科技视点·寒武纪化石宝库:清江生物群

发布时间:2019-09-17

  历经12个春秋,我国科学家在古生物学研究领域取得一项重大突破——发现“寒武纪化石宝库”。

  前不久,西北大学早期生命与环境创新研究团队张兴亮、傅东静等人,在《科学》杂志首次公布他们的研究成果:在中国湖北宜昌长阳地区发现了距今5.18亿年的寒武纪特异埋藏软躯体化石库——清江生物群。

清江化石库工作现场。
西北大学供图

  “清江生物群是令人震惊的科学发现!”国际著名古生物学家Allison C·Daley在《科学》杂志同期刊发的题为“寒武纪化石宝藏”的评论中指出:“其化石丰富度、多样性和保真度世界一流,科学价值巨大。后续研究将有望填补我们对于寒武纪大爆发的认知空白并解决动物门类起源演化方面一系列科学问题。”

  寒武纪生命大爆发之谜至今没有破解

  在不到地球历史1%的时间诞生了绝大多数动物门类,曾令达尔文感到困惑

  大约5.42亿年前到5.3亿年前这段时间,被科学界认为是寒武纪的开始时间。在这1000多万年时间内,寒武纪地层突然出现了门类众多的无脊椎动物化石;而在早期更为古老的地层中,长期以来却一直没有找到明显的祖先化石。这一现象被称作寒武纪生命大爆发,简称寒武纪大爆发。

  寒武纪大爆发被称为自然科学研究领域的一大“悬案”,在不到地球历史1%的时间诞生了绝大多数动物门类,曾令达尔文感到困惑。

  “要破解寒武纪大爆发的奥秘,除了科学猜想,更需要发现恰当的科学观察窗口——化石库,以找到可靠的化石实证。”张兴亮教授介绍说,1909年以来相继发现的加拿大布尔吉斯生物群、中国云南澄江生物群,就是科学家梦寐以求的珍贵化石库。

  布尔吉斯页岩型化石库最早在1909年发现于加拿大落基山脉寒武纪中期的布尔吉斯页岩中,并因此得名。这一化石库长期在古生物学和进化生物学研究中独领风骚。相较于常见的类似保存着脊椎动物骨骼的硬体化石库,布尔吉斯页岩型化石库不仅可以保存动物骨骼以外的组织、器官等软体形态,更可以保存诸如水母、海葵等软躯体生物。这为探寻寒武纪大爆发的演化模式和强度以及构建动物生命树的基本结构,提供了绝佳的化石记录。

  自布尔吉斯页岩型化石库发现100多年来,此类化石库在全球各地已发现50余个。但按照化石保存质量的优劣及化石物种多样性等标准来看,仅有加拿大布尔吉斯页岩生物群和1984年发现的澄江生物群,成为“理想的顶级研究目的地”。

  其中,澄江生物群发现35年来,已在数十万件化石标本中发现了超过280个物种,相关研究成果28次登上《自然》《科学》和《美国科学院院报》等三大科学期刊,成为我国唯一化石地世界自然遗产。

  尽管如此,寒武纪大爆发仍存在很大的认知空白,动物门类起源演化方面还有许多未解之谜。于是,找到下一个“理想的顶级研究目的地”,就成为国际古生物学界的一大梦想。

  敲出了半只林乔利虫

  一个巨大的寒武纪化石宝藏逐渐显露真容

林乔利虫。
西北大学供图

  宜昌市长阳县地处鄂西南山区,位于长江和清江中下游,寒武纪地质层分布广泛。

  2007年暑假,湖北的天气异常炎热。张兴亮带领傅东静、刘伟、代韬等研究生到长阳地区进行考察。

  “当时的目标层位是石牌生物群,它比澄江生物群的出现时间稍晚,年龄更轻。”傅东静回忆说,“大家像往常一样,取出地质锤叮叮哐哐地敲。很快,张兴亮老师就找到了拇指长的半只虫化石——林乔利虫。”

  林乔利虫是布尔吉斯页岩化石库很有代表性的一种“虾”状节肢动物。紧接着,踏勘队还在这个位置找到了纳罗虫。而在1984年侯先光教授发现澄江生物群的时候,第一个发现的化石正是纳罗虫。

  随后的12年里,西北大学早期生命与环境创新研究团队长期坚持野外发掘和室内研究,一个巨大的寒武纪化石宝库逐渐显露真容。

  “有人说我们运气好,但实际上,在发现这只林乔利虫之前的十几年间,张兴亮老师寻找这种化石群已经走遍了全世界。幸运总是降临在有心的人身上,不是吗?”傅东静说。