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?生活在當下的我們該如何看待那個遙遠又遙遠的地質時代?

近日,中國科學家在全球知名的美國《科學》雜志上發表的論文《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》雜志在給媒體的簡介中說“揭示寒武紀之秘的新寶藏出土了?!?/p>

英國《自然》雜志在報道中稱:“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?!?/p>

“清江生物群是令人震驚的科學發現!”瑞士洛桑大學古生物學家艾莉森·戴利在《科學》同期刊發的評論文章中說。

這個引發國際科學界不吝贊美之辭評價的突破性發現,到底打開了怎樣的“新寶藏”?中國科學家又是如何打開并探究這個寶藏的?

5.18億年與12年:寒武紀“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。

這里,群山環抱,清江在山里靜靜流淌著。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。于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。

盡管是一個重大發現,但從事早期生命研究的科學家似乎都特別冷靜,發現有數億年久遠歷史的化石似乎并沒讓他們一味歡呼雀躍。在與蘊藏著5億多年前生命信息的林喬利蟲化石“邂逅”之后,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年后,西北大學早期生命與環境創新研究團隊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?!闭撐牡谝蛔髡吒禆|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,然后是整理、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?!敝兴褜?,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,團隊終于做出了這樣的判斷: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。

談到對“清江生物群”的命名,傅東靜說,一方面是因為化石埋藏地是在清江與丹水河的交匯處?!案匾囊粋€原因,是希望清江生物群與云南澄江生物群日后能夠成為享譽世界的‘中國兩江生物群’?!?/p>

90%對1%:科學家對“寒武紀生命大爆發”的探索

“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涌現出如此之多的動物門類?一直困擾著學術界。于是,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?!备禆|靜說。

布爾吉斯頁巖型化石庫,最早在1909年發現于加拿大落基山脈寒武紀中期的布爾吉斯頁巖中,并因此命名。百余年來,這類化石庫在全球各地已發現50余個,其中加拿大布爾吉斯頁巖生物群和1984年發現的我國云南澄江生物群最為著名,成為“理想的頂級研究目的地”。