「化石寶庫」清江生物群 打開不雅察「人命大大爆發」又一個窗口

中國科學家在湖北長陽發現大量5億年前生物化石 「化石寶庫」清江生物群 打開觀察「生命大爆發」又一個窗口

2018年，西北大學地質學系的師生在湖北省宜昌市丹水河進行「清江生物群」化石挖掘。 新華社發

「清江生物群」中發現的新物種化石。

「清江生物群」中發現的葉足動物化石。

﹃清江生物群﹄中發現的水母化石。

「清江生物群」中發現的分枝藻類化石。

遙遠的5億多年前，地球上存在過哪些生物？曾令達爾文感到困惑的「寒武紀生命大爆發」到底蘊藏著哪些奧秘？

最近，中國科學家在全球知名的美國《科學》雜誌上發表的論文《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》雜誌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》雜誌在報導中稱：「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。」

5.18億年與12年：

「石海」找出兩萬多枚化石

清江「化石寶庫」漸露真容

2007年的暑假，西北大學地質學系教授張興亮帶著傅東靜等幾名研究生在湖北宜昌長陽地區進行野外踏勘。

一天傍晚，當他們沿著河邊行走時，一塊石頭引起了張興亮的注意。於是他們便拿出地質錘開始敲了起來，沒想到竟然在石頭中發現了拇指長的半只蟲化石。這個「蝦」狀節肢動物正是布爾吉斯頁巖型化石庫很有代表性的林喬利蟲。緊接著，他們又在這個位置找到了寒武紀早期的無脊椎動物納羅蟲化石。

在與蘊藏著5億多年前生命信息的林喬利蟲化石「邂逅」之後，他們在這片區域的研究延續了12年。

發現清江生物群的宜昌長陽地處鄂西南山區，寒武紀地層分布廣泛。2007年後，西北大學的研究人員經過記不清多少次野外發掘和大量的研究工作，逐漸揭開了這個寒武紀「化石寶庫」的神秘面紗。

「剛開始每年去清江兩三次，只要聽說水位下降，河床露出來了，我們就去開采化石，不論刮風下雨，即使下雪也不例外。」論文第一作者傅東靜副教授回憶道。

采集化石的過程異常艱辛。工人要用撬杠撬出來1立方米大小的石塊，科研人員用地質錘順著頁巖的層面劈，一邊劈一邊看，直到找到化石，然後是整理、編號、打包……再把挖掘的化石背出山，帶回實驗室。

在實驗室里，每一塊標本都要在顯微鏡下進行前期修復，使用掃描電鏡揭示化石的超微結構以及元素組成，再對化石進行高精度三維立體掃描……

就這樣，他們在湖北大山的「石海」中搜尋，找出了兩萬多枚化石標本。

科研上的突破是在2014年取得的重要進展。那時，團隊已經采獲了上萬塊化石。經過無數次分析、比較、研究，團隊終於做出了這樣的判斷：這是一個能夠揭示寒武紀大爆發時期動物門類多樣性及其演化進程的重要化石寶庫。

90%動物與1%時間：

探索「寒武紀生命大爆發」

清江生物群將成重要依據

「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湧現出如此之多的動物門類？一直困擾著學術界。於是，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」。

「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。」傅東靜說。

布爾吉斯頁巖型化石庫，最早在1909年發現於加拿大落基山脈寒武紀中期的布爾吉斯頁巖中，並因此命名。百餘年來，這類化石庫在全球各地已發現50餘個，其中加拿大布爾吉斯頁巖生物群和1984年發現的大陸雲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。後續挖掘、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件進行初步研究後，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，已發現的後生動物屬中，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，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。

「清江生物群的特色和優勢主要體現在新屬種比例最高、後生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態保真度最優、原生有機質的埋藏保存最好，具有難以估量的研究潛力。」傅東靜說。

已知和未知的探索：

提出「三幕式大爆發假說」

勾勒「動物大樹」基本輪廓

近年來，西北大學研究團隊在中國科學院院士舒德乾的帶領下，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三階段依次創生了基礎動物、原口動物、後口動物三大枝系的「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。

「隨著日後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。」舒德幹院士說。

清江生物群距離澄江生物群化石產地1050公里。「生物地層學研究顯示，清江生物群和澄江生物群是同時代的、位於不同古地理位置的生物群。二者都距今約5.18億年，處在寒武紀生命大爆發時期動物門類爆發式出現的鼎盛時期。兩者的科學研究價值具有很強的互補性。」論文通訊作者張興亮教授說。

與澄江生物群相比，清江生物群生活於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，清江生物群後續的大規模發掘，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。」張興亮說。

「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，可能將在清江生物群得到破解。」張興亮說。 據新華社

【編輯:羅攀】