北京時(shí)間3月22日凌晨，《科學(xué)》（Science）雜志發(fā)表了西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)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巖型化石庫——清江生物群》， 首次 在國際上公布了該團(tuán)隊(duì)在中國宜昌長陽地區(qū)清江與丹江河的交匯處，發(fā)現(xiàn)了距今5.18億年的寒武紀(jì)特異埋藏軟軀體化石庫，并命名為 “清 江生物群”。 這是進(jìn)化古生物學(xué)界又一突破性發(fā)現(xiàn)。  

 

《科學(xué)》雜志同期刊發(fā)了題為“寒武紀(jì)化石寶庫”的專家評論。國際著名古生物學(xué)家Allison C. Daley評價(jià)：“清江生物群是令人震驚的科學(xué)發(fā)現(xiàn)！其化石豐富度、多樣性和保真度世界一流，科學(xué)價(jià)值巨大。后續(xù)研究將有望填補(bǔ)我們對于寒武紀(jì)大爆發(fā)的認(rèn)知空白并解決動(dòng)物門類起源演化方面一系列科學(xué)問題。”

出生于1982年的傅東靜副教授是該論文的第一作者，張興亮教授為通訊作者，西北大學(xué)是論文第一完成單位。這是由中科院院士舒德干領(lǐng)銜的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)自1996年以來在《自然》（Nature）、《科學(xué)》（Science）上發(fā)表的第14篇研究論文。

進(jìn)化古生物學(xué)的突破性發(fā)現(xiàn)

寒武紀(jì)大爆發(fā)與生命起源、智能起源等共同被列為“六大自然科學(xué)難題”。而要破解寒武紀(jì)大爆發(fā)的奧秘，除了基于理論的科學(xué)猜想，更需要發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)?strong>科學(xué)觀察窗口——化石庫，以找到可靠的化石實(shí)證。

對古生物學(xué)者而言，最完美的、可解密寒武紀(jì)大爆發(fā)與動(dòng)物門類起源的研究對象，莫過于布爾吉斯頁巖型化石庫。

布爾吉斯頁巖型化石庫

相較于常見的類似保存著脊椎動(dòng)物骨骼的硬體化石庫，布爾吉斯頁巖型化石庫不僅可以保存動(dòng)物骨骼以外的組織、器官等軟體形態(tài)，更可以保存諸如水母、�？�等軟軀體生物。

該類型的化石庫能夠最大程度地還原寒武紀(jì)生物群原本的、完整的組合面貌，為探尋寒武紀(jì)大爆發(fā)的演化模式和強(qiáng)度以及構(gòu)建動(dòng)物生命樹的基本結(jié)構(gòu)提供絕佳的化石記錄。

布爾吉斯頁巖型化石庫最早在1909年發(fā)現(xiàn)于加拿大落基山脈寒武紀(jì)中期的布爾吉斯頁巖中，并因此命名。該化石庫長期在古生物學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)研究中“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。百余年來，此類化石庫在全球各地已發(fā)現(xiàn)50余個(gè)，但按照化石保存質(zhì)量的優(yōu)劣及化石物種多樣性的高低等標(biāo)準(zhǔn)來看，僅有加拿大布爾吉斯頁巖生物群（此處生物群可等同理解為化石庫）和1984年發(fā)現(xiàn)于我國云南省的澄江生物群成為了“理想的頂級研究目的地”。云南澄江生物群發(fā)現(xiàn)35年來，已在數(shù)十萬件化石標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了超過280個(gè)物種，研究成果28次登上Nature/Science/PNAS三大科學(xué)期刊，成為我國唯一化石地世界自然遺產(chǎn)。

此次發(fā)現(xiàn)的清江生物群，在4351件化石標(biāo)本中，已分類鑒定出109個(gè)屬，其中53%為此前從未有過記錄的全新屬種。生物統(tǒng)計(jì)學(xué)“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(nèi)的全球已知所有寒武紀(jì)軟軀體化石庫。

傅東靜介紹，“清江生物群的特色和優(yōu)勢，體現(xiàn)在新屬種比例最高、后生動(dòng)物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態(tài)保真度最優(yōu)、原生有機(jī)質(zhì)的埋藏保存最好等五個(gè)方面，具有難以估量的研究潛力。”

清江生物群模擬復(fù)原圖

顯然，位于中國宜昌的清江生物 群，在《科學(xué)》刊發(fā) 文章的這一天，就向全球昭示，這里將成為開展寒武紀(jì)生命大爆發(fā)研究最理想的 頂級“化石寶庫” 。

擁有無限可能的“化石寶庫”

如今地球上的動(dòng)物界共有38個(gè)門，在寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期的化石中，已發(fā)現(xiàn)20個(gè)現(xiàn)生的動(dòng)物門類和6個(gè)已滅絕的動(dòng)物門類，但仍有18個(gè)現(xiàn)生動(dòng)物門類尚未在寒武紀(jì)找到化石代表。在過去的35年間，古生物學(xué)家曾在澄江生物群的研究中找到了許多動(dòng)物門類的最早化石記錄。

清江生物群距離澄江生物群化石產(chǎn)地1050公里，張興亮介紹，“生物地層學(xué)研究顯示，清江生物群和澄江生物群是同時(shí)代的、位于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(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期動(dòng)物門類爆發(fā)式出現(xiàn)的極盛時(shí)期。兩者的科學(xué)研究價(jià)值具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。與澄江生物群相比，清江生物群生活于遠(yuǎn)離海岸的較深水環(huán)境，代表了不同生態(tài)環(huán)境下的全新生物群落，這一點(diǎn)從其超過半數(shù)以上的新屬種可以證實(shí)。因此，清江生物群后續(xù)的大規(guī)模發(fā)掘，將為發(fā)現(xiàn)和探索新的軀體構(gòu)型和新的動(dòng)物門類提供第一手材料。”

在新的化石產(chǎn)地，除了能夠找到更多新的動(dòng)物門類，不斷豐富物種多樣性外，全新的生物組合面貌的揭示，尤其是具有創(chuàng)新身體結(jié)構(gòu)的重要生物類群的發(fā)現(xiàn)，將為研究早期生命演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程提供新的證據(jù)。

以中科院院士舒德干領(lǐng)軍的西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)在達(dá)爾文提出的地球生命呈“樹形演化”猜想基礎(chǔ)上，通過數(shù)十年的研究與實(shí)證，勾勒出了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物、后口動(dòng)物三大枝系演化“大樹”的基本輪廓，進(jìn)而在全球首次構(gòu)建了完整的早期動(dòng)物譜系樹框架圖。

“通過我們已開展的研究發(fā)現(xiàn)，清江生物群中雙胚層輻射對稱的動(dòng)物占主導(dǎo)，刺胞動(dòng)物身體構(gòu)型分異度高，蛻皮動(dòng)物類群中極其罕見的動(dòng)吻動(dòng)物繁盛。此外，我們還發(fā)現(xiàn)了許多形態(tài)奇異的嶄新物種。隨著研究的展開，清江生物群將為‘早期動(dòng)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(jìn)化的直接證據(jù)。”傅東靜說。

張興亮教授（右）與傅東靜副教授（左）修復(fù)古生物化石

不僅在古生物學(xué)研究領(lǐng)域具有突出的價(jià)值，清江生物群的發(fā)現(xiàn)，對于進(jìn)化生物學(xué)、系統(tǒng)發(fā)生學(xué)以及埋藏學(xué)、地球化學(xué)等交叉學(xué)科前沿研究方向，也具有非常特殊的價(jià)值。

動(dòng)物的系統(tǒng)發(fā)育、營養(yǎng)動(dòng)力以及關(guān)鍵進(jìn)化特征的出現(xiàn)等問題研究，依賴于發(fā)現(xiàn)更多的軟體結(jié)構(gòu)和更優(yōu)質(zhì)的形態(tài)保存，如內(nèi)臟、鰓條、脊索、神經(jīng)組織、心血管系統(tǒng)等等，然而眾所周知，這些都屬于埋藏上高度不穩(wěn)定的組織器官。到底是怎樣特殊的埋藏機(jī)制，才使得布爾吉斯頁巖型化石庫能夠保存軟體結(jié)構(gòu)？這一疑問至今在學(xué)術(shù)界爭論不休。

目前全球兩個(gè)保真度最高的布爾吉斯頁巖型化石庫——布爾吉斯和澄江，在埋藏之后分別經(jīng)歷了高溫變質(zhì)、風(fēng)化作用等嚴(yán)重的地質(zhì)改造，其樣本已無法用于深入開展埋藏學(xué)研究。而在清江生物群發(fā)現(xiàn)的軟軀體化石，奇跡般地以原生碳質(zhì)薄膜形式保存了原始的有機(jī)質(zhì)，毫無疑問，這里將為開展埋藏學(xué)和地球化學(xué)研究，進(jìn)而開展深入的古環(huán)境研究提供理想素材。困擾學(xué)術(shù)界多年的動(dòng)物軟體結(jié)構(gòu)特殊埋藏機(jī)制問題，或?qū)⒃谇褰�化石庫得到破解�?/p>

歷時(shí)12年的“尋寶記”

談及這個(gè)擁有無限可能“化石寶庫”的發(fā)現(xiàn)，“應(yīng)該說是偶然中的必然吧！”傅東靜說。

2007年暑假，湖北的天氣異常炎熱。25歲的博士新生傅東靜跟隨著張興亮教授帶領(lǐng)的野外踏勘隊(duì)在宜昌長陽地區(qū)考察。“當(dāng)時(shí)的目標(biāo)層位是石牌生物群，它比澄江生物群的出現(xiàn)時(shí)間稍晚，年齡更輕。”“我們每天背著干糧和地質(zhì)錘在完全沒有路的山里兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)20多里，連續(xù)找了十幾天，除了一些殼體化石和海綿之外，并沒有什么大的收獲。那天已近傍晚，準(zhǔn)備收工，我們沿著河邊走，張興亮老師低頭一看，說‘這石頭多好啊，敲一敲再回吧！’大家像往常一樣，取出地質(zhì)錘叮叮哐哐地敲。很快，張興亮老師就找到了拇指長的半只蟲化石——林喬利蟲。”林喬利蟲是布爾吉斯頁巖化石庫很有代表性的一種“蝦”狀節(jié)肢動(dòng)物。緊接著，同學(xué)們還在這個(gè)位置找到了納羅蟲。而在1984年侯先光教授發(fā)現(xiàn)澄江生物群的時(shí)候，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的化石也正是納羅蟲。

林喬利蟲化石

“有人說我們運(yùn)氣好，但實(shí)際上，在發(fā)現(xiàn)這只林喬利蟲之前的十幾年間，張興亮老師尋找這種化石群的腳步，已經(jīng)走遍了全世界。幸運(yùn)總是降臨在有心的人身上，不是嗎？”傅東靜說起這段故事，滿滿都是為身在這個(gè)團(tuán)隊(duì)的自豪。

即便是找到了林喬利蟲和納羅蟲，團(tuán)隊(duì)在華南華北還是有很多有潛力的化石產(chǎn)地需要去研究。“最開始我們還是全年巡回踏勘的，每年大約去清江兩三次，都是等老鄉(xiāng)告訴我們水位下去、河床漏出來的時(shí)候，我們就趕緊去，下雪也不例外。直到2014年才逐步確認(rèn)了這個(gè)化石庫的巨大潛力，研究重心徹底轉(zhuǎn)移過來。”

不亞于在一大片麥田里找甲蟲，張興亮、傅東靜和團(tuán)隊(duì)里一屆又一屆的碩博士生用十二年的時(shí)間在5億年前的“大海”里，找出了20000多只“蟲子”。

“工人用撬杠撬出來1立方米大小的石頭，我們就用地質(zhì)錘順著頁巖的層面劈，一邊劈一邊看，找到蟲子就整理、編號、打包，背出山、帶回實(shí)驗(yàn)室。然后把每一塊清理、討論、鑒定、分類、記錄。”看著眼前瘦小纖弱的傅東靜，很難讓人聯(lián)想到她坐在雪地上劈石頭、啃干餅的場景。

談及研究論文的準(zhǔn)備，她說，“因?yàn)檫@次發(fā)現(xiàn)的化石中，超過半數(shù)的物種都是新的，所以查閱資料的工程量也非常大。 每一塊化石都有一個(gè)故事，每一個(gè)關(guān)于他們的故事我們都爛熟于心。 ”

即便是成功以第一作者發(fā)了Science、召集過一流的國際學(xué)術(shù)會(huì)議，傅東靜還是聽不得別人叫她“80后的女科學(xué)家”。“其實(shí)我的上一篇文章都被拒了8次。要不是有舒德干、張興亮老師他們一直以來的引領(lǐng)，還不停地鼓勵(lì)，我怕是早就放棄了。”

傅東靜所在的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，是一個(gè)成果豐碩、結(jié)構(gòu)合理的學(xué)術(shù)梯隊(duì)。團(tuán)隊(duì)目前成員16人，其中中科院院士1人，杰青2人，優(yōu)青1人，長江學(xué)者特聘教授3人，青年長江學(xué)者1人，以中青年學(xué)術(shù)骨干為主，全部具有博士學(xué)位以及在海外留學(xué)和國際合作研究、主持國家級基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷。

舒德干（前排左二）與傅東靜（前排右二）及學(xué)生交流

面對采訪，舒德干院士說“我們其實(shí)沒有什么才智，只是有一顆堅(jiān)持的心。也可以說是‘咬定青山不放松’吧！”

關(guān)于對“清江生物群”的命名，傅東靜說，一方面是因?yàn)榛�石埋藏地是在清江與丹江河的交匯處，更重要的一個(gè)原因，是希望清江與澄江生物群日后能夠成為享譽(yù)世界的“中國兩江生物群”。

這樣的命名是有傳承的。此前的數(shù)十年間，舒德干將其首次發(fā)現(xiàn)的古老生物先后以“華夏鰻”“云南蟲”“昆明魚”“西大動(dòng)物”等字眼命名。他說，“這樣命名就是為了紀(jì)念發(fā)現(xiàn)它們的地方，記載中國在科學(xué)史上的重要貢獻(xiàn)。中國需要更多的人來為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的里程碑來培土，為我們這樣一個(gè)偉大的、曾經(jīng)創(chuàng)造過無數(shù)優(yōu)秀文明的國度增添更多的榮譽(yù)。”

目前，該團(tuán)隊(duì)在已有研究基礎(chǔ)上，將對清江生物群開展包括古生物學(xué)、地層學(xué)、古生態(tài)學(xué)、沉積學(xué)、化石埋藏學(xué)、地球化學(xué)在內(nèi)的多學(xué)科綜合研究，逐步解決動(dòng)物門類起源與寒武紀(jì)大爆發(fā)的深層次科學(xué)問題。

 

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