅行
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· 化石中有多少生命之谜
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2006年5月14日     收藏 打印 推荐 朗读 评论 更多功能 
破解 地球生命的“天书”
  1882年4月,英国伦敦的一个雨夜。一位老人在弥留之际对身边的人说:“我一点也不怕死,我只是难过,我已经没有气力把我的研究进行下去了。”说完这句话不久,这位注定影响世界的老人查尔斯·达尔文,在他的著作《物种起源》发表23年后,安详地离开了人世。

  《物种起源》1859年11月问世。书中第一次放弃了用上帝创世说来限制物种的可突变性的观点,开创了生物学发展史上的新纪元。

  但是,由于进化论与当今进化生命学科三大难题中的两个,即生命的起源和人类的起源相关,其本身也必定存在着自己的困难。达尔文以为一定能发现从一类生物进化到另一类生物的过渡类型化石,至今却没有发现。相反,早期地层中无数结构复杂的动物化石的突然出现,却向他的渐变观提出了挑战。

  达尔文也意识到了这种问题的存在,因此,他在《物种起源》一书中说:“今后如果有人对我的理论进行挑战,这很可能来自对寒武纪动物突然大量出现的理论解释。”

  (一)

  “寒武纪”是地质史上的一个年代,期间大约是5亿4千多万年前至5亿1千万年前,比恐龙兴盛的侏罗纪还要早3亿多年。因英国的一座小山而得名,它的名称并不含有特殊的意义,但它却是一个特殊的时代。这个时代不仅困惑了达尔文,也困惑了达尔文以来的一个多世纪。

  5亿多年前,中国云南澄江还是一片浩瀚的海洋。然而,在经过漫长的沉寂之后,澄江帽天山,这座貌不惊人的小山包,如今不仅是众多旅游者的胜地,更是无数古生物学家的天堂。就在这个地方,曾经藏匿着有关地球生命史上一个惊人的秘密。20世纪末,这个秘密被发现,一部无字天书被打开……

  在云南省昆明市东南方50多公里的地方有一座小城。境内有著名的抚仙湖,湖水清澈纯净,可直接饮用,小城也由此而得名澄江。

  早在19世纪末,法国有关学者就对滇东地区进行了地质古生物调查,确定了包括澄江在内的寒武纪地层,并出版了研究专著。上世纪三、四十年代,中国地质古生物学家卢衍豪、何春荪等也先后来到云南,对昆明等周边地区的地质进行了详细的描述。

  我们在中国科学院南京地质古生物研究所的档案室查阅当年的有关资料时,意外地找到了地质前辈何春荪先生1942年在澄江调查磷矿而写的有关帽天山的论文资料。他在这篇文章中写到“在帽天山页岩系从下至上均含有一类小型低等生物化石,经中山大学地质系主任杨遵仪教授鉴定为高肌虫”。

  现今已90多岁的杨遵仪院士依然清楚地记得当时的情况,他回忆说:“我们只在附近看到前寒武纪的冰积层,可当年没有发现什么化石,因为我们没有做详细的剖面,帽天山那一带都没有碰到。当时还没有什么发现,碰巧何春荪给我拿来一块化石,鉴定的时候,我看那实际上是Bradoriids,就是高肌虫。”

  此后的40多年,来到澄江读解地层的古生物学家也不计其数。但是,谁也料想不到一本破解地球生命的天书,就埋藏在澄江这座不起眼的帽天山下。

  对现已是云南大学教授的古生物学家侯先光而言,1984年他在澄江的那次重大发现,至今还使他无法平静。每当说起他的第一次发现,他都显得有些激动。他说:“软体化石是我们搞古生物研究者梦寐以求的。但是到哪里去找呢?到哪里去发现呢?作为我,连做梦都不可能梦想轮到我的头上。”

  1984年6月,时为中科院南京地质古生物研究所的研究生侯先光为了高肌虫化石研究项目的需要,来到云南。在澄江的野外勘查后,侯先光首先在洪家冲剖面工作了数天,该剖面因断层致使地层缺失,侯先光不得不重新选择剖面。于是,侯先光把工作转移到了帽天山。

  那天下着小雨,他和雇的民工踏着泥泞的山路,来到帽天山。沿着与前几天踏看时不同的行走路线作了详细的观察,最后在帽天山的西山坡选择了一条工作剖面。

  沿着剖面,民工不停地逐层剥土取石,侯先光则不停地劈石寻找高肌虫化石。当工作到下午约两点钟的时候,意外地发现一块呈半圆形的化石。不一会儿又发现一块半长椭圆形化石,不长的时间,发现了两类以前从未见过的新的化石。

  此时,年仅34岁的侯先光浑然不知超乎他想像的惊人秘密正一步一步向他靠拢。

  民工不停地在原地挖山取石,大块石头被挖出,堆放在坑的边缘。突然,一块栩栩如生的化石暴露在湿漉漉的岩石劈开面上。这块标本4至5厘米长,身体由前、后两个背壳组成。这立即使侯先光认识到原来的所谓“两类新化石”的发现实际上是同一个动物的前、后两个背甲。向前摆动的腿肢对称地分布在背甲之下,似乎在潮湿的岩层面上漂浮。这块完整的保存软体附肢标本的突然发现,使侯先光惊愕异常,拿标本的双手不由自主地抖动不停。

  他回忆道:“当劈开的时候,石头还湿漉漉的,劈开的岩石面也是湿漉漉的。当时我的感觉,那块化石就是在水里漂着一样,就像看一幅美丽的图画一样。”侯先光想到加拿大布尔吉斯页岩化石又统称为“叶虾类”化石,于是他在自己的工作日记上,记下了7月1日“叶虾类化石的发现”这重要的一天。

  之后,立即展开了大规模的采集,又发现了大量保存完好的节肢类、脊索类以及水母、蠕虫、海绵,以及大量的形状奇特的奇虾类、叶足类生物80多种,分属40多个高级生物门类。这次的野外工作收获非常大,在帽天山就采集了3大箱化石标本。7月底,侯先光抑制不住激动心情,在野外分别给所领导及有关同事写信,报告了野外工作的这一重大发现。

  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地质古生物研究所。

  (二)

  1985年,侯先光与其导师张文堂教授在中国的古生物学报上发表了第一篇有关澄江动物群的题为《娜罗虫在亚洲大陆上的发现》的研究论文,向世界宣布中国的重大发现,揭开了以后20年让世人不断惊讶的序幕。

  随后,一系列的野外发掘和研究工作由此开始。不断的发现和探索,将5亿3千万年前的生命世界展现了出来。并引起了各国科学界的极大关注,很多研究者认为,澄江动物群的出现是寒武纪生命大爆发最有力的证据。

  现在地球上总共有30多个门类的生物,而中国澄江化石群在30多个化石点中,就已经发现了20多个门类一级的生物。这一发现表明,寒武纪早期生命爆发式的出现,比人们原来想像的还要突然得多。在数万块100多种动物的化石中,它们分属于海绵、腔肠、蠕形、节肢等动物门类,大多数都是以前从没有发现过的,科学家就用采集地、采集人来命名,如云南虫、帽天山虫、抚仙湖虫等等。在所发掘的所有化石标本中,还有许多无法归类的生物,它们很多可能代表许多早已灭绝的各种生物类别。

  多腿缓步类动物是已经绝灭了的门一级生物类别,以前在加拿大布尔吉斯发现了它的一些化石残片。它到底是什么东西?后来,科学家根据残存的一些网状骨片构造取名“微网虫”。几十年来,科学家一直不知它是完整的动物还是动物身上的骨骼碎片。如是动物身体的一部分,那么它是什么样的动物?

  1989年,当真正完整的微网虫化石在澄江帽天山出现时,令它的发现者、中国科学院南京地质古生物研究所陈均远教授大吃一惊。陈教授说:“令我震撼的就是微网虫出现了。微网虫是很奇怪的,它身上那个骨片,一片一片的,而且像三叶虫的复眼一样。身体边上都长着这个,这种骨片上有很多眼,很多洞,100多个眼,这种骨片是不容易保存的。”

  微网虫完整化石的发现,令科学家大跌眼镜。原来,困惑了古生物学界几十年的那些骨片,就长在一个蠕虫一样的生物体内,身体两旁。微网虫是绝灭了的多腿缓步类动物。身体长4到6厘米,头短而小,尾长。其腹部两侧具有成对的腿,不善行走,用带爪的腿攀附在其它生物体上,是澄江动物群的珍稀化石。

  1992年,澄江帽天山北坡修筑公路,推土机推出了一个巨大的断面,最完整的奇虾化石终于显形了。

  奇虾的第一块化石早在1892年发现于加拿大。其实这只是奇虾的一个前肢,当时却被人们错误地认为是某种虾状动物的身体,但令人困惑的是,总找不见虾头。于是,10年后,一位古生物学家又将“虾状动物”的前端接上了一个假想的虾头。后来,1909年在布尔吉斯又发现了奇虾的带有环状牙齿的口部,但又被错当成水母状生物,而其他部位又错当成了其他的生物。

  直到在澄江帽天山发掘出3块最完整的奇虾化石,才使古生物学上长达一个世纪的误解终于被彻底澄清。

  奇虾是巨型肉食动物,头背部有一对茎状眼,口腔前侧有一对强壮的用于捕捉猎物的巨形前肢。根据其化石碎片推测,这类动物体长可达两米以上,而当时动物的平均大小却只有几毫米到几厘米。奇虾的出现,标志着在寒武纪初期,海洋的生态系统已经有了相当完整的金字塔式的食物链系统,有处在底部众多的植物生产者如藻类、泥食性微小动物高肌虫等,而奇虾就是位于这个金字塔顶端的生物。正如陈均远教授所说:“奇虾的发现,它不光是个体大,它还专门吃大的、活的生物,显然那个大的活的生物,它还在吃比它更小的生物,就是大鱼吃小鱼、小鱼吃小虾的这么一个基层的金字塔体系,在那时应该就建立了。由于食物链的出现,又成了进化的一个动力。”

  (三)

  令人叹为观止的是,澄江动物群化石,百分之九十五以上是世界其他地方难得一见的带有软躯体构造的化石。不仅动物骨骼得以完好地保存,而且如表皮、纤毛、附肢、消化道、神经、脑等软组织,甚至连残存在胃肠中“最后的晚餐”都清晰可辨。五亿多年前生物的软躯体构造居然能成为化石而保存在岩层中,这是澄江化石最为独特之处。

  5亿3千万年前,云南昆明地区在寒武纪古地理位置是属于扬子板块的西南边缘浅海地区。科学家根据重建的古地理图得知,当时昆明周边地区大约位于地球的北纬15度,这一纬度比现在中国的海南省地理位置还要靠南一些。

  正是这个原因,温暖的气候,含矿质的海水,使蠕虫、水母、节肢动物等多门类动物大量出现。

  1991年,侯先光教授在澄江帽天山发现了一种蠕虫状动物化石,命名为“云南虫”。当初,由于某些特征难于解释,它被放在分类位置不定的蠕形动物。

  4年后,南京地质古生物研究所陈均远教授在英国《自然》杂志上首次提出云南虫应该属于脊索动物的论证,这个论点将脊索动物的演化起点从寒武纪中期往前推了1千5百万年,拉开了探索它们的神秘面纱。

  对云南虫属性的争论还没有结束,但是,对云南虫的论证却为研究脊椎动物的起源提供了新的依据,人类很可能就是从这时开始了自身的演化历史。

  科学的争论往往是科学发现的契机。1999年4月,陈均远等学者在昆明海口镇耳材村的山坡上发现了云南虫的近亲“海口虫”,把澄江动物群的研究推向了高潮。陈均远教授说道:“我们最大的幸运就是在海口或在澄江发现了这类生物,就是处于无脊椎向脊椎过渡的一个中间类型化石。最早,我们发现的云南虫就是这个过渡,但云南虫为什么没有引起高度重视,因为化石太少,它里面提供的解剖信息不够。那么,海口虫的发现就使情况大有改观,因为它数量很多,300多块,保存也比原来所发现的云南虫要好得多。我们逐步对海口虫的认识升华到脊椎动物起源的某些重大问题。”

  海口虫向世人提供了一幅清晰的大爆发早期的、不容置疑的脊索动物的快照。同年11月,西北大学舒德干等学者又在昆明海口地区发现了保存极为完善的“昆明鱼”化石,再次引发科学界的大震撼。

  谈到“昆明鱼”化石的发现,舒德干教授激动地说:“我们在野外找着昆明鱼时,是我的一个博士生组织的一帮野外作业工人。找着的时候都没有认识到,觉得可能是一个普通的云南虫。这个化石因为是活埋的,只有中间一段是平行于层面,头是栽下去的,尾巴是翘上来的,所以在层面上看不见。那么,化石一修理出来呢,一个活灵活现的活埋的鱼,就是在死亡之前,还经过挣扎,头扎在泥巴底下,尾巴翘在上面。中间有肌节,下面我们也检预出它的偶鳍,前面有它的微型腔,微型腔前面又有鳃囊,鳃囊前面有个可能的眼睛,这样一系列最低等脊椎动物的基本构造特征,就展现在我们的面前了。”

  几十年来,在进化生命科学中,一直存在着激烈的争论,“寒武纪大爆发”是一次真实的生物大爆发事件,还是由于寒武纪初生物开始形成骨壳而造成的大量化石突然涌现的假象?古生物学界一直众说纷纭,莫衷一是。

  直到中国澄江动物群的“海口虫”、“昆明鱼”等珍奇化石的发现,才使古生物学界形成了共识。在前寒武纪末期至寒武纪初期,地球上确实发生了一次生物门类大创新事件,而且,现今的动物界无脊椎动物和脊椎动物两大类都参与了这次大爆发事件。

  澄江动物群是地球早期生物演化实例的一大奇迹,这部天书为人类窥视最古老的生命提供了丰富的资讯。目前,中国政府已把澄江帽天山地区定为“国家地质公园”,联合国教科文组织也把澄江动物群产地作为世界遗产遗址的候选点。

  

  (中央电视台探索·发现栏目供稿)

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