寒武紀(jì)大爆發(fā)我們離謎底越來越近

趙漢斌

生命究竟怎樣起源的？原始的脊椎動(dòng)物和我們有什么關(guān)系？人類一直在探索。

2019年11月，130余名國內(nèi)外專家學(xué)者聚首云南澄江，共同紀(jì)念澄江生物群發(fā)現(xiàn)35周年，交流寒武紀(jì)大爆發(fā)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展。澄江生物群與寒武紀(jì)大爆發(fā)再次引發(fā)關(guān)注。

寒武紀(jì)大爆發(fā)曾被認(rèn)為是古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案，自達(dá)爾文提出進(jìn)化論以來就一直困擾著學(xué)術(shù)界。寒武紀(jì)大爆發(fā)是否真實(shí)存在？人類為何要關(guān)注那些古老的生物？

與達(dá)爾文的漸進(jìn)演變思想明顯沖突

在距今約5.3億年的寒武紀(jì)早期，包括脊椎動(dòng)物在內(nèi)的幾乎所有動(dòng)物在短短幾百萬年的時(shí)間里快速登場(chǎng)，節(jié)肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動(dòng)物等一系列與現(xiàn)代動(dòng)物形態(tài)基本相同的動(dòng)物，在地球上“集體亮相”，形成了多種門類動(dòng)物同時(shí)存在的繁榮景象。這一快速的生命演化事件，被稱為“寒武紀(jì)大爆發(fā)”。

寒武紀(jì)大爆發(fā)這一重大科學(xué)問題，最早源自達(dá)爾文的《物種起源》。他在書中提出，寒武紀(jì)和志留紀(jì)的三葉蟲是從生活在寒武紀(jì)以前的很長時(shí)間進(jìn)化而來的，但為什么沒有發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)之前富含化石的地層，“這種現(xiàn)象令人費(fèi)解，這可能會(huì)成為反對(duì)本學(xué)說的有力證據(jù)”。由于寒武紀(jì)大爆發(fā)假說突出了生命演化的快速性、偶然性和保守性，與達(dá)爾文進(jìn)化論的漸進(jìn)演變思想明顯沖突，因而成為演化生物學(xué)和古生物學(xué)領(lǐng)域研究、爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

“在達(dá)爾文之后，直到20世紀(jì)初在加拿大落基山脈寒武紀(jì)地層發(fā)現(xiàn)門類復(fù)雜的動(dòng)物化石，這一現(xiàn)象仍沒有被當(dāng)作是快速演化事件來對(duì)待，而被認(rèn)為是寒武紀(jì)之前地質(zhì)記錄缺失和化石記錄不完整造成的假象。”中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎介紹說，基于這種認(rèn)識(shí)，進(jìn)化論提出之后的百余年時(shí)間里，這一科學(xué)問題一直被認(rèn)為是演化生物領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的古生物學(xué)謎題。

1984年7月1日，當(dāng)時(shí)還是中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究生的侯先光，在云南澄江帽天山西面山坡上發(fā)現(xiàn)了納羅蟲化石。隨后，林喬利蟲化石、云南鰓蝦化石、日射水母貝化石以及帽天山蟲化石等陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，“澄江生物群”就這樣首次呈現(xiàn)在世人面前。它們類型眾多，且十分珍稀地保存了動(dòng)物軟體構(gòu)造，栩栩如生地再現(xiàn)了遠(yuǎn)古海洋生命的壯麗景觀和現(xiàn)生動(dòng)物的原始特征，以豐富的生物學(xué)信息為寒武紀(jì)大爆發(fā)研究提供了直接證據(jù)，在國際上被譽(yù)為“20世紀(jì)最驚人的發(fā)現(xiàn)之一”，為探索寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的奧秘開啟了一扇寶貴的科學(xué)之窗。

“從20世紀(jì)后期至今，對(duì)這些化石群的深入研究，正在為‘寒武紀(jì)大爆發(fā)是一次真實(shí)的生物快速演化事件提供越來越多的證據(jù)?！痹缙诩磪⑴c澄江生物群研究的陳均遠(yuǎn)研究員說。

生態(tài)驅(qū)動(dòng)假說正在刷新認(rèn)知

進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)家們將研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)楹浼o(jì)大爆發(fā)的具體過程和幕后原因。為什么大約38億年前生命在地球出現(xiàn)之后，一直要到5.3億年前的寒武紀(jì)早期才發(fā)生復(fù)雜動(dòng)物的快速爆發(fā)呢？

學(xué)者們認(rèn)為，伴隨著動(dòng)物起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)，地球巖石圈、大氣圈和水圈也發(fā)生了一系列重大事件。首先是巖石圈板塊的劇烈運(yùn)動(dòng)，隨后又發(fā)生了新元古代晚期極端氣候變化“雪球事件”，這一時(shí)期，地球各圈層劇烈變化和相互作用，可能導(dǎo)致了多細(xì)胞生物，特別是動(dòng)物的快速起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)。21世紀(jì)開始，在“雪球事件”假說的帶動(dòng)下，寒武紀(jì)時(shí)期生物與環(huán)境協(xié)同演化研究逐漸成為地球科學(xué)交叉研究的前沿。

“生命與環(huán)境的協(xié)同演化始終是相輔相成的連環(huán)過程?！敝袊茖W(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員趙方臣說，地質(zhì)學(xué)家、演化生物學(xué)家、古生物學(xué)家、進(jìn)化論學(xué)者對(duì)寒武紀(jì)大爆發(fā)的關(guān)注，主要集中在環(huán)境因素、生物自身即發(fā)育基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)因素和生態(tài)效應(yīng)三方面。

從新元古代晚期至寒武紀(jì)早期，地表環(huán)境的劇烈變化，必然會(huì)對(duì)地球生物演化產(chǎn)生深刻影響。同時(shí)，生物作用又會(huì)積極地改造地表環(huán)境，從而又影響到生物的演化;在生物自身方面，動(dòng)物多種多樣的軀體結(jié)構(gòu)的發(fā)育構(gòu)建受基因調(diào)控網(wǎng)路的控制，動(dòng)物門類軀體結(jié)構(gòu)的演化，由基因調(diào)控網(wǎng)路的組成和結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化而定。它們也是動(dòng)物發(fā)育演化的基本內(nèi)在因素，而且在寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期已經(jīng)形成。因此，很多學(xué)者認(rèn)為寒武紀(jì)大爆發(fā)是一種生態(tài)現(xiàn)象，并提出不同的生態(tài)驅(qū)動(dòng)學(xué)假說。“總之，隨著對(duì)世界各地生物群的深入研究，我們也在不斷刷新對(duì)寒武紀(jì)大爆發(fā)的認(rèn)知。”趙方臣強(qiáng)調(diào)說。