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追溯寒武纪生命的前辈

穗状夷陵虫实体(左)、遗迹(右)和化石复原(中)。

寒武纪生命大爆发是地球生命史上的里程碑事件,涌现了当今几乎所有的门级生物祖先。从此,具有骨骼的两侧对称后生生物优势替代了前寒武纪生物群,成为显生宙以来占有主导地位的演化现象。

然而,尽管生命演化是一个漫长的几经起伏的历程,但由于埋藏原因,化石的发现有一个艰辛探索的过程,有些关键的化石总是在科学家长期野外考察中不期而遇,令人无比惊喜。近来在三峡地区发现的夷陵虫就是一例。它之所以引起科学界很大的关注,在于它带来了对寒武纪生命大爆发的突破性认知。

科学界对于寒武纪生物呈爆发式涌现的十分罕有的现象,曾感到非常惊讶,但在充分认识到寒武纪与前寒武纪生物面貌存在巨大差异这一事实的同时,也在求解一个重要的疑惑,那就是寒武纪生物的祖先是否可以追溯到更为久远的前寒武纪呢?

上世纪初,加拿大寒武纪布尔吉斯生物群的发现,使达尔文曾为此困惑的寒武纪复杂生物突然出现的问题显得更加突出,多姿多彩的生命现象进一步放大了寒武纪时代生命的复杂性和多样性。

上世纪50年代,随着澳大利亚前寒武纪埃迪卡拉生物群的发现,虽然首次佐证了前寒武纪就已出现多细胞生物,从而证明多细胞生物的历史渊源可以追溯到前寒武纪,但是,由于埃迪卡拉生物群具有与显生宙生物群完全不同的身体结构、形态造型和生活方式,而且几乎没有物种延续到显生宙。它表明这是一群适应于浅海低氧环境的失败了的演化实验品,因此,它不仅没有解决寒武纪生物与前寒武纪生物的关联,反而留下了更多的谜团。

所幸的是,近年来中国科学院南京地质古生物研究所陈哲等研究人员,不断有新发现和新成果发表,它对于我们解困上述所提的疑惑带来了有益的重大启示。2018年,他们在美国《科学》杂志子刊《科学进展》在线报道了中国湖北省三峡地区埃迪卡拉纪距今5.6亿年前地层发现了具有附肢的两侧对称后生动物所形成的足迹,这是地球上已知最古老的足迹化石!2019年9月,他们又在英国《自然》杂志发表文章称:中国三峡地区大约5.5亿年前的地层中发现了一类特殊保存的新的动物化石,精彩的是该动物的遗体和它最后行进的拖痕(印迹)同时保留在一块岩石上。这一新的化石证据表明在埃迪卡拉纪已出现了具有运动能力,并且身体分节的两侧对称后生动物。

科学家研究发现,这是一类全新的动物化石,在地质历史时期和现代都没有出现与它形态相同的动物,推测它可能是环节动物或节肢动物。这条被命名为夷陵虫(Yilingia,新属)的动物,其身体呈长条形,具两侧对称,三叶形,有明显的身体分节,也具有了前后和背腹的区别。更加奇特的是,部分标本中动物的实体与它的遗迹同时保存在一起,再现了一条行进中的虫子的“最后高光时刻”。

长期以来,科学界一直以为埃迪卡拉生物群曾是身体没有真正分节、缺乏运动能力、走向演化盲端的生物类群。但是,夷陵虫的发现突破了这一传统观念,带来了全新的认知。它表明埃迪卡拉生物群已经出现了具有分节、对称和运动“全套装备”和功能的动物了。身体两侧对称和分节现象的产生是动物演化史上极为重要的事件,因为分节意味着身体的结构有了分区,必然导致功能上的分工。更重要的是,这一寒武纪生物普遍出现的特征显然在埃迪卡拉生物中就已出现了。

对夷陵虫的研究还表明,埃迪卡拉生物群并非全是“树桩式”的固着生活,业已出现如夷陵虫那样能够自由运动的底栖动物。它们对海底沉积物进行了改造,逐渐更新了前寒武纪数十亿年来一直占有优势的微生物席基底,因此,对地球表面系统造成了深远的环境和生态影响。由此表明,“寒武纪大爆发”时期以底栖动物为主体的生态系统,在这一时期已经开始建立。

近年来,三峡地区成为寒武纪与前寒武纪研究的世界热点,有重大影响的成果不断涌现。让我们期待中国古生物学家为丰富人类对自然和生命的认知再作贡献。

(作者系中国科学院南京地质古生物研究所研究员,南京古生物博物馆名誉馆长,中国科普作家协会副理事长)

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