[科普中国]-湖北发现5亿年前软体化石库，为寒武纪生命大爆发提供新证据

经过12年的野外发掘和室内研究，西北大学早期生命与环境创新研究团队张兴亮、傅东静等人于3月22日在《科学》杂志首次向世界公布：在中国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。这是古生物学界又一突破性发现。《科学》杂志同期刊发了题为“寒武纪化石宝库”的专家评论。国际著名古生物学家Allison C. Daley评价：“清江生物群是令人震惊的科学发现！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。”完美的特异埋藏条件造就的化石宝库论文第一作者傅东静副教授介绍说：“这次发现的清江动物群化石十分完整，保存了大量的生物软组织，比如眼睛、皮肤、内脏、甚至是神经系统，所以它就可以给我们一个非常完美的画面，告诉我们这个物种5亿年前应该是长什么样子。”那么，是什么原因让清江生物群能够保存得如此完好呢？通常情况下，生物死后软体会被微生物分解，只剩下坚硬的骨骼和甲壳。据科学家实验，虾类在8周之内会腐烂殆尽，如果有微生物参与，或者经过一定距离的搬运，生物的腐烂和破坏速度就更惊人了。想要成为化石，还需要经历埋藏、成岩等一系列地质过程，极容易受到改造甚至被彻底破坏。因此，虽然在地球生命演化历史中出现过不计其数的生物，我们现在能够发现化石的也只有不到1‰。而清江生物群化石的完整保存正是得益于化石形成过程中的特异埋藏现象。特异埋藏需要以下几个条件：一个是突发事件的快速埋藏，生物死后不到几秒的时间就开始了腐烂作用，如果没有大量的沉积物快速覆盖，那么软体很难保存。二是处于深水缺氧环境，生物死后虽然也被微生物分解但速度较慢。第三个就是矿物替换作用，即生物死亡之后躯体内的有机质被矿物质快速替换，从而将身体结构等信息较为完整地保存下来。根据专家分析，清江生物群应该生活在远离海岸的、较深的水域中，被带到了风暴难以到达的海面之下。它们在缺氧环境中被快速埋藏，于是避免了外界环境的扰动和其他生物的破坏。随着时间推演，这里形成了一种被称为布尔吉斯型页岩（Burgess Shale type，BST）的特殊岩层结构。这种页岩不但能够保存具有矿化骨骼的后生动物软体，那些没有矿化骨骼的生物也能够以类似“压膜”的形式保留下来。为破解寒武纪生命大爆发难题提供新钥匙寒武纪生命大爆发与生命起源、智能起源等共同被列为“六大自然科学难题”。在相当于整个生命历史不到百分之一的时间之内，地球上演化出了现生生物大部分门一级别的祖先。这一现象曾经困扰了达尔文，甚至被神创论者作为上帝创世的证据。而要破解寒武纪大爆发的奥秘，除了基于理论的科学猜想，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。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，并因此命名。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的高低等标准来看，仅有加拿大布尔吉斯页岩生物群和1984年发现于我国云南省的澄江生物群成为了理想的顶级研究目的地。云南澄江生物群发现35年来，已在数十万件化石标本中发现了超过280个物种，成为我国唯一化石地世界自然遗产。然而，如今地球上的动物界共有38个门，在寒武纪生命大爆发时期的化石中，已发现20个现生的动物门类和6个已灭绝的动物门类，但仍有18个现生动物门类尚未在寒武纪找到化石代表。此次发现的清江生物群，在4351件化石标本中，已分类鉴定出109个属，其中53%为此前从未有过记录的全新属种。生物统计学“稀疏度曲线”分析显示，清江生物群的物种多样性将有望超过包含布尔吉斯和澄江在内的全球已知所有寒武纪软躯体化石库。文章的通讯作者张兴亮介绍，“生物地层学研究显示，清江生物群和澄江生物群是同时代的、位于不同古地理位置的生物群。二者都距今约5.18亿年，处在寒武纪生命大爆发时期动物门类爆发式出现的极盛时期。两者的科学研究价值具有很强的互补性。因此，此次清江生物群化石库的发现能够最大程度地还原寒武纪生物群原本的、完整的组合面貌，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绝佳的化石记录。潜力巨大的化石宝库据发表本次研究成果的科研团队带头人舒德干院士介绍，在漫长的地质演变过程中，清江生物群化石既没有经历类似加拿大布尔吉斯页岩的变质作用，转变为黏土矿物；也没有遭遇类似澄江化石经显著的风化作用，转变为铁氧化物。它最大程度地还原了寒武纪生物群的面貌，将精美绝伦的化石呈现在人们眼前。文章第一作者傅东静介绍，“清江生物群的特色和优势，体现在新属种比例最高、后生动物相对多样性最大、软躯体生物类群最多、化石形态保真度最优、原生有机质的埋藏保存最好等五个方面，具有难以估量的研究潜力。”相信在不久的将来，清江生物群将为研究早期生命演化的关键环节和过程提供更多新的证据。作者 | 刘森 辽宁古生物博物馆展览部主任审稿 | 梁飞 沈阳师范大学古生物学院副教授责编 | 高佩雯文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自科普中国