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還原“清江生物群”發掘的前前後後 破解生物進化謎團的化石寶庫
2019-04-07 09:00:22 來源: 光明日報
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  3月22日淩晨(北京時間),國際權威學術期刊《科學》(Science)發表了西北大學早期生命與環境創新研究團隊張興亮、傅東靜等人的最新研究成果《華南早寒武世布爾吉斯頁岩型化石庫——清江生物群》。至此,地處中國宜昌長陽地區,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”,首次向世界摘下它神秘的面紗,成為進化古生物學界又一突破性發現。

  從發現化石到刊載成果,時間已經轉過了近12年。2007年盛夏的一個傍晚,空氣炎熱而悶濕,在湖北宜昌長陽地區帶隊踏勘的西北大學地質學係教授張興亮用地質錘,從河床上的石頭裏敲出了半根拇指長的林喬利蟲化石——這是在一種布爾吉斯頁岩化石庫中的表徵性節肢動物。那時,野外踏勘隊成員、25歲的博士新生傅東靜見證了那一幕。

  日前,記者採訪了論文第一作者、西北大學地質學係副教授傅東靜,試圖還原“清江生物群”發掘的前前後後。

  探尋達爾文之惑

  在探尋生物演化的過程中,“寒武紀大爆發”被稱為進化生物學的一大懸案:大約5.4億年以前,在不到地球演化史1%的時間裏,迅速産生了90%以上的動物門類,這成為達爾文在1859年創立以漸變論為基調的生物進化論時面臨的第一難題。

  “要破解寒武紀大爆發的奧秘,除了基于理論的科學猜想,還要發現恰當的科學觀察窗口——化石庫。”在西北大學早期生命與環境重點實驗室裏,記者見到了這位80後女生物學家傅東靜。

  百余年間,科學家在全球各地發現了50余個化石庫,但“理想的頂級研究目的地”寥寥:20世紀初至70年代,加拿大寒武紀中期布爾吉斯頁岩化石庫中軟軀體化石生物群的發現和研究,在古生物學和進化生物學中長期獨領風騷;80年代以來,我國雲南寒武紀早期澄江生物群研究成果超越前者,其動物界的三個亞界的早期框架構成更為完整、化石保存更為精美,成為我國唯一化石地世界自然遺産。

  在學界,化石保存質量和化石物種多樣性一直是衡量化石庫等級的硬門檻。傅東靜介紹,此次發現的“清江生物群”,在4351件化石標本中,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。生物統計學“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包含布爾吉斯和澄江在內的全球已知所有寒武紀軟軀體化石庫。

  “更重要的是,‘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,這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。”傅東靜補充道。

  國際著名古生物學家、瑞士洛桑大學教授Allison C.Daley,在《科學》雜志發表評論文章,稱“清江生物群”是令人震驚的科學發現:“其化石豐富度、多樣性和保真度世界一流,科學價值巨大。後續研究將有望填補人類對于寒武紀大爆發的認知空白並解決動物門類起源演化等方面的一係列科學問題。”

  “這裏將成為開展寒武紀生命大爆發研究最理想的頂級化石庫。”傅東靜説。

  用12年尋找化石的故事

  很少有人知道,從最初發現的那半只林喬利蟲化石,到震驚古生物學界的化石寶庫現世,西北大學早期生物研究團隊用了足足12年。

  “起初雖然我們找到了林喬利蟲,但誰也無法判斷這個化石庫的價值究竟有多大。”傅東靜説。

  化石庫的價值只能由化石標本來證實。在發現化石標本的丹江河裏,工人用撬杠撬出來1立方米大小的石頭,踏勘隊員就用地質錘順著頁岩的層面劈,一邊劈一邊看,把找到蟲子的化石標本整理、編號、打包,最後背出山。

  在實驗室裏,每一塊標本要在體式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;再用MicroCT進行高精度三維立體掃描……12年間,劈石頭、啃幹餅的科研生活早已成家常便飯,張興亮、傅東靜和團隊裏歷屆碩士博士生最終在5億年前的化石標本裏,找出了20000多只“蟲子”。

  隨著獲取的標本數量日益增加,化石庫的學術價值逐漸彰顯。2014年,學術團隊最終決定把研究重心徹底對準“清江生物群”。

  “我們採集的每塊化石都有故事,每個故事我們都爛熟于心。”傅東靜説。

  中國的“兩江生物群”

  如今,地球上的動物界共分為38個門,在寒武紀生命大爆發時期的化石中,已發現20個現生動物門類和6個已滅絕動物門類,但仍有18個現生動物門類尚未在寒武紀找到化石代表。

  在過去的35年間,古生物學家曾在澄江生物群的研究中找到了許多動物門類的最早化石記錄。傅東靜相信,同處于寒武紀動物門類爆發極盛時期的“清江生物群”,隨著大規模發掘,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。

  “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,二者的研究有很強的互補性。”傅東靜説。關于為何將新發現的化石庫命名為“清江生物群”,傅東靜這樣解釋,化石埋藏地是在清江與丹江河的交匯處,“這樣命名是為了紀念發現它們的地方,記載中國在科學史上的重要貢獻。”

  早在此前數十年間,西北大學院士舒德幹就將其首次發現的古老生物先後以“華夏鰻”“雲南蟲”“昆明魚”等字眼命名。他曾説,中國需要更多的人為科學發現的裏程碑來培土。如今,傅東靜更加忙碌——除了日常的教學科研,她還要回復解答來自國內外同行的數十份郵件、傳真,“基本是關于‘清江生物群’的”,傅東靜堅信,未來“清江生物群”能夠同澄江生物群一同成為享譽世界的“中國兩江生物群”。

  “在研究寒武紀大爆發的化石寶庫裏,有兩座高峰永遠屬于中國。”傅東靜説。(記者 張哲浩 馬榮瑞)

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【糾錯】 責任編輯: 黃浩
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